电动帆
电动帆（英语：Electric sail、Electric solar wind sail，簡稱：E-Sail）是一种建议将太阳风作为动压来源的太空飞行器推进方式，其原理为为制造电场来改变太阳风质子的行进方向，进而推动太空载具移动。整个系统在2006年时由芬兰科学家派卡·鉴胡能所提出，并且于芬兰气象研究所内透过细电线所形成的磁场完成“模拟”电动帆之实验[1]。之后欧洲联盟底下的研究机关也开始支持关于电动帆技术的研究计划，并且提供170万欧元来兴建专门研究电动帆关键技术的原型实验室[2]。这项预计持续3年的研究计划共有5个国家参与，而欧洲联盟则将其评估为最高类组的研发内容[3]。
透过太阳风行进的电动帆除了比传统的太阳能电池系统更为有效且便宜外，从长远发展来看也极有可能促使小行星资源的经济开发与应用[4]。2013年时爱沙尼亚所研制的ESTCube-1计划测试电动帆工作原理的可行性，并且预计在2014年时由芬兰所发射的微型卫星阿尔托-1进行实际运用[5][6]。
设计
电动帆由极为细长的电动缆索组成，并且透过事先装备的电子枪提供缆索较高的正电位。这些带正电的缆索会排斥太阳风中的质子，而偏转途径的大量质子便会形成流动且推动太空载具驶向目标方向。同时这也吸引同样来自太阳风等离子体的电子，而受到吸引的的电子电流则由电子发射器重新射出。其中由于太阳风所带来的质子是受到缆线周围产生的磁场影响，因此与实际缆索的直径并无关联[7]。
使用
电动帆的使用方法之一是借由太空载具产生的离心力来让数条缆绳以放射状的方式自动伸展开来，而带电缆线所产生的磁场可以延伸到半径数十米处。之后可以透过微调个别缆绳的射出的电荷大小，来改变太空载具的移动方向。而根据原始设计一个全尺寸使用电动帆的太空载具应该要有50条至100条电动帆缆索，而将这些缆绳拉直后其长度大约有20公里。为了尽量减少从微流星体的破坏，整个缆索由众多直径约25微米至50微米的细线分段焊接在一起；因此即使单独细线遭到切断时整条缆索仍然会保持通路并且持续运作，而在2013年1月时赫尔辛基大学也已经进行了以缆索超声波焊接的可行性示范[8]。
缺点
由于电动帆无法使用在仅有磁场或者是慢速等离子的场合，因此在缺乏太阳风行星的磁层中可能无法有效使用。另外虽然推力方向的变化可以借由电动帆的倾斜调整，然而推力方向却一定从太阳处往外发射。根据估计电动帆其操作能力时仅能倾斜60度角，从而制造推力并且方向向外30度角行进。
参考资料
- ^ 派卡·鉴胡能. ELECTRIC SAIL FOR PRODUCING SPACECRAFT PROPULSION. 世界知识产权组织. 2007年3月2日 [2013年5月12日]. （原始内容存档于2014年12月18日） （英语）.
- ^ Clay Dillow. EU-Backed 'Electric Sail' Could Be the Fastest Man-Made Device Ever Built. 《科技新时代》. 2010年9月12日 [2013年5月12日]. （原始内容存档于2021年1月18日） （英语）.
- ^ Electric solar wind sail spacecraft propulsion. E-sail. [2013年5月12日]. （原始内容存档于2012年3月14日） （英语）.
- ^ 芬兰气象研究所. EU project to build Electric Solar Wind Sail. Phys.Org. 2010年12月9日 [2013年5月12日]. （原始内容存档于2021年3月14日） （英语）.
- ^ 派卡·鉴胡能. EU project to build Electric Solar Wind Sail. 芬兰气象研究所. 2010年12月9日 [2013年5月12日]. （原始内容存档于2013年1月22日） （英语）.
- ^ Priit Rajalo. Eesti esimene satelliit on valmimas (5). 爱沙尼亚公共广播公司. 2013年1月13日 [2013年5月12日]. （原始内容存档于2013年1月31日）.（爱沙尼亚文）
- ^ P. Janhunen和A. Sandroos. Simulation study of solar wind push on a charged wire: basis of solar wind electric sail propulsion. Annales Geophysicae. 2007年 [2013年5月12日]. （原始内容存档于2016年3月5日） （英语）.
- ^ Mark Hoffman. Superthin wire for electric sail space propulsion engineered. Science World Report. 2013年1月10日 [2013年5月12日]. （原始内容存档于2019年4月14日） （英语）.
外部链接
- （英文） Electric Solar Wind Sail (E-sail) （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （英文） Kumpula Space Centre
- （英文） FMI / Earth Observation Website （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （英文） Electric Solar Wind Sail Could Power Future Space Travel In Solar System （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （英文） Simulation study of solar wind push on a charged wire: basis of solar wind electric sail propulsion （页面存档备份，存于互联网档案馆）