Plachetnice bez plachty

Nezapomínejme, že do plachty se opírá sluneční záření a jeho tlak je řádově tisícekrát větší než tlak částic slunečního větru! Na rozdíl od světla je sluneční vítr proud částic z horních oblastí sluneční atmosféry, tvoří jej elektrony a protony s energiemi 1,5 – 10 keV a mají rychlost kolem 450 km/s, tlak částic v okolí Země dosahuje hodnotu pouhých 2 nPa.

Jenže finská partička nadšenců, která se už od r. 2004 touto myšlenkou zabývá, se postupně propracovala k řešení, které je velmi, ale opravdu velmi elegantní. Nač tahat do vesmíru těžkou plachtu, komplikovaně ji napínat, neméně obtížně s ní manévrovat a hlavně neustále být ve strachu, že „splaskne“ po přímé srážce s nějakým smítkem a přestane tak plnit svůj hlavní účel – totiž bez dalších energetických nároků dopravit užitečný náklad někam dál od Země.

Elektrická plachetnice představuje stejně jako solární plachetnice zařízení, které rovněž využívá tlak částic slunečního větru. Místo plachty má mít elektrická plachetnice soustavu 50 – 100 vodivých tenkých splétaných lanek, dlouhých 20 km a s průměrem pouhých 25 mikrometrů (lidský vlas má průměr 42 až 95 mikrometrů). Do toho systému lanek se mikrometeoroidům bude fakt blbě strefovat, a strefí-li se, pak spletenec lanek by měl zůstat vodivý, byť by se nějaký jednotlivý drátek přerušil.

Celý vtip spočívá v tom, že je v okolí drátků pomocí elektronového děla s výkonem několik set Watt na palubě vytvářeno elektrické pole s pozitivním nábojem a potenciálem 20 kV. Toto okolí si můžeme představit jako několik desítek metrů širokou „plochu“ okolo každého drátku po celé jeho délce. O tuto plochu se pak nabité částice slunečního větru mohou „opřít“. Lehkou kosmickou loď by tedy mělo být možné uvést do pohybu.

Pro srovnání – pokud bude na jedno lanko působit síla 10 mN, pak se 1 000 kg družice se stovkou 20 km dlouhých lanek (jejich hmotnost by neměla přesáhnout 100 kg) bude pomalu, ale jistě díky nepatrnému, avšak nepřetržitému zrychlení 1 mm/s2 urychlovat družici v průběhu prvního roku až na rychlost 30 km/s. Do oblasti trpasličí planety Pluto by se pak družice mohla podívat za dobu kratší než 5 let (srovnejte – sonda k Plutu - New Horizons byla vypuštěna 19. 1. 2006 a a ač byla dosud nejrychlejším tělesem – těsně po vypuštění letěla vůči Zemi rychlostí 16,21 km/s, k Plutu dorazí až po 9,5 letech, v červenci 2015, tj. za dvojnásobnou dobu).

Nápad byl popsán P. Janhunenem a A. Sandroosem v práci „Simulation study of solar wind push on a charged wire: basis of solar wind electric sail propulsion“ v Annales Geophysicae v roce 2007. Aktuálně na řešení projektu pracuje skupina univerzit a dalších výzkumných pracovišť vedených týmem z Kumpula Space Centre. Hlavní problém, tedy splétání tenkých, pevných a při tom lehkých lanek z drátků je vyřešen pomocí speciální technologie ultrazvukového svařování.

V dubnu 2013 by se měla na start pomocí nosné rakety Ariane 5 dostat první estonská studentská družice ESTcube 1, která představuje koncept cubesatu (jde o řadu jednoduchých družic pro studentské experimenty, 10x10x10cm a hmotnost 1,3 kg). Její projekt začal v roce 2008. Z družice by se mělo odvinout vodivé lanko o délce 10 m a měl by se na něm měřit skutečný tlak slunečního větru na elektrické pole.

V roce 2014 by měly podobné testy proběhnout na finské družici Aalto-1 z finské Aalto University, měření by měla proběhnout na lanku o délce 100 m.

Tento článek vychází a další informace najdete na www.electric-sailing.fi a www.estcube.eu.