Några av de bästa sakerna inom vetenskapen är eleganta och enkla. Ett nytt framdrivningssystem som utvecklas i Spanien är båda dessa saker och kan hjälpa till att lösa ett växande problem med jordens satelliter: spridningen av rymdskräp.
Forskare vid Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) och Universidad Politécnica de Madrid (UPM) i Spanien patenterar en ny typ av framdrivningssystem för att kretsa satelliter som inte använder något drivmedel eller förbrukningsartiklar. Systemet är i princip en koppling, i form av ett aluminiumband som är ett par kilometer långt och ett par tum brett, som går ut från satelliten. Forskarna kallar det ett rymdband.
”Detta är en störande teknik eftersom den gör det möjligt för en att omvandla orbitalenergi till elektrisk energi och vice versa utan att använda någon form av förbrukningsvaror”. - Gonzalo Sánchez Arriaga, UC3M.
Det lätta rymdsbandet rullas upp under lanseringen, och när satelliten är i omloppsbana sänds den ut. När bandet har använts kan antingen konvertera el till drivkraft eller driva till el. De spanska forskarna bakom detta säger att rymdbanden kommer att användas parvis.
Systemet är baserat på vad som kallas en "lågarbetsfunktion" -koppling. En speciell beläggning på kopplingen har förbättrade egenskaper för elektronemission vid mottagande av solljus och värme. Dessa specialegenskaper gör det möjligt att fungera på två sätt. "Detta är en störande teknik eftersom den gör det möjligt för en att omvandla orbitalenergi till elektrisk energi och vice versa utan att använda någon form av förbrukningsartiklar," säger Gonzalo Sánchez Arriaga, forskare vid Ramón y Cajal vid Bioengineering and Aerospace Engineering vid UC3M.
När en satellit tappar höjden och närmar sig jorden, omvandlar kopplingen den kraft som orsakas av gravitation till elektricitet för rymdskeppssystemen att använda. När det gäller omloppsanläggningar som den internationella rymdstationen (ISS), kan detta tether-system lösa ett irriterande problem. Varje år måste ISS bränna en betydande mängd drivmedel för att upprätthålla sin omloppsbana. Kedjan kan generera elektricitet när den rör sig närmare jorden, och denna elektricitet kan ersätta drivmedlet. "Med en lågbearbetningsfunktion och den energi som tillhandahålls av ISS-solpanelen, kan den atmosfäriska dragkraften kompenseras utan att drivmedel användes", säger Arriaga.
"Till skillnad från nuvarande framdrivningsteknologier behöver den låga arbetsfunktionen inte drivmedel och den använder naturresurser från rymdmiljön som det geomagnetiska fältet, den jonosfäriska plasma och solstrålningen." - Gonzalo Sánchez Arriaga, UC3M.
För satelliter med gott ombordkraft, skulle kopplingen fungera i omvänd riktning. Det skulle använda elektricitet för att tillhandahålla drivkraft till rymdfarkosten. Detta är särskilt användbart för satelliter nära slutet av deras livslängd. I stället för att försvinna i omloppsbana under en lång tid som rymdskräp, kan den försvunna satelliten tvingas åter gå in i jordens atmosfär där den skulle bränna oskadligt.
Space-tie-systemet är baserat på vad som kallas Lorentz-drag. Lorentz dra är en elektrodynamisk effekt. (Elektrodynamikentusiaster kan läsa allt om det här.) Jag kommer inte gå för djupt in i det eftersom jag inte är en fysiker, men de spanska forskarna föreslår att Lorentz-drag lätt kan observeras genom att se en magnet falla genom ett kopparrör . Här är en video.
Rymdorganisationer har visat intresse för lågarbetsfunktionen, och det spanska teamet får ordet till experter i USA, Japan och Europa. Nästa steg är tillverkning av prototyper. "Den största utmaningen är dess tillverkning eftersom kopplingen bör samla mycket specifika optiska och elektroniska emissionegenskaper," säger Sánchez Arriaga.
Det spanska ministeriet för ekonomi, industri och konkurrenskraft har beviljat det spanska teamet ett bidrag för att undersöka material för systemet. Teamet har också lagt fram ett förslag till Europeiska kommissionens framtid och Emerging Technologies (FET-Open) konsortium för finansiering. ”FET-OPEN-projektet skulle vara grundläggande eftersom det beaktar tillverkning och karakterisering av den första lågarbetsfunktionen och utvecklingen av ett deorbit-kit baserat på denna teknik som ska testas på ett framtida rymduppdrag. Om det finansieras skulle det vara ett steg till framtiden för lågarbetsfunktioner i rymden ”avslutade Sanchez Arriaga.
I den här videon förklarar Gonzalo Sanchez Arriaga hur systemet fungerar. Om du inte pratar spanska, bara slå på undertexter.
