Elektrisk solsejl skal ud i det ukendte

Indtil nu har solsejl været ensbetydende med store, tynde folier, som spejler lyset fra solen. Lyspartiklerne – fotonerne – laver nemlig et svagt tryk, når de rammer sejlet.

Disse fotonsejl er blandt andet afprøvet i den japanske Ikaros-sonde, der lå i en bane rundt om planeten Venus i 2010.

Finne vil sejle med solvinden

Men Pekka Janhunen fra det finske Kumpula-rumcenter tænker i andre baner. Han vil ikke sejle med sollyset.

På den internationale rumfartskongres i Napoli fortalte han om sin egen opfindelse fra 2006: Rumskibe kan i stedet sejle med solvinden.

Denne solvind er hydrogenkerner og elektroner, som blæser ud fra solen. Selv om vinden er meget, meget svagere end vinden på jorden, kan den også give en fremdrift.

Sejl af tråde danner e-sejl

Pekka Janhunens solsejl har en stor fordel frem for fotonsejlet. Det behøver nemlig ikke at være et sejl. Det kan bare være en krans med tynde tråde, omtrent som eger i et cykelhjul.

Trådene er meget nemmere at sprede ud i rummet end en folie. De kan holdes stramme af centrifugalkraft ved at hjulet drejer. Trådene vejer mindre end fotonsejl, og er mindre.

Men hvordan er det muligt at lave et sejl af tråde? Vil vinden ikke bare blæse direkte igennem? Forklaringen ligger i de elektriske kræfter, som solvindsejlet udnytter. Pekka Janhunen kalder det et e-sejl.

Elektrisk felt fanger elektroner

Solvinden er nemlig elektrisk ladet. Hydrogenkernerne har plus-ladning, og elektronerne har minus-ladning.

Pekka Janhunen vil give e-sejlets tynde tråde en kraftig plusladning. Så bliver der dannet et positivt elektrisk felt. Dette felt strækker sig ud som et usynligt sejl mellem trådene.

De negative elektroner fra solvinden rammer det positive felt. Så bliver de bremset op, akkurat som når vinden rammer et skibs sejl på jorden. De overfører deres bevægelsesenergi til sejlet, og dermed til skibet.

Men det finske sejlskib kan sætte kurs mod fjernere mål, end den første fuldrigger på verdenshavene.

Pekka Janhunen foreslår en tur til asteroiderne.

Nyt solsejl kan drejes i rummet

Sådan en tur kan hoppe fra asteroide til asteroide, omtrent som en sejlbåd, der sejler fra ø til ø i det ægæiske hav. Dette er muligt, fordi solsejl kan manøvre mere frit end almindelige rumskibe.

Rumskibe uden solsejl skal bruge raketter. Raketterne affyres typisk i starten af turen. Så skal rumskibet følge en fastlagt bane, som bestemmes af tyngdekræfterne fra planeterne i solsystemet.

E-sejlet giver derimod en svag, men jævn kraft fra solvinden under hele turen. Og solsejlet kan styres ved at ændre de positive ladninger.

Hvis du nedjusterer den positive spænding på den ene side af trådhjulet, vil kraften fra solvinden blive svagere på denne side. Dermed drejer sejlet sig.

På denne måde kan e-sejlet styres fra asteroide til asteroide langs baner, som er meget hurtigere og kan styres mere frit end med raketter.

Og rumskibet har ikke brug for tyngende drivstof ombord. Drivkraften kommer fra solen.

Krydser ind mod Merkur

Andre rumture er også mulige. Solsejlet kan drejes, så rumskibet bremses i banen rundt om solen. Dermed sendes det indover, for eksempel mod planeten Merkur.

Pekka Janhunen foreslår en ekspedition med to sonder:

• Den ene lander og henter sten fra overfladen.
• Den anden fragter stenene tilbage til jorden.

Skal være datakurer i rummet

E-sejlet kan også bruges til det, som Pekka Janhunen kalder en 'dataklipper'. Klipperne var de hurtigste sejlbåde i 1800-tallet. Rumklipperen vil have en lille, men vigtig fragt i dens last: Data fra rumsonder.

I dag kan rumsonderne nemlig indsamle enorme datamængder. Højopløselige billeder og video og andre resultater fra fjerne kloder tager lang tid at overføre via radiosignaler til jorden. Dette begrænser, hvor meget data forskerne kan tage imod.

RAM-blokke bliver derimod stadig mindre, og har plads til stadig mere. Pekka Janhunen foreslår derfor, at dataklipperen vender tilbage med RAM-blokken til rummet nær jorden. Så sender den indholdet til jorden hurtigere og med mindre kraftforbrug.

Rejser til nye steder

E-sejl kan også bruges til at manøvre rumskibe hen til steder i rummet, som er sværere at nå med raketter.

Et sådant sted er højt oppe over planetbanerne. Her kunne et solteleskop se ned på en af solens poler.

Dette kunne være nyttigt til at studere udbrud på solen, mener Pekka Janhunen.

Kan måske redde jorden

Andre placeringer kan give udkigsposter mod asteroider, som kommer farligt tæt på jorden, og som måske kan kollidere med jorden.

Det sidste og mest eventyrlige forslag er at bruge e-sejl til at slæbe asteroider væk fra kollisionskursen.

Selv om e-sejlet har en svag kraft, så virker kraften jævnt over mange år.

Dette kan betyde forskellen på en bane, som snitter jorden, og en katastrofal fuldtræffer.

Op med under-søgelsesatellitter

I december 2010 fik Pekka Janhunen og hans kolleger penge fra EU til at bygge prototyper af de vigtigste dele af e-sejlet i laboratoriet.

De har for eksempel bygget spoler, som skal spole de tynde tråde sammen, og vist, hvordan de kan spoles ud i rummet.

Dette projekt er færdigt i december 2013. Men allerede i marts samme år skal en ti meter lang tråd sendes op med en lille undersøgelsessatellit, som er bygget i Estland.

I 2014 skal så en hundrede meter lang tråd afprøves på den første finske undersøgelsessatellit, Aalto-1.

Kilometerlange tråde skal ud i rummet

Senere håber Pekka Janhunen på, at EU vil godkende deres næste projekt, Solar Wind Electric Sail Test (SWEST).

Dette er en lidt større satellit med fire tråde, som er en kilometer lange.

Den skal sende med en stor Ariane 5-raket til en højere bane, hvor solvinden blæser på samme måde i rummet som mellem planeterne.

Hvis dette projekt ikke får penge, vil Pekka Janhunen forsøge at skalere satellitten ned til samme størrelse som de to første.

Han fortæller, at deltagerne i projektet kommer fra Finland, Sverige, Estland, Tyskland og Italien. De er åbne for at samarbejde med alle, som vil være med til at få en rigtig solvind i e-sejlet.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson