Elektriline päikesepuri

Elektriline päikesepuri on teoreetiline kosmosesõiduki käitursüsteem, mis kasutab jõuallikaks päikesetuule dünaamilist rõhku. Purje rakendamisel saab võimalikuks ehitada kiireim inimloodud sõiduk, mille kiirus võib ületada 30 km/s. Seni on kiireim inimese loodud kosmosesõiduk Voyager 1, kiirusega ligikaudu 17 km/s.

Purje seade tekitab peenikeste traatide ümber elektrivälja, mis toimib "virtuaalse" purjeriidena ning mille abil saab see päikesetuules leiduvatelt prootonitelt hoogu. Elektriline päikesepuri võimaldab kiiret ja säästliku liikumist päikesesüsteemi piires.

Elektrilise päikesepurje leiutaja on Soome Meteoroloogia Instituudi teadlane Pekka Janhunen. Euroopa Liidu rahastusel on lähiaastate eesmärgiks ehitada laboritingimustes töötavad seadme võtmekomponendid. ESAIL-i uurimisprojektis osaleb 5 Euroopa riiki ning projekt kestab kolm aastat. Lähema paari aasta jooksul on kavas testida elektrilise purje tööpõhimõtet Eesti ESTCube-1 ja Soome Aalto-1 nanosatelliidiga.

Tööpõhimõte ja disain
Elektriline puri koosneb mitmest radiaalselt ümber kosmoselaeva paiknevast peenikesest, pikast ning juhtivast lõast, mida hoitakse kõrge positiivse potentsiaali all. Positiivselt laetud lõõg tekitab enda ümber suure elektrivälja, mis mõjutab päikesetuules lenduvate prootonite trajektoore ning kogub neilt seeläbi impulssi. Samaaegselt koguneb lõale päikesetuules leiduvaid elektrone, mille eemaldamiseks kasutatakse elektronikahurit.

Üks viis purje struktuuri loomiseks, on panna kosmoselaev pöörlema ümber oma telje ning lasta tsentrifugaaljõul lõad seadmest välja tõmmata. Hiljem saab sama mehhanismiga lõõgasid pinges hoida.
Kontrollides üksikute lõõgade potentsiaali on võimalik purje päikesetuule suhtes kallutada ning seeläbi kosmoselaeva juhtida.

Lõõg
Purje lõõg koosneb peenetest alumiiniumtraatidest, mis on omavahel ühendatud ultrahelikeevitusega. Ühe traadi läbimõõt on 25–50 μm. Lõa tootmise tehnoloogia arendati spetsiaalselt elektrilise päikesepurje tarbeks Soomes. 
Kosmoses ringi lendavad mikrometeoriidid võivad suure tõenäosusega tabada lõõga ning seda lühemaks lõigata, seetõttu on mitmest peenest alumiiniumtraadist koosneva lõa eluiga kordades pikem kui üksiku traadiga lõal.

Puri

Täismõõdus missiooni puhul koosneks puri viiekümnest kuni sajast 20 km pikkusest lõast millele rakendatakse pinge kuni 20 kV. Iga lõa otsas on väike lisaelement – väiksem satelliit (kuni 1 kg), mis on ühendatud nööridega oma naaberelementidega. Lisaelementidest moodustuv välisring annab purjele stabiilsust ning takistab lõõgadel omavahel kokku puutuda.
Iga lõa tekitatud elektriväli ulatub kümneid meetreid kosmosesse. Kokku tekitab puri üle 40 km2 suuruse efektiivse pindala. Muutes üksikute lõõgade pingeid, on võimalik purje tasandit päikesetuule suhtes kallutada ning vähesel määral muuta sõiduki liikumissuunda.

Piirangud
Elektrilist päikesepurje ei saa kasutada seespool planeetide magnetosfääri, sest seal pole päikesetuult, vaid aeglased plasmavood ja magnetväljad.
Kuigi purje on võimalik kallutada, on jõuvektor alati suunatud enam-vähem radiaalselt päikesest eemale. Hinnanguliselt on maksimaalne töötav purje kaldenurk päikesetuule suhtes 60°, andes tõukejõu vektori suurimaks nurgaks 30° radiaalsuuna suhtes.

Kasutusalad
 Kiired lennud (> 50 km/s) päikesesüsteemist ja heliosfäärist välja
 Edasi-tagasi missioonid sisemistele päikesesüsteemi objektidele
 Kosmoseilma ennustamiseks vaatlusjaamade paigutamine päiksele lähemale kui Lagrange'i punkt

Vaata ka 
 Päikesepuri

Viited

Kirjandus 
 Janhunen, P., Electric sail for spacecraft propulsion, Journal of Propulsion and Power, 20, 4, 763-764, 2004.
 Janhunen, P. and A. Sandroos, Simulation study of solar wind push on a charged wire: basis of solar wind electric sail propulsion, Annales Geophysicae, 25, 755-767, 2007

Välislingid
Electric Sailing
Kumpula Space Centre
Finnish Meteorological Institute/Space Research
 

Kosmoseaparaadi täitursüsteemid