SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 17
Baixar para ler offline
TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH
LETECKÁ FAKULTA
SOLÁRNY VIETOR
Zápočtová práca
2014 Bc. Jakub Višňovský
TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH
LETECKÁ FAKULTA
SOLÁRNY VIETOR
Zápočtová práca
Študijný program: Prevádzka Lietadiel
Študijný odbor: 5.2.4. Motorové vozidlá, koľajové vozidlá, lode a lietadlá
Školiace pracovisko: Katedra Avioniky (KA)
Školiteľ: Ing. Ján Kabát, PhD.
Konzultant: Ing. Ján Kabát, PhD.
2014 Košice Bc. Jakub Višňovský
Obsah
Zoznam obrázkov ............................................................................................................................... 4
1. Slnko - zdroj slnečného vetra ..................................................................................................... 5
2. Vzťah Slnka a planéty Zem ......................................................................................................... 6
3. Slnečný vietor ako „Zlý pán“ ...................................................................................................... 9
4. „Dobrý sluha“ v službách cestovania vesmírom ...................................................................... 11
5. Prvý úspešný krok - „Solárny drak" Ikarus ............................................................................... 12
6. Vesmírne plavidlo budúcnosti poháňané „solárnym vetrom“................................................. 13
6.1. Solárna plachetnica, už nie iba pohon budúcnosti .......................................................... 13
6.2. Aktuálny projekt „solárnej plachetnice“ .......................................................................... 14
7. Záver......................................................................................................................................... 16
Zoznam použitej literatúry............................................................................................................... 17
Lf KA
4
Zoznam obrázkov
Obr. 1 Centrálna hviezda nášho systému, Slnko........................................................................... 5
Obr. 2 Neustále formovanie zemskej magnetosféri ..................................................................... 6
Obr. 3 Čoraz častejšia svetelná šou s názvom „Polárna Žiara“ ..................................................... 7
Obr. 4 Schéma heliosféry z bočného pohľadu .............................................................................. 8
Obr. 5 Odpočúvanie polárnej žiari v podaní vedcov na Špicbergoch............................................ 9
Obr. 6 Úspešný projekt IKAROS naštartoval doslova novú éru................................................... 12
Obr. 7 Jedna z mnohých alternatív, konštrukcie solárnej plachetnice ....................................... 13
Obr. 8 Alternatíva pohonnej jednotky s použitím viacerých drôtikov ........................................ 15
Obr. 9 Slnečná sústava – Solar System........................................................................................ 16
Lf KA
5
1. Slnko - zdroj slnečného vetra
Slnko - nám najbližšia hviezda , tzn. hviezda hlavnej postupnosti , ktorá sa nachádza
vo vzdialenosti 149,6106
km od Zeme . Ide o horúcu plazmatickú guľu s priemerom 1,392106
km ,
teplotou na povrchu 5 780 K , teplotou v centre približne 15106
K a žiarivým výkonom 3,8461026
W.
Zdrojom energie je jadrová syntéza , pri ktorej sa za každú sekundu zlúčia v jadre slnko 700
miliónov ton vodíka na hélium .
Slnečné žiarenie - je elektromagnetické žiarenie širokého spektra , od dlhovlnného rádiového
žiarenia až po röntgenové , ktoré vyžaruje Slnko . V blízkosti Zeme má tok energie slnečného
žiarenia hodnotu približne 1,4 kW/m2
.
Obr. 1 Centrálna hviezda nášho systému, Slnko
Tlak elektromagnetického žiarenia - tlak , ktorý vyvoláva dopadajúce elektromagnetické
žiarenie . V prípade , že sa žiarenie na povrchu telesa pohlcuje , zmena hybnosti telesa po dopade
jedného fotónu je rovná hybnosti tohto fotónu . Ak sa fotón odrazí , je zmena hybnosti
dvojnásobná . Tlak slnečného žiarenia sa rovná jednej tretine hustoty energie tohto žiarenia .
Lf KA
6
2. Vzťah Slnka a planéty Zem
Zo Slnka neustále prúdi do okolitého priestoru prúd častíc (protónov, elektrónov, jadier hélia).
Nazýva sa slnečný vietor. Hlavným zdrojom slnečného vetra je rozpínajúca sa koróna a častice
vyvrhnuté do priestoru priamo zo spodných vrstiev atmosféry, napr. pri erupciách a ďalších
búrlivých dejoch. Dosahuje rýchlosť 300 až 1200 km/s, stredná hustota častíc slnečného vetra je
približne 10 častíc/m3
. Prostredníctvom slnečného vetra stráca Slnko každú sekundu asi 300 000
ton. Častice slnečného vetra sú takmer úplne ionizované a preto so sebou odnášajú do priestoru
magnetické pole Slnka.
Obr. 2 Neustále formovanie zemskej magnetosféri
Častice slnečného vetra zachytené magnetosférou Zeme padajú pozdĺž siločiar dolu do polárnych
oblastí. Tam excitujú atómy atmosféry, ktoré potom žiaria podobne ako neónové lampy. Tento jav
nazývame polárnou žiarou.
Polárna žiara (aurora) je svetelný úkaz vo vysokej atmosfére. Najčastejšie sa vyskytuje okolo
severného a južného magnetického pólu. Niekedy zasiahne do nižších geografických šírok,
výnimočne do tropických oblastí. Pozorujeme ju vo výškach 60 - 1000 km. Elektrická energia
vyprodukovaná priemernou polárnou žiarou (trvajúcou 3 h na rozlohe 1 mil. km2
) je približne
100 mil. kWh, čo je týždenná spotreba energie štvrťmiliónového mesta.
Lf KA
7
Obr. 3 Čoraz častejšia svetelná šou s názvom „Polárna Žiara“
Polárne žiary sa vyskytujú súčasne pri severnom i južnom magnetickom póle, pričom tvary a
priebeh sú na oboch póloch symetrické. Horný okraj žiary je červený, spodný fialový až modrý,
uprostred zelený. Vo výškach nad 200 km žiaria do červena atómy kyslíka. V rozmedzí
100 - 200 km žiaria atómy dusíka do modra a kyslíka do zelena. V najnižších častiach žiaria
molekuly dusíka karmínovo. Bledé zelené žiarenie kyslíka býva tak intenzívne, že môže prehlušiť
všetky ostatné farby.
Tvary polárnych žiar, ich zmeny a pohyby sú rozmanité. Táto pestrosť je spôsobená zložitou
interakciou zemskej magnetosféry s nabitými časticami so Slnka a s magnetickým poľom, ktoré so
sebou prinášajú. Výskyt polárnej žiary kolíše so slnečnou činnosťou. V dobe vyššej činnosti sa žiary
vyskytujú častejšie.
Slnečný vietor vydúva v okolí Slnka "bublinu" v medzihviezdnej látke. Nazývame ju heliosféra.
Heliosféra (heliomagnetosféra) je priestor sýtený slnečným vetrom, naplňovaný slnečnou
plazmou. Rozloha tohto priestoru nám zatiaľ nie je ešte známa, rozsah a charakter hraníc by mali
presnejšie určiť medziplanetárne sondy Voyager I a II. Za hranicu heliosféry považujeme oblasť,
kde slnečná plazma stráca energetickú prevahu nad galaktickým vetrom. Veľkosť heliosféry sa
Lf KA
8
mení v závislosti od slnečnej aktivity. Je priebežne doplňovaná slnečnou plazmou, ktorá však môže
mať i diskontinuálny charakter - nárazové vlny či plazmové oblaky od erupcií (slnečná búrka).
Keďže rotačná os Slnka je takmer totožná s magnetickou osou, galaktický vietor stláča heliosféru
na čelnej strane a odvieva na strane druhej (podobne ako slnečný vietor formuje zemskú
magnetosféru).
Obr. 4 Schéma heliosféry z bočného pohľadu
Medzihviezdny plyn (hviezdny vietor) obteká heliosféru. Menej nabité častice kozmického
žiarenia sa od hraníc heliosféry odkláňajú, prúd neutrálnych častíc preniká ďalej do stredu.
V oblasti slnečného rovníka približne +/- 15° však existuje prúdová medzivrstva, rozdeľujúca
magnetické pole na dve sféry opačnej polarity. V tejto vrstve je magnetické pole takmer nulové.
Pri premene magnetickej polarity slnečného poľa sa mení i magnetická polarita v heliosfére s
miernym meškaním. Prechod Zeme medzivrstvou, t.j. hranicou polarít, vyvoláva v sfére Zeme celý
rad efektov, napr. geomagnetické a ionosferické poruchy s priamym dôsledkom na ostatné sféry.
Oblasť v ktorej už nie je sila slnečného vetra dostatočne silná, aby odtlačila medzihviezdnu látku
sa nazýva heliopauza. Vzdialenosť k heliopauze nie je presne známa a značne sa mení podľa
aktuálnej rýchlosti slnečného vetra a lokálnej hustoty medzihviezdnej látky. Leží približne
v trojnásobnej vzdialenosti Neptúna od Slnka.
Lf KA
9
3. Slnečný vietor ako „Zlý pán“
Podľa predpovedí NASA by Slnko v prvých mesiacoch roka 2014 malo vystupňovať svoju aktivitu
v rámci cyklu. Silná slnečná búrka , teda orkán častíc ženúci sa vesmírom , by mohol silno otriasť
magnetickým štítom Krajina a vyradiť z prevádzky niektoré dôležité zložky našej technickej
infraštruktúry .
Obr. 5 Odpočúvanie polárnej žiari v podaní vedcov na Špicbergoch
Slnečný vietor dokáže v polárnych oblastiach planéty Zem roztancovať magickými svetlami . Ale ak
sa vinou silnejšie slnečnej aktivity zmení v orkán , môže pretechnizovanému svetu pripraviť vážne
problémy . Tak ako v nasledujúcich mesiacoch.
Hrubú predstavu o tom , čo by sa mohlo stať , máme vďaka skúsenosti so slnečnou búrok
z 13. marca 1989 . Vtedy sa počas 90 sekúnd zrútila elektroenergetická sieť v kanadskej provincii
Quebec , šesť miliónov ľudí sa na 9 hodín ocitlo bez prúdu , milión obyvateľov dokonca ešte dlhšie.
Škody spôsobené výpadkom dodávok sa odhadujú na 5 miliárd eur.
John Kappenman sa zaoberal analýzou spomínaného aj radu ďalších „blackout“ . Už 30 rokov
pracuje ako elektrotechnik vo firme Storm Analysis Consultants na špecifikáciu účinku slnečných
búrok a návrhoch efektívnych protiopatrení . Skúsenosť ho naučila , že Achillovou pätou
elektrických sietí zostávajú transformátory vysokého napätia . Ich uzemňovacím káblom môže
pri slnečných búrkach - ako sa energetikom podarilo namerať v Škandinávii - prúdiť aj viac než 100
ampérov a poškodiť vinutie . Ak potom vysadí niekoľko týchto nákladných zariadení zároveň ,
Lf KA
10
oprava a plné sprevádzkovanie siete sa citeľne pretiahnu aj predraží - dodacie lehoty týchto
zariadení sa pohybujú okolo jedného roka .
Pritom nejde iba o elektrické osvetlenie . V tuneloch by uviazli vlaky metra i električky , vysadili
semafory , nefungovali by čerpacie stanice , pretože sa spoliehajú na elektrické čerpadlá . Pokazilo
by sa tovar v mraziacich boxoch nákupných centier a po vyčerpaní kapacít núdzových
akumulátorov mobilných operátorov by sa porúčal aj telefónnej siete . Na kratšiu či dlhšiu dobu by
sa ochromila aj lekárska starostlivosť , nedostatok palív by vyprázdnil supermarkety , netrvalo by
dlho a obyvateľstvu by sa začalo nedostávať čistej vody .
Okrem elektrickej siete by silná slnečná búrka zrazila do kolien aj komunikačné systémy .
A pri rozvírili ionosfére by sa porúčala aj letecká doprava . Rádiové spojenie medzi pilotom a
riadiacou vežou predsa stojí na krátkovlnnom pásme , schopnom prekonávať obzvlášť veľké
vzdialenosti , a to vďaka odrazom práve od ionosféry . Pri slnečnej búrke by sa žiaduce jav vytratil .
Leteckým spoločnostiam by nezostalo nič iné, než prejsť na satelitnú komunikáciu . To ale nejde v
prípade letov cez severný pól , pretože vo vysokých zemepisných šírkach nie je možné nadviazať
spojenie so žiadnym zo satelitov . Lety medzi Severnou Amerikou a Áziou by sa tak museli
predisponovať južnejšie . Núdzové opatrenia , stratený čas a palivo by každý let predražili o
desiatky tisíc eur . Deformácia ionosféry by navyše viedla k rušeniu signálov navigačných družíc , je
jedno , či systémov GPS , Galileo , či iných .
Určenie polohy bodu na povrchu zeme by sa tak mohlo odchýliť o 50 až 100 metrov od
skutočnosti . Síce nič tragické pre nás , kto hľadáme niečiu adresu , ale zato vážny problém
napríklad pri ťažbe ropy na mori , kde signály GPS rozhodujú o presnom umiestnení plošiny nad
vrt . Nehovoriac o pilotoch , ktorí sa môžu v hustej premávke na letiskách bezpečne priblížiť len
vďaka presnému určeniu polohy .
Môžeme sa proti „slnečným útokom“ účinne vyzbrojiť ? Ide to , hovorí John Kappenman .
Relatívne lacný spôsob spočíva v ochrane chúlostivých transformátorov vstavaním elektrických
odporov , eliminujúcich penetráciu geomagnetickým prúdy . Úprava jedného transformátora príde
na 30 000 až 80 000 €. Prevádzkovatelia sietí sa investíciám tohto druhu vyhýbajú , pretože
podceňujú riziko blackoutu .
Ale " ak budeme súčasný stav poznania porovnávať s prognózami počasia na Zemi , potom sme na
tom s vesmírnu nečasom ako v 50. rokoch minulého storočia " , prirovnáva Bothmer . Satelity aj
observatória nás síce zásobujú množstvom údajov o slnečných erupciách , svetelných zábleskoch a
rýchlosti slnečného vetra , ale zatiaľ z toho nie sme schopní vypočítať účinky , nehovoriac o
presnej lokalizácii v čase a priestore . Video: http://www.youtube.com/watch?v=FG0fTKAqZ5g
Lf KA
11
4. „Dobrý sluha“ v službách cestovania vesmírom
Slnečná plachetnica, NASA
Slnečná plachetnica je kozmické plavidlo , ktoré je poháňané tlakom dopadajúceho slnečného ,
alebo prípadne aj iného žiarenia na veľkú odrazovú plochu . Pretože plocha musí byť čo najväčšia ,
pripomína plachtu . Kozmické plavidlo je potom urýchľované v smere normály k plachte podobne ,
ako vietor poháňa klasické námorné plachetnice . Nakláňaním plachty možno regulovať zrýchlenie
aj smer letu . Vďaka fyzike letov na obežnej dráhe je možné letieť aj smerom k Slnku , stačí len
spomaliť.
Charakteristika
Pretože tlak žiarenia je veľmi malý , je veľmi malé tiež zrýchlenie , pôsobí však neustále a to bez
pohonných hmôt . Pre dosiahnutie využiteľného zrýchlenie okolo 1 mm · s - 2 treba veľkosti
plachty rádovo stovky metrov až kilometrov pri veľmi malej hmotnosti plachty .
Plachetnica nie je poháňaná slnečným vetrom , ale v podstate iba elektromagnetickým žiarením .
Tlak častíc slnečného vetra je asi 10 000 × menšia . Plachetnica sa hodí predovšetkým pre
medziplanetárne lety a pre vysoké dráhy nad Zemou , a to skôr s ľahším nákladom . Nedá sa
použiť pre štart zo Zeme a je veľmi nevhodná pre nízke obežné dráhy , kde nad účinkom
slnečného žiarenia prevláda aerodynamický odpor vrchných vrstiev atmosféry.
Reálne pokusy
Prvý reálny pokus o vypustenie slnečnej plachetnice Cosmos 1 21. júna 2005 sa nepodaril .
Prvý úspešne vypustená slnečná plachetnica bola IKAROS Japonské vesmírnej agentúry .
Jej primárnou úlohou bolo stať sa prvou funkčné slnečné plachetnicou a následne preletieť okolo
Venuše . 21. mája 2010 bola vynesená na orbite Zeme , kde rozvinula svoju plachtu a 10. júna
2010 z nej úspešne vyplávala smerom k Venuši , okolo ktoré úspešne preletela 8. decembra 2010 .
Lf KA
12
5. Prvý úspešný krok - „Solárny drak" Ikarus
Japonsko patrí ku krajinám, ktoré sú mimoriadne aktívne vo výskume vesmírnych technológií.
Jednou z najnovších je ich "solárny drak" nazvaný Ikaros. Ide takisto o druh vesmírnej plachetnice,
ktorú poháňa slnečný vietor.
Obr. 6 Úspešný projekt IKAROS naštartoval doslova novú éru
Ikaros, ktorého vývoj stál 16 miliónov dolárov, by mal ako prvý vo vesmíre využívať technológiu
pohonu solárnym vetrom. Pokusy o aplikáciu podobných technológií priamo vo vesmíre totiž v
minulosti zlyhali na príliš vysokých nákladoch, ktoré boli spojené s náročným spôsobom
dopravenia takéhoto zariadenia na obežnú dráhu Zeme.
Vesmírne plavidlo vyvinuté Japonskou agentúrou pre výskum vesmíru (JAXA), bolo vypustené na
orbit 18. mája 2010 so sondou Akatsuki, ktorá má za úlohu urobiť detailné snímky Venuše a
pozorovať veterné víchrice. Sonda Ikaros by mala taktiež zamieriť k Venuši, avšak vedci chcú
najprv otestovať plavidlo a jeho reakcie a potom ho nechajú letieť tak dlho a tak ďaleko, ako to len
bude možné. Ak bude Ikaros úspešný a poletí smerom k Venuši, stane sa prvou kozmickou jachtou
na slnečný pohon.
Názorné video, úvod do solárneho pohonu vo vesmíre:
http://www.youtube.com/watch?v=x8ARvFuDel4
Budúce projekty:
http://www.youtube.com/watch?v=W51fKMqIen8
Lf KA
13
6. Vesmírne plavidlo budúcnosti poháňané „solárnym
vetrom“
„Elektrické”, solárne plachetnice by mohli znížiť cenu všetkých vesmírnych aktivít a tiež, napríklad
pomôcť pri tvorbe veľkých satelitov prinášajúcich možnosť výroby „čistej" elektriny na obežnej
dráhe. Satelity, ktoré by obiehali v stálom slnečnom svite, by mohli prenášať energiu na Zem
prostredníctvom mikrovĺn bez prerušenia. Stály výkon by bol významnou výhodou v porovnaní so
zdrojmi solárnej energie na Zemi, ktoré nemôžu vyrábať elektrickú energiu v noci, pri oblačnom
počasí a v zime, čo je vážnym problémom, a to najmä na ďalekom Severe“, povedal Janhunen.
Doterajšie práce na elektrickej plachetnici sa uskutočnili na Helsinskej univerzite, a ďalej v
Nemecku, Švédsku, Rusku a Taliansku. Elektrické vesmírne plavidlo je vedľajším produktom
základného výskumu uskutočneného fínskym Meteorologickým ústavom, ktorý sa týkal interakcie
slnečného vetra s planétami a ich atmosférou.
6.1.Solárna plachetnica, už nie iba pohon budúcnosti
Prototyp solárnej plachetnice, ktorá na pohyb využíva tzv. slnečný vietor, vyvinutá pred dvoma
rokmi vo fínskom Meteorologickom ústave, sa zo štádia vynálezu rýchlo dostala až k realizácii.
Tento nový druh dopravného prostriedku by mohol mať obrovský vplyv na výskum vesmíru a
cestovanie naprieč slnečnou sústavou.
Obr. 7 Jedna z mnohých alternatív, konštrukcie solárnej plachetnice
Lf KA
14
Plachetnica vyvinutá dr. Pekkom Janhunenom, by mohla znamenať revolúciu v cestovaní
vesmírom. Na svoj pohon využíva len slnečný vietor, čo je nepretržitý prúd plazmy vychádzajúci zo
Slnka. Zmeny slnečného vetra sú okrem iného tiež príčinou rozjasňovania polárnej žiary a
magnetických búrok.
Vesmírny koráb pozostáva z dlhých vodivých lán a elektrónových trysiek napájaných solárnymi
článkami, ktoré majú za úlohu nepretržite udržiavať na vodičoch - lanách nepretržitý kladný
elektrický náboj. Slnečný vietor pôsobí síce malým, ale nepretržitým tlakom na laná a kozmické
plavidlo posúva priestorom.
"Doteraz sme sa pri práci na plachetnici nestretli so žiadnymi závažnejšími technickými
problémami. To nám umožnilo začať plánovať prvé skúšobné misie", povedal dr. Pekka Janhunen.
Zaznamenali sme už významný čiastkový cieľ, keď sa na Helsinskej univerzite vo Výskumnom
laboratóriu pre elektroniku podarilo vyvinúť metódu pre konštrukciu lán odolných voči mikro-
meteoritom. Laná pozostávajú z veľmi tenkých drôtov, ktoré sa spájajú využívaním
ultrazvukového zvárania. Táto novo vyvinutá technika dovoľuje vzájomne spojiť tenké kovové
vlákna do akéhokoľvek geometrického tvaru a rozvinúť ich v priestore.
6.2.Aktuálny projekt „solárnej plachetnice“
Nový koncept pre pohon kozmických lodí sa blíži k svojmu prvému otestovaniu vo vesmíre.
Elektrická plachetnica využíva na svoj pohon tlak slnečného vetra. Solárna plachetnica funguje
podobne využívajúc tlak slnečného svetla, kladúc mu do cesty mechanickú prekážku, tenučkú
plachtu. Elektrická plachetnica namiesto plachiet používa veľmi dlhé tenké drôtiky. Sú vodivé, dlhé
20 kilometrov, len 25 mikrometrov hrubé a je ich 50 až 100.
Loď potrebuje okrem vejára drôtikov aj elektrónové delo udržiavajúce celú plachetnicu pozitívne
nabitú (na potenciáli 20kV). Elektrické pole okolo drôtikov sa rozprestiera do vzdialenosti
niekoľkých desiatok metrov. Nabité častice slnečného vetra tak vidia okolo každého drôtika
stometrovú zónu do ktorej sa môžu takpovediac oprieť.
Tlak slnečného vetra (stredná hodnota 2nPa) je pár tisíc krát menší ako tlak slnečného svetla
(žiarenia). Napriek tomu, vďaka veľmi nízkej hmotnosti drôtikov a veľkému objemu v ktorom sa
okolo drôtikov rozprestiera elektrické pole je tlak slnečného vetra dostatočný na pohon ľahkých
kozmických lodí. 20 kilometrový spletenec pár drôtikov váži len stovky gramov. Kvôli
mikrometeoritom na pohon nemôžu byť použité 20 kilometrové jednotlivé drôtiky, ale spletenec
niekoľkých drôtikov zvarených každý meter. Takýto "povraz" z drôtikov prežije bombardovanie
mikrometeoritmi, ktoré pretnú len jednotlivé drôtiky nie celý povraz.
Lf KA
15
Obr. 8 Alternatíva pohonnej jednotky s použitím viacerých drôtikov
Jeden takýto drôtik získa z tlaku slnečného vetra urýchľujúcu silu 10 mili Newtonov. Ak si
predstavíte 1000 kilogramovú loď so 100 urýchľujúcimi povrazmi, tak jej zrýchlenie bude 1 mm/s2
.
To pri ročnom urýchľovaní znamená urýchlenie lode na 30 km/s. Takáto loď potom doletí k Plutu
za menej než 5 rokov. Pri ťažších, pár tonových lodiach tak získate urýchlenie stále použiteľných 5-
10 km/s. Elektrická plachetnica nie je úplne novým konceptom. Jej popis bol prvý krát zverejnený
v článku fínskych autorov Janhunen a Sandroos v odbornom magazíne Annales Geophysicae v
roku 2007. Myšlienka skrsla v hlave prvého z nich v roku 2004. V roku 2010 koncept získal
Quality Innovation Prize, ktorú jej autorom odovzdala fínska prezidentka Tarja Halonen 11.
novembra 2010. Na koncepte v súčasnosti pracuje v rámci spoločného projektu skupina
výskumných inštitútov a univerzít vedených organizáciou Kumpula Space Centre. Jedným z
najväčších problémov bolo zváranie tenučkých drôtikov. Vývoj vyriešil problém pôvodne
pokladaný odborníkmi z oblasti zvárania za neriešiteľný. Viedol k modifikovanému automatickému
priemyselnému stroju na ultrazvukové zváranie, ktorý aktuálne dokáže vyrobiť kilometrový povraz
z drôtikov s 90 tisícmi zvarmi. Prvý test technológie elektrickej plachetnice prebehne už tento rok
na palube Estónskeho študentského cubesatu ESTcube. Ten by mal odštartovať do vesmíru v
marci 2013. Z neho sa odvinie 15 metrový povrázok na ktorom bude meraný skutočný efekt tlaku
slnečného vetra na elektrické pole povrázku.
Budúci rok to bude 100 metrový drôtikový povrázok na satelite Aalto-1 fínskej Aalto University.
Lf KA
16
7. Záver
Človek je stvorenie, živý tvor ktoré si ako jediné kladie otázky typu „Ako? Prečo?“
Vďaka týmto otázkam neustále spoznávame priestor v ktorom žijeme, nazývaný vesmír.
Keďže jednou s jeho prirodzených, vrodených vlastností je aj zvedavosť – v hlavách mnohých ľudí
sa zrodila otázka
„Bude niekedy možné tento vesmírny priestor preskúmať, či dokonca zmapovať?
Solárne plachetnice sú iba jedným útržkom z dlhej odpovede, ktorú si môže prečítať každý z nás,
večer na jasnej nočnej oblohe. Obsah tejto práce je bližšie venovaný jednému konkrétnemu
spôsobu cestovania vesmírom, ktorá sa dočkala pozornosti už v priebehu týchto rokov.
„Solárne plachetnice“ využívajú na začiatku svojej cesty na počiatočné zrýchlenie gravitáciu
najbližšej hviezdy, Slnka. Následne sa ich trajektória nasmeruje na požadovaný smer a pohon je
zabezpečený zachytávaním tlaku protónov a iných vesmírnych častíc, obsiahnutých v slnečnom
vetre. Keďže každý vynález začínal od „0“ bude nanajvýš veľmi zaujímavé sledovať cestu vývoja
alternatívnych pohonov pre cestovanie vesmírom.
Obr. 9 Slnečná sústava – Solar System
Na záver jedno veľmi zaujímavé odporúčanie, stiahnuť dokument COSMOS 2014 na:
http://www.uloz.to/hledej?q=Kosmos
Lf KA
17
Zoznam použitej literatúry
[1]. http://www.solartechnika.sk/solartechnika-22010/elektricka-plachetnica-s-pohonom-na-
solarny-vietor-.html
[2]. http://www.aldebaran.cz/bulletin/2005_35_pla.php
[3]. http://science.howstuffworks.com/solar-sail.htm
[4]. http://io9.com/how-the-solar-sail-might-one-day-fuel-interplanetary-tr-1535937811
[5]. http://www.centauri-dreams.org/?p=30204
[6]. http://mek.kosmo.cz/zaklady/rakety/solsail.htm
[7]. http://pc.zoznam.sk/novinka/elektricka-vesmirna-plachetnica

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Resume_Dauglas Adjei.doc
Resume_Dauglas Adjei.docResume_Dauglas Adjei.doc
Resume_Dauglas Adjei.docDoug Adjei
 
Wroclaw agglomeration sector analyses chemicals and pharmaceuticals
Wroclaw agglomeration sector analyses   chemicals and pharmaceuticalsWroclaw agglomeration sector analyses   chemicals and pharmaceuticals
Wroclaw agglomeration sector analyses chemicals and pharmaceuticalsInvest in Wroclaw
 
Wroclaw innovation is inherent to the city dna en
Wroclaw innovation is inherent to the city dna enWroclaw innovation is inherent to the city dna en
Wroclaw innovation is inherent to the city dna enInvest in Wroclaw
 
ART ACTIVITIES RESUME
ART ACTIVITIES RESUMEART ACTIVITIES RESUME
ART ACTIVITIES RESUMEAlain Couder
 
India GRI 2015 Advance Brochure
India GRI 2015 Advance BrochureIndia GRI 2015 Advance Brochure
India GRI 2015 Advance BrochureAndreas Schonning
 
Preparation of wps for stainless steel
Preparation of wps for stainless steelPreparation of wps for stainless steel
Preparation of wps for stainless steelsantasatana
 
Wroclaw agglomeration sector analyses automotive industry
Wroclaw agglomeration sector analyses   automotive industryWroclaw agglomeration sector analyses   automotive industry
Wroclaw agglomeration sector analyses automotive industryInvest in Wroclaw
 
Key Expert Profiles - Egypt
Key Expert Profiles - EgyptKey Expert Profiles - Egypt
Key Expert Profiles - EgyptDMI Associates
 
Wroclaw agglomeration sector analyses mechanical engineering
Wroclaw agglomeration sector analyses   mechanical engineeringWroclaw agglomeration sector analyses   mechanical engineering
Wroclaw agglomeration sector analyses mechanical engineeringInvest in Wroclaw
 
West Africa GRI 2016 Advance Brochure
West Africa GRI 2016 Advance BrochureWest Africa GRI 2016 Advance Brochure
West Africa GRI 2016 Advance BrochureAndreas Schonning
 
Russia GRI 2015 Advance Brochure
Russia GRI 2015 Advance BrochureRussia GRI 2015 Advance Brochure
Russia GRI 2015 Advance BrochureAndreas Schonning
 
Ideaaworks profile 2015 pdf
Ideaaworks profile 2015 pdfIdeaaworks profile 2015 pdf
Ideaaworks profile 2015 pdfanjan bhaumik
 

Destaque (14)

Resume_Dauglas Adjei.doc
Resume_Dauglas Adjei.docResume_Dauglas Adjei.doc
Resume_Dauglas Adjei.doc
 
Wroclaw agglomeration sector analyses chemicals and pharmaceuticals
Wroclaw agglomeration sector analyses   chemicals and pharmaceuticalsWroclaw agglomeration sector analyses   chemicals and pharmaceuticals
Wroclaw agglomeration sector analyses chemicals and pharmaceuticals
 
Wroclaw innovation is inherent to the city dna en
Wroclaw innovation is inherent to the city dna enWroclaw innovation is inherent to the city dna en
Wroclaw innovation is inherent to the city dna en
 
ART ACTIVITIES RESUME
ART ACTIVITIES RESUMEART ACTIVITIES RESUME
ART ACTIVITIES RESUME
 
India GRI 2015 Advance Brochure
India GRI 2015 Advance BrochureIndia GRI 2015 Advance Brochure
India GRI 2015 Advance Brochure
 
Preparation of wps for stainless steel
Preparation of wps for stainless steelPreparation of wps for stainless steel
Preparation of wps for stainless steel
 
Wroclaw agglomeration sector analyses automotive industry
Wroclaw agglomeration sector analyses   automotive industryWroclaw agglomeration sector analyses   automotive industry
Wroclaw agglomeration sector analyses automotive industry
 
Lo8
Lo8Lo8
Lo8
 
Key Expert Profiles - Egypt
Key Expert Profiles - EgyptKey Expert Profiles - Egypt
Key Expert Profiles - Egypt
 
Wroclaw agglomeration sector analyses mechanical engineering
Wroclaw agglomeration sector analyses   mechanical engineeringWroclaw agglomeration sector analyses   mechanical engineering
Wroclaw agglomeration sector analyses mechanical engineering
 
West Africa GRI 2016 Advance Brochure
West Africa GRI 2016 Advance BrochureWest Africa GRI 2016 Advance Brochure
West Africa GRI 2016 Advance Brochure
 
ESCOM Newsletter - 03.2015
ESCOM Newsletter - 03.2015ESCOM Newsletter - 03.2015
ESCOM Newsletter - 03.2015
 
Russia GRI 2015 Advance Brochure
Russia GRI 2015 Advance BrochureRussia GRI 2015 Advance Brochure
Russia GRI 2015 Advance Brochure
 
Ideaaworks profile 2015 pdf
Ideaaworks profile 2015 pdfIdeaaworks profile 2015 pdf
Ideaaworks profile 2015 pdf
 

Solárny vietor Jakub Višňovský 2-804-2

  • 1. TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH LETECKÁ FAKULTA SOLÁRNY VIETOR Zápočtová práca 2014 Bc. Jakub Višňovský
  • 2. TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH LETECKÁ FAKULTA SOLÁRNY VIETOR Zápočtová práca Študijný program: Prevádzka Lietadiel Študijný odbor: 5.2.4. Motorové vozidlá, koľajové vozidlá, lode a lietadlá Školiace pracovisko: Katedra Avioniky (KA) Školiteľ: Ing. Ján Kabát, PhD. Konzultant: Ing. Ján Kabát, PhD. 2014 Košice Bc. Jakub Višňovský
  • 3. Obsah Zoznam obrázkov ............................................................................................................................... 4 1. Slnko - zdroj slnečného vetra ..................................................................................................... 5 2. Vzťah Slnka a planéty Zem ......................................................................................................... 6 3. Slnečný vietor ako „Zlý pán“ ...................................................................................................... 9 4. „Dobrý sluha“ v službách cestovania vesmírom ...................................................................... 11 5. Prvý úspešný krok - „Solárny drak" Ikarus ............................................................................... 12 6. Vesmírne plavidlo budúcnosti poháňané „solárnym vetrom“................................................. 13 6.1. Solárna plachetnica, už nie iba pohon budúcnosti .......................................................... 13 6.2. Aktuálny projekt „solárnej plachetnice“ .......................................................................... 14 7. Záver......................................................................................................................................... 16 Zoznam použitej literatúry............................................................................................................... 17
  • 4. Lf KA 4 Zoznam obrázkov Obr. 1 Centrálna hviezda nášho systému, Slnko........................................................................... 5 Obr. 2 Neustále formovanie zemskej magnetosféri ..................................................................... 6 Obr. 3 Čoraz častejšia svetelná šou s názvom „Polárna Žiara“ ..................................................... 7 Obr. 4 Schéma heliosféry z bočného pohľadu .............................................................................. 8 Obr. 5 Odpočúvanie polárnej žiari v podaní vedcov na Špicbergoch............................................ 9 Obr. 6 Úspešný projekt IKAROS naštartoval doslova novú éru................................................... 12 Obr. 7 Jedna z mnohých alternatív, konštrukcie solárnej plachetnice ....................................... 13 Obr. 8 Alternatíva pohonnej jednotky s použitím viacerých drôtikov ........................................ 15 Obr. 9 Slnečná sústava – Solar System........................................................................................ 16
  • 5. Lf KA 5 1. Slnko - zdroj slnečného vetra Slnko - nám najbližšia hviezda , tzn. hviezda hlavnej postupnosti , ktorá sa nachádza vo vzdialenosti 149,6106 km od Zeme . Ide o horúcu plazmatickú guľu s priemerom 1,392106 km , teplotou na povrchu 5 780 K , teplotou v centre približne 15106 K a žiarivým výkonom 3,8461026 W. Zdrojom energie je jadrová syntéza , pri ktorej sa za každú sekundu zlúčia v jadre slnko 700 miliónov ton vodíka na hélium . Slnečné žiarenie - je elektromagnetické žiarenie širokého spektra , od dlhovlnného rádiového žiarenia až po röntgenové , ktoré vyžaruje Slnko . V blízkosti Zeme má tok energie slnečného žiarenia hodnotu približne 1,4 kW/m2 . Obr. 1 Centrálna hviezda nášho systému, Slnko Tlak elektromagnetického žiarenia - tlak , ktorý vyvoláva dopadajúce elektromagnetické žiarenie . V prípade , že sa žiarenie na povrchu telesa pohlcuje , zmena hybnosti telesa po dopade jedného fotónu je rovná hybnosti tohto fotónu . Ak sa fotón odrazí , je zmena hybnosti dvojnásobná . Tlak slnečného žiarenia sa rovná jednej tretine hustoty energie tohto žiarenia .
  • 6. Lf KA 6 2. Vzťah Slnka a planéty Zem Zo Slnka neustále prúdi do okolitého priestoru prúd častíc (protónov, elektrónov, jadier hélia). Nazýva sa slnečný vietor. Hlavným zdrojom slnečného vetra je rozpínajúca sa koróna a častice vyvrhnuté do priestoru priamo zo spodných vrstiev atmosféry, napr. pri erupciách a ďalších búrlivých dejoch. Dosahuje rýchlosť 300 až 1200 km/s, stredná hustota častíc slnečného vetra je približne 10 častíc/m3 . Prostredníctvom slnečného vetra stráca Slnko každú sekundu asi 300 000 ton. Častice slnečného vetra sú takmer úplne ionizované a preto so sebou odnášajú do priestoru magnetické pole Slnka. Obr. 2 Neustále formovanie zemskej magnetosféri Častice slnečného vetra zachytené magnetosférou Zeme padajú pozdĺž siločiar dolu do polárnych oblastí. Tam excitujú atómy atmosféry, ktoré potom žiaria podobne ako neónové lampy. Tento jav nazývame polárnou žiarou. Polárna žiara (aurora) je svetelný úkaz vo vysokej atmosfére. Najčastejšie sa vyskytuje okolo severného a južného magnetického pólu. Niekedy zasiahne do nižších geografických šírok, výnimočne do tropických oblastí. Pozorujeme ju vo výškach 60 - 1000 km. Elektrická energia vyprodukovaná priemernou polárnou žiarou (trvajúcou 3 h na rozlohe 1 mil. km2 ) je približne 100 mil. kWh, čo je týždenná spotreba energie štvrťmiliónového mesta.
  • 7. Lf KA 7 Obr. 3 Čoraz častejšia svetelná šou s názvom „Polárna Žiara“ Polárne žiary sa vyskytujú súčasne pri severnom i južnom magnetickom póle, pričom tvary a priebeh sú na oboch póloch symetrické. Horný okraj žiary je červený, spodný fialový až modrý, uprostred zelený. Vo výškach nad 200 km žiaria do červena atómy kyslíka. V rozmedzí 100 - 200 km žiaria atómy dusíka do modra a kyslíka do zelena. V najnižších častiach žiaria molekuly dusíka karmínovo. Bledé zelené žiarenie kyslíka býva tak intenzívne, že môže prehlušiť všetky ostatné farby. Tvary polárnych žiar, ich zmeny a pohyby sú rozmanité. Táto pestrosť je spôsobená zložitou interakciou zemskej magnetosféry s nabitými časticami so Slnka a s magnetickým poľom, ktoré so sebou prinášajú. Výskyt polárnej žiary kolíše so slnečnou činnosťou. V dobe vyššej činnosti sa žiary vyskytujú častejšie. Slnečný vietor vydúva v okolí Slnka "bublinu" v medzihviezdnej látke. Nazývame ju heliosféra. Heliosféra (heliomagnetosféra) je priestor sýtený slnečným vetrom, naplňovaný slnečnou plazmou. Rozloha tohto priestoru nám zatiaľ nie je ešte známa, rozsah a charakter hraníc by mali presnejšie určiť medziplanetárne sondy Voyager I a II. Za hranicu heliosféry považujeme oblasť, kde slnečná plazma stráca energetickú prevahu nad galaktickým vetrom. Veľkosť heliosféry sa
  • 8. Lf KA 8 mení v závislosti od slnečnej aktivity. Je priebežne doplňovaná slnečnou plazmou, ktorá však môže mať i diskontinuálny charakter - nárazové vlny či plazmové oblaky od erupcií (slnečná búrka). Keďže rotačná os Slnka je takmer totožná s magnetickou osou, galaktický vietor stláča heliosféru na čelnej strane a odvieva na strane druhej (podobne ako slnečný vietor formuje zemskú magnetosféru). Obr. 4 Schéma heliosféry z bočného pohľadu Medzihviezdny plyn (hviezdny vietor) obteká heliosféru. Menej nabité častice kozmického žiarenia sa od hraníc heliosféry odkláňajú, prúd neutrálnych častíc preniká ďalej do stredu. V oblasti slnečného rovníka približne +/- 15° však existuje prúdová medzivrstva, rozdeľujúca magnetické pole na dve sféry opačnej polarity. V tejto vrstve je magnetické pole takmer nulové. Pri premene magnetickej polarity slnečného poľa sa mení i magnetická polarita v heliosfére s miernym meškaním. Prechod Zeme medzivrstvou, t.j. hranicou polarít, vyvoláva v sfére Zeme celý rad efektov, napr. geomagnetické a ionosferické poruchy s priamym dôsledkom na ostatné sféry. Oblasť v ktorej už nie je sila slnečného vetra dostatočne silná, aby odtlačila medzihviezdnu látku sa nazýva heliopauza. Vzdialenosť k heliopauze nie je presne známa a značne sa mení podľa aktuálnej rýchlosti slnečného vetra a lokálnej hustoty medzihviezdnej látky. Leží približne v trojnásobnej vzdialenosti Neptúna od Slnka.
  • 9. Lf KA 9 3. Slnečný vietor ako „Zlý pán“ Podľa predpovedí NASA by Slnko v prvých mesiacoch roka 2014 malo vystupňovať svoju aktivitu v rámci cyklu. Silná slnečná búrka , teda orkán častíc ženúci sa vesmírom , by mohol silno otriasť magnetickým štítom Krajina a vyradiť z prevádzky niektoré dôležité zložky našej technickej infraštruktúry . Obr. 5 Odpočúvanie polárnej žiari v podaní vedcov na Špicbergoch Slnečný vietor dokáže v polárnych oblastiach planéty Zem roztancovať magickými svetlami . Ale ak sa vinou silnejšie slnečnej aktivity zmení v orkán , môže pretechnizovanému svetu pripraviť vážne problémy . Tak ako v nasledujúcich mesiacoch. Hrubú predstavu o tom , čo by sa mohlo stať , máme vďaka skúsenosti so slnečnou búrok z 13. marca 1989 . Vtedy sa počas 90 sekúnd zrútila elektroenergetická sieť v kanadskej provincii Quebec , šesť miliónov ľudí sa na 9 hodín ocitlo bez prúdu , milión obyvateľov dokonca ešte dlhšie. Škody spôsobené výpadkom dodávok sa odhadujú na 5 miliárd eur. John Kappenman sa zaoberal analýzou spomínaného aj radu ďalších „blackout“ . Už 30 rokov pracuje ako elektrotechnik vo firme Storm Analysis Consultants na špecifikáciu účinku slnečných búrok a návrhoch efektívnych protiopatrení . Skúsenosť ho naučila , že Achillovou pätou elektrických sietí zostávajú transformátory vysokého napätia . Ich uzemňovacím káblom môže pri slnečných búrkach - ako sa energetikom podarilo namerať v Škandinávii - prúdiť aj viac než 100 ampérov a poškodiť vinutie . Ak potom vysadí niekoľko týchto nákladných zariadení zároveň ,
  • 10. Lf KA 10 oprava a plné sprevádzkovanie siete sa citeľne pretiahnu aj predraží - dodacie lehoty týchto zariadení sa pohybujú okolo jedného roka . Pritom nejde iba o elektrické osvetlenie . V tuneloch by uviazli vlaky metra i električky , vysadili semafory , nefungovali by čerpacie stanice , pretože sa spoliehajú na elektrické čerpadlá . Pokazilo by sa tovar v mraziacich boxoch nákupných centier a po vyčerpaní kapacít núdzových akumulátorov mobilných operátorov by sa porúčal aj telefónnej siete . Na kratšiu či dlhšiu dobu by sa ochromila aj lekárska starostlivosť , nedostatok palív by vyprázdnil supermarkety , netrvalo by dlho a obyvateľstvu by sa začalo nedostávať čistej vody . Okrem elektrickej siete by silná slnečná búrka zrazila do kolien aj komunikačné systémy . A pri rozvírili ionosfére by sa porúčala aj letecká doprava . Rádiové spojenie medzi pilotom a riadiacou vežou predsa stojí na krátkovlnnom pásme , schopnom prekonávať obzvlášť veľké vzdialenosti , a to vďaka odrazom práve od ionosféry . Pri slnečnej búrke by sa žiaduce jav vytratil . Leteckým spoločnostiam by nezostalo nič iné, než prejsť na satelitnú komunikáciu . To ale nejde v prípade letov cez severný pól , pretože vo vysokých zemepisných šírkach nie je možné nadviazať spojenie so žiadnym zo satelitov . Lety medzi Severnou Amerikou a Áziou by sa tak museli predisponovať južnejšie . Núdzové opatrenia , stratený čas a palivo by každý let predražili o desiatky tisíc eur . Deformácia ionosféry by navyše viedla k rušeniu signálov navigačných družíc , je jedno , či systémov GPS , Galileo , či iných . Určenie polohy bodu na povrchu zeme by sa tak mohlo odchýliť o 50 až 100 metrov od skutočnosti . Síce nič tragické pre nás , kto hľadáme niečiu adresu , ale zato vážny problém napríklad pri ťažbe ropy na mori , kde signály GPS rozhodujú o presnom umiestnení plošiny nad vrt . Nehovoriac o pilotoch , ktorí sa môžu v hustej premávke na letiskách bezpečne priblížiť len vďaka presnému určeniu polohy . Môžeme sa proti „slnečným útokom“ účinne vyzbrojiť ? Ide to , hovorí John Kappenman . Relatívne lacný spôsob spočíva v ochrane chúlostivých transformátorov vstavaním elektrických odporov , eliminujúcich penetráciu geomagnetickým prúdy . Úprava jedného transformátora príde na 30 000 až 80 000 €. Prevádzkovatelia sietí sa investíciám tohto druhu vyhýbajú , pretože podceňujú riziko blackoutu . Ale " ak budeme súčasný stav poznania porovnávať s prognózami počasia na Zemi , potom sme na tom s vesmírnu nečasom ako v 50. rokoch minulého storočia " , prirovnáva Bothmer . Satelity aj observatória nás síce zásobujú množstvom údajov o slnečných erupciách , svetelných zábleskoch a rýchlosti slnečného vetra , ale zatiaľ z toho nie sme schopní vypočítať účinky , nehovoriac o presnej lokalizácii v čase a priestore . Video: http://www.youtube.com/watch?v=FG0fTKAqZ5g
  • 11. Lf KA 11 4. „Dobrý sluha“ v službách cestovania vesmírom Slnečná plachetnica, NASA Slnečná plachetnica je kozmické plavidlo , ktoré je poháňané tlakom dopadajúceho slnečného , alebo prípadne aj iného žiarenia na veľkú odrazovú plochu . Pretože plocha musí byť čo najväčšia , pripomína plachtu . Kozmické plavidlo je potom urýchľované v smere normály k plachte podobne , ako vietor poháňa klasické námorné plachetnice . Nakláňaním plachty možno regulovať zrýchlenie aj smer letu . Vďaka fyzike letov na obežnej dráhe je možné letieť aj smerom k Slnku , stačí len spomaliť. Charakteristika Pretože tlak žiarenia je veľmi malý , je veľmi malé tiež zrýchlenie , pôsobí však neustále a to bez pohonných hmôt . Pre dosiahnutie využiteľného zrýchlenie okolo 1 mm · s - 2 treba veľkosti plachty rádovo stovky metrov až kilometrov pri veľmi malej hmotnosti plachty . Plachetnica nie je poháňaná slnečným vetrom , ale v podstate iba elektromagnetickým žiarením . Tlak častíc slnečného vetra je asi 10 000 × menšia . Plachetnica sa hodí predovšetkým pre medziplanetárne lety a pre vysoké dráhy nad Zemou , a to skôr s ľahším nákladom . Nedá sa použiť pre štart zo Zeme a je veľmi nevhodná pre nízke obežné dráhy , kde nad účinkom slnečného žiarenia prevláda aerodynamický odpor vrchných vrstiev atmosféry. Reálne pokusy Prvý reálny pokus o vypustenie slnečnej plachetnice Cosmos 1 21. júna 2005 sa nepodaril . Prvý úspešne vypustená slnečná plachetnica bola IKAROS Japonské vesmírnej agentúry . Jej primárnou úlohou bolo stať sa prvou funkčné slnečné plachetnicou a následne preletieť okolo Venuše . 21. mája 2010 bola vynesená na orbite Zeme , kde rozvinula svoju plachtu a 10. júna 2010 z nej úspešne vyplávala smerom k Venuši , okolo ktoré úspešne preletela 8. decembra 2010 .
  • 12. Lf KA 12 5. Prvý úspešný krok - „Solárny drak" Ikarus Japonsko patrí ku krajinám, ktoré sú mimoriadne aktívne vo výskume vesmírnych technológií. Jednou z najnovších je ich "solárny drak" nazvaný Ikaros. Ide takisto o druh vesmírnej plachetnice, ktorú poháňa slnečný vietor. Obr. 6 Úspešný projekt IKAROS naštartoval doslova novú éru Ikaros, ktorého vývoj stál 16 miliónov dolárov, by mal ako prvý vo vesmíre využívať technológiu pohonu solárnym vetrom. Pokusy o aplikáciu podobných technológií priamo vo vesmíre totiž v minulosti zlyhali na príliš vysokých nákladoch, ktoré boli spojené s náročným spôsobom dopravenia takéhoto zariadenia na obežnú dráhu Zeme. Vesmírne plavidlo vyvinuté Japonskou agentúrou pre výskum vesmíru (JAXA), bolo vypustené na orbit 18. mája 2010 so sondou Akatsuki, ktorá má za úlohu urobiť detailné snímky Venuše a pozorovať veterné víchrice. Sonda Ikaros by mala taktiež zamieriť k Venuši, avšak vedci chcú najprv otestovať plavidlo a jeho reakcie a potom ho nechajú letieť tak dlho a tak ďaleko, ako to len bude možné. Ak bude Ikaros úspešný a poletí smerom k Venuši, stane sa prvou kozmickou jachtou na slnečný pohon. Názorné video, úvod do solárneho pohonu vo vesmíre: http://www.youtube.com/watch?v=x8ARvFuDel4 Budúce projekty: http://www.youtube.com/watch?v=W51fKMqIen8
  • 13. Lf KA 13 6. Vesmírne plavidlo budúcnosti poháňané „solárnym vetrom“ „Elektrické”, solárne plachetnice by mohli znížiť cenu všetkých vesmírnych aktivít a tiež, napríklad pomôcť pri tvorbe veľkých satelitov prinášajúcich možnosť výroby „čistej" elektriny na obežnej dráhe. Satelity, ktoré by obiehali v stálom slnečnom svite, by mohli prenášať energiu na Zem prostredníctvom mikrovĺn bez prerušenia. Stály výkon by bol významnou výhodou v porovnaní so zdrojmi solárnej energie na Zemi, ktoré nemôžu vyrábať elektrickú energiu v noci, pri oblačnom počasí a v zime, čo je vážnym problémom, a to najmä na ďalekom Severe“, povedal Janhunen. Doterajšie práce na elektrickej plachetnici sa uskutočnili na Helsinskej univerzite, a ďalej v Nemecku, Švédsku, Rusku a Taliansku. Elektrické vesmírne plavidlo je vedľajším produktom základného výskumu uskutočneného fínskym Meteorologickým ústavom, ktorý sa týkal interakcie slnečného vetra s planétami a ich atmosférou. 6.1.Solárna plachetnica, už nie iba pohon budúcnosti Prototyp solárnej plachetnice, ktorá na pohyb využíva tzv. slnečný vietor, vyvinutá pred dvoma rokmi vo fínskom Meteorologickom ústave, sa zo štádia vynálezu rýchlo dostala až k realizácii. Tento nový druh dopravného prostriedku by mohol mať obrovský vplyv na výskum vesmíru a cestovanie naprieč slnečnou sústavou. Obr. 7 Jedna z mnohých alternatív, konštrukcie solárnej plachetnice
  • 14. Lf KA 14 Plachetnica vyvinutá dr. Pekkom Janhunenom, by mohla znamenať revolúciu v cestovaní vesmírom. Na svoj pohon využíva len slnečný vietor, čo je nepretržitý prúd plazmy vychádzajúci zo Slnka. Zmeny slnečného vetra sú okrem iného tiež príčinou rozjasňovania polárnej žiary a magnetických búrok. Vesmírny koráb pozostáva z dlhých vodivých lán a elektrónových trysiek napájaných solárnymi článkami, ktoré majú za úlohu nepretržite udržiavať na vodičoch - lanách nepretržitý kladný elektrický náboj. Slnečný vietor pôsobí síce malým, ale nepretržitým tlakom na laná a kozmické plavidlo posúva priestorom. "Doteraz sme sa pri práci na plachetnici nestretli so žiadnymi závažnejšími technickými problémami. To nám umožnilo začať plánovať prvé skúšobné misie", povedal dr. Pekka Janhunen. Zaznamenali sme už významný čiastkový cieľ, keď sa na Helsinskej univerzite vo Výskumnom laboratóriu pre elektroniku podarilo vyvinúť metódu pre konštrukciu lán odolných voči mikro- meteoritom. Laná pozostávajú z veľmi tenkých drôtov, ktoré sa spájajú využívaním ultrazvukového zvárania. Táto novo vyvinutá technika dovoľuje vzájomne spojiť tenké kovové vlákna do akéhokoľvek geometrického tvaru a rozvinúť ich v priestore. 6.2.Aktuálny projekt „solárnej plachetnice“ Nový koncept pre pohon kozmických lodí sa blíži k svojmu prvému otestovaniu vo vesmíre. Elektrická plachetnica využíva na svoj pohon tlak slnečného vetra. Solárna plachetnica funguje podobne využívajúc tlak slnečného svetla, kladúc mu do cesty mechanickú prekážku, tenučkú plachtu. Elektrická plachetnica namiesto plachiet používa veľmi dlhé tenké drôtiky. Sú vodivé, dlhé 20 kilometrov, len 25 mikrometrov hrubé a je ich 50 až 100. Loď potrebuje okrem vejára drôtikov aj elektrónové delo udržiavajúce celú plachetnicu pozitívne nabitú (na potenciáli 20kV). Elektrické pole okolo drôtikov sa rozprestiera do vzdialenosti niekoľkých desiatok metrov. Nabité častice slnečného vetra tak vidia okolo každého drôtika stometrovú zónu do ktorej sa môžu takpovediac oprieť. Tlak slnečného vetra (stredná hodnota 2nPa) je pár tisíc krát menší ako tlak slnečného svetla (žiarenia). Napriek tomu, vďaka veľmi nízkej hmotnosti drôtikov a veľkému objemu v ktorom sa okolo drôtikov rozprestiera elektrické pole je tlak slnečného vetra dostatočný na pohon ľahkých kozmických lodí. 20 kilometrový spletenec pár drôtikov váži len stovky gramov. Kvôli mikrometeoritom na pohon nemôžu byť použité 20 kilometrové jednotlivé drôtiky, ale spletenec niekoľkých drôtikov zvarených každý meter. Takýto "povraz" z drôtikov prežije bombardovanie mikrometeoritmi, ktoré pretnú len jednotlivé drôtiky nie celý povraz.
  • 15. Lf KA 15 Obr. 8 Alternatíva pohonnej jednotky s použitím viacerých drôtikov Jeden takýto drôtik získa z tlaku slnečného vetra urýchľujúcu silu 10 mili Newtonov. Ak si predstavíte 1000 kilogramovú loď so 100 urýchľujúcimi povrazmi, tak jej zrýchlenie bude 1 mm/s2 . To pri ročnom urýchľovaní znamená urýchlenie lode na 30 km/s. Takáto loď potom doletí k Plutu za menej než 5 rokov. Pri ťažších, pár tonových lodiach tak získate urýchlenie stále použiteľných 5- 10 km/s. Elektrická plachetnica nie je úplne novým konceptom. Jej popis bol prvý krát zverejnený v článku fínskych autorov Janhunen a Sandroos v odbornom magazíne Annales Geophysicae v roku 2007. Myšlienka skrsla v hlave prvého z nich v roku 2004. V roku 2010 koncept získal Quality Innovation Prize, ktorú jej autorom odovzdala fínska prezidentka Tarja Halonen 11. novembra 2010. Na koncepte v súčasnosti pracuje v rámci spoločného projektu skupina výskumných inštitútov a univerzít vedených organizáciou Kumpula Space Centre. Jedným z najväčších problémov bolo zváranie tenučkých drôtikov. Vývoj vyriešil problém pôvodne pokladaný odborníkmi z oblasti zvárania za neriešiteľný. Viedol k modifikovanému automatickému priemyselnému stroju na ultrazvukové zváranie, ktorý aktuálne dokáže vyrobiť kilometrový povraz z drôtikov s 90 tisícmi zvarmi. Prvý test technológie elektrickej plachetnice prebehne už tento rok na palube Estónskeho študentského cubesatu ESTcube. Ten by mal odštartovať do vesmíru v marci 2013. Z neho sa odvinie 15 metrový povrázok na ktorom bude meraný skutočný efekt tlaku slnečného vetra na elektrické pole povrázku. Budúci rok to bude 100 metrový drôtikový povrázok na satelite Aalto-1 fínskej Aalto University.
  • 16. Lf KA 16 7. Záver Človek je stvorenie, živý tvor ktoré si ako jediné kladie otázky typu „Ako? Prečo?“ Vďaka týmto otázkam neustále spoznávame priestor v ktorom žijeme, nazývaný vesmír. Keďže jednou s jeho prirodzených, vrodených vlastností je aj zvedavosť – v hlavách mnohých ľudí sa zrodila otázka „Bude niekedy možné tento vesmírny priestor preskúmať, či dokonca zmapovať? Solárne plachetnice sú iba jedným útržkom z dlhej odpovede, ktorú si môže prečítať každý z nás, večer na jasnej nočnej oblohe. Obsah tejto práce je bližšie venovaný jednému konkrétnemu spôsobu cestovania vesmírom, ktorá sa dočkala pozornosti už v priebehu týchto rokov. „Solárne plachetnice“ využívajú na začiatku svojej cesty na počiatočné zrýchlenie gravitáciu najbližšej hviezdy, Slnka. Následne sa ich trajektória nasmeruje na požadovaný smer a pohon je zabezpečený zachytávaním tlaku protónov a iných vesmírnych častíc, obsiahnutých v slnečnom vetre. Keďže každý vynález začínal od „0“ bude nanajvýš veľmi zaujímavé sledovať cestu vývoja alternatívnych pohonov pre cestovanie vesmírom. Obr. 9 Slnečná sústava – Solar System Na záver jedno veľmi zaujímavé odporúčanie, stiahnuť dokument COSMOS 2014 na: http://www.uloz.to/hledej?q=Kosmos
  • 17. Lf KA 17 Zoznam použitej literatúry [1]. http://www.solartechnika.sk/solartechnika-22010/elektricka-plachetnica-s-pohonom-na- solarny-vietor-.html [2]. http://www.aldebaran.cz/bulletin/2005_35_pla.php [3]. http://science.howstuffworks.com/solar-sail.htm [4]. http://io9.com/how-the-solar-sail-might-one-day-fuel-interplanetary-tr-1535937811 [5]. http://www.centauri-dreams.org/?p=30204 [6]. http://mek.kosmo.cz/zaklady/rakety/solsail.htm [7]. http://pc.zoznam.sk/novinka/elektricka-vesmirna-plachetnica