Enkele van de beste dingen in de wetenschap zijn elegant en eenvoudig. Een nieuw voortstuwingssysteem dat in Spanje wordt ontwikkeld, is dat beide en kan een groeiend probleem met de satellieten van de aarde helpen oplossen: de verspreiding van ruimteafval.
Onderzoekers van de Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) en de Universidad Politécnica de Madrid (UPM) in Spanje patenteren een nieuw soort voortstuwingssysteem voor satellieten in een baan die geen drijfgas of verbruiksgoederen gebruiken. Het systeem is in feite een ketting, in de vorm van een aluminium tape van een paar kilometer lang en een paar centimeter breed, die uit de satelliet komt. De onderzoekers noemen het een ruimtebinding.
"Dit is een ontwrichtende technologie omdat het ons in staat stelt om orbitale energie om te zetten in elektrische energie en omgekeerd zonder enig type verbruiksmateriaal te gebruiken". - Gonzalo Sánchez Arriaga, UC3M.
De lichtgewicht ruimtebinder wordt tijdens de lancering opgerold en zodra de satelliet in een baan om de aarde is, wordt hij ingezet. Eenmaal ingezet, kan de tape elektriciteit omzetten in stuwkracht of stuwkracht in elektriciteit. De Spaanse onderzoekers hierachter zeggen dat de ruimtebanden in paren zullen worden gebruikt.
Het systeem is gebaseerd op een zogenaamde "low-work-function" -tether. Een speciale coating op de ketting heeft verbeterde elektronenemissie-eigenschappen bij ontvangst van zonlicht en warmte. Door deze speciale eigenschappen kan het op twee manieren functioneren. "Dit is een ontwrichtende technologie omdat het ons in staat stelt om orbitale energie om te zetten in elektrische energie en omgekeerd zonder enig type verbruiksmateriaal te gebruiken", zegt Gonzalo Sánchez Arriaga, Ramón y Cajal-onderzoeker bij de afdeling Bioengineering and Aerospace Engineering van UC3M.
Als een satelliet hoogte verliest en dichter bij de aarde komt, zet de kabel die door de zwaartekracht veroorzaakte stuwkracht om in elektriciteit voor de ruimtevaartsystemen. Als het gaat om banen in een baan zoals het International Space Station (ISS), kan dit tether-systeem een vervelend probleem oplossen. Elk jaar moet het ISS een aanzienlijke hoeveelheid drijfgas verbranden om zijn baan te behouden. De kabel kan elektriciteit opwekken naarmate hij dichter bij de aarde komt, en deze elektriciteit kan de drijfgas vervangen. "Met een lage-functie-tether en de energie die wordt geleverd door het zonnepaneel van het ISS, kon de atmosferische weerstand worden gecompenseerd zonder het gebruik van drijfgas", zei Arriaga.
"In tegenstelling tot de huidige voortstuwingstechnologieën, heeft de low-work-functie-tether geen drijfgas nodig en gebruikt het natuurlijke bronnen uit de ruimte, zoals het geomagnetische veld, het ionosferische plasma en de zonnestraling." - Gonzalo Sánchez Arriaga, UC3M.
Voor satellieten met voldoende boordvermogen zou de tether omgekeerd werken. Het zou elektriciteit gebruiken om het ruimtevaartuig stuwkracht te geven. Dit is vooral handig voor satellieten aan het einde van hun operationele levensduur. In plaats van lange tijd als ruimteafval in een baan om de aarde weg te kwijnen, zou de vervallen satelliet gedwongen kunnen worden om de atmosfeer van de aarde opnieuw binnen te gaan, waar hij onschadelijk zou opbranden.
Het space-tie-systeem is gebaseerd op wat Lorentz-drag wordt genoemd. Lorentz-weerstand is een elektrodynamisch effect. (Liefhebbers van elektrodynamica kunnen er hier alles over lezen.) Ik zal er niet te diep op ingaan omdat ik geen natuurkundige ben, maar de Spaanse onderzoekers suggereren dat de Lorentz-weerstand gemakkelijk kan worden waargenomen door te kijken naar een magneet die door een koperen buis valt . Hier is een video.
Ruimtevaartorganisaties hebben interesse getoond in de low-work-function tether en het Spaanse team informeert experts in de VS, Japan en Europa. De volgende stap is het vervaardigen van prototypes. "De grootste uitdaging is de fabricage omdat de tether zeer specifieke optische en elektronenemissie-eigenschappen moet verzamelen", zegt Sánchez Arriaga.
Het Spaanse Ministerie van Economie, Industrie en Concurrentievermogen heeft het Spaanse team een beurs toegekend om materialen voor het systeem te onderzoeken. Het team heeft ook een voorstel ingediend voor financiering bij het consortium Future and Emerging Technologies (FET-Open) van de Europese Commissie. “Het FET-OPEN-project zou fundamenteel zijn omdat het rekening houdt met de fabricage en karakterisering van de eerste low-work-function tether en de ontwikkeling van een deorbitkit op basis van deze technologie om te testen op een toekomstige ruimtemissie. Als het wordt gefinancierd, zou het een opstapje zijn naar de toekomst van weinig werkende aanbinden in de ruimte ”, besluit Sanchez Arriaga.
In deze video legt Gonzalo Sanchez Arriaga uit hoe het systeem werkt. Als je geen Spaans spreekt, schakel dan gewoon de ondertitels in.
