Balón s elektronovou náplní

10. leden 2010 | 06.00 |

NASA baloonsDnešní vyspělá technologie nemůže při rostoucích ekonomických nákladech opomenout i technologie mnohem starší a zdánlivě archaické. Mezi ně bychom asi zařadili horkovzdušné balóny. S nimi bychom se běžně nedostali až na oběžnou dráhu kolem Země. Technici však uvažují nad tím, že by právě nová generace balónů s elektronovým plněním pomohla vynášet na oběžnou dráhu nejrůznější materiál či by zde takové balóny mohly být i "zakotveny".

Podle Archimédova zákona jsou balóny odedávna plněny plynem, který má menší hustotu než okolní prostředí, aby mohly v atmosféře stoupat vzhůru. Stačí horký vzduch a takový horkovzdušný balón docela spolehlivě funguje v nízkých vrstvách atmosféry. Dnešní výroba horkého vzduchu v balónech je poměrně jednoduchá a levná, nicméně množství paliva a složitá ovladatelnost balónu v extrémních výškách je velkým problémem. Pokud bychom nahradili vzduch héliem, bylo by to jistě účelnější, ale hélium je pro tyto účely příliš drahé. Ideální náplní balónů by mohl být vodík, je totiž plynem s nejmenší atomovou hmotností. Pokud bychom jej pro dosažení vyšších výšek navíc ohřívali, stalo by  se to velmi nebezpečným problémem. Nabízí se tedy možnost použití dvakrát lehčího atomárního vodíku, který však je velmi reaktivní, slučuje se na molekuly vodíku, které mohou reagovat s kyslíkem za vzniku vody obrovským výbuchem.Pokud by byl balón naplněn vakuem, byl by vystaven obrovském okolnímu tlaku, který by jej za současných použitých materiálů na stavbu takového balónu, okamžitě deformoval.

Vědci se tedy v dalších úvahách zaměřili na materiál mnohem lehčí než jsou atomy vodíku. Napadlo je naplnit balón samotnými elektrony. Elektron má asi 1850x menší hmotnost než proton. Přitom síla, kterou působí na částici s jiným nábojem je ve srovnání s jeho hmotností a rozměry obrovská. Záporně nabité elektrony se navíc velmi silně odpuzují. Vyrobit dostatečné množství elektronů by nemělo být technickým problémem,neboť dávno jsou produkovány jako katodové záření v katodové trubici používané v klasických televizních obrazovkách. Hmotnost náplně takového elektronového balónu by byla téměř nulová, ale objevují se nové problémy.

Při pohybu takového elektronového balónu vzniká neuvěřitelně silné magnetické pole, které v interakci s magnetickým polem Země vytváří zajímavé efekty. Například při zkoušce prototypu byly až v rovníkových krajinách krátkodobě pozorovány polární záře. Byl-li zároveň balón unášen větrem na východ či západ, vzniklé magnetické pole jej táhlo vysokou rychlostí k jižnímu nebo severnímu magnetickému pólu. Tyto problémy by šly redukovat kladně nabitým dielektrikem jakýmsi protinábojem, které by rovněž balón nesl. Potom by byl balón jako celek byl elektricky neutrální, ale choval by se jako elektrický dipól.  Pohyb balónu vhodným směrem by pak šlo vhodnou konstrukcí geometrického uspořádání segmentů kladně nabitého dielektrika, kam by byl generátorem kladný náboj vhodně umísťován. Vznikl by pak asymetrický dipól s možností manévrování a magnetické pole, které pří tom vyvolává, není tak silné mohutné, aby se nedalo zvládnout. Dokonce se takový balón snadněji stabilizuje proti náhlým poryvům větru a velmi snadno se navíc může pohybovat ve směru magnetických silokřivek Země

Vzhledem k zanedbatelné hmotnosti náplně balónu je teoreticky možné dosáhnout hranice atmosféry. Podle hmotnost zátěže balónu a hmotnosti jeho obalu a hustoty okolní atmosféry je však tato teoretická výška nakonec menší. Na balón bude také působit fluktuace atmosféry, která ve stratosférických výškách je značně proměnná. Také nebylo zřejmé, jak bude na náboj balónu působit  kosmické záření a van Allenovy radiační pásy. Pak by mohlo docházet k vybíjení balónu tokem nabitých částic či k draftování balónu od pólu k pólu, tak jako to dělají nabité částice slunečního větru.

Na všechny otázky se nedá jednoznačně odpovědět, ale na uvedený výzkum se v poslední době uvolňují nemalé finanční prostředky. Výzkum se soustředí na hledání nových druhů izolačních materiálů vhodných pro konstrukci balónů a kladně nabitých dielektrik.

Výhody takového balónu spočívají zejména v energetických úsporách dosažených tím, že na rozdíl od běžné kosmické sondy není nutné balón urychlovat na první kosmickou rychlost. Energie dodaná na vytvoření náplně balónu je rovna potenciální energii zátěže v cílové výšce. Navíc jde o levnou elektrickou energii, kterou můžeme při sestupu rekuperovat. Když tedy nepočítáme nutné všudypřítomné ztráty, můžeme náklady na energii při dopravě nahoru a zpět považovat za nulové.Výroba balónu schopného vynést a usadit do lokálního minima ve vrchní vrstvě atmosféry družici je ekonomicky nenáročná. Na rozdíl od konvenčních družic, které musí ve výšce udržovat odstředivá síla, tedy pohyb, mohou elektronové aerostaty setrvat na jediném místě nad povrchem Země.V České republice se problematice věnuje nově vznikající výzkumný ústav pro magnetosférické aerostaty.

Podle Rudolfa Mentzla

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1 (9x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

RE: Balón s elektronovou náplní m.l. 15. 01. 2010 - 22:09
RE: Balón s elektronovou náplní xmk 19. 05. 2010 - 10:06