Een groep Finse onderzoekers wil met 50 satellieten in drie jaar tijd 300 asteroïden in kaart brengen.
Elke 5 kg zware satelliet krijgt een elektrisch zonnezeil dat bestaat uit een elektronenkanon en een 10 kV-spanningsbron met daartussen een 20 km lange geleidende draad. Rondom de draad ontstaat een positief elektrisch veld met een diameter van 100 m. De draad vormt zo een elektrisch zeil van enkele vierkante kilometers. Het zeil stoot positief geladen deeltjes uit de zonnewind af waarbij de deeltjes hun momentum op het zeil overdragen. Een gemiddelde zonnewind in de buurt van de aarde, levert zo een versnelling van 1 mm/s2. Ter vergelijking: een ‘klassiek’ zonnezeil bestaat uit een fysiek scherm dat gebruik maakt van het moment van gereflecteerde fotonen.
Bron: Technisch weekblad, 27 september 2017.
Als je bovenstaande bron opent zie je een afbeelding van het elektrisch zonnezeil. Zie voor meer informatie ook deze website.
Open de bron en bekijke de foto van zo'n satelliet. Links zit het elektronenkanon.
a) Wat is de functie van de zonnepanelen voor de satelliet?
Deze moeten (elektrische) energie / spanning leveren voor het elektronenkanon van de satelliet.
b) Waarom is het elektronenkanon nodig voor het elektrisch zonnezeil?
De draad moet positief geladen blijven. Daarvoor zorgt het elektronenkanon. Zonder elektronenkanon wordt de lading steeds minder positief, door negatieve lading die door het ‘zeil’ aangetrokken wordt en op de draad belandt.
c) Bereken de netto kracht van het zonnezeil, die volgt uit gegevens is het artikel.
Er geldt: F = ma = 5 . 1 . 10-3 = 5 . 10-3 N.
d) Bepaal de oppervlakte van het zonnezeil uit gegevens in het artikel en bereken daarmee de druk op het zonnezeil.
A = 100 . 20 . 103 = 2 . 106 m2. Dit levert p = F / A = 5 . 10-3 / 2 . 106 = 2,5 . 10-9 Pa.
In een artikel op internet wordt gesproken van een druk van 2 nPa.
e) Vergelijk de waarde van de druk uit vraag D met de literatuurwaarde uit het artikel.
Die komt er heel goed mee overeen. (Dat mag ook wel want dezelfde bronnen zijn gebruikt)
Uit het artikel op internet blijkt dat de Nederlandse journalist Patrick Marx (geen familie), die het artikel in het Technisch Weekblad schreef, een grote vereenvoudiging heeft aangebracht in zijn beschrijving.
f) Waaruit bestaat die vereenvoudiging?
De bron die in de opgave staat spreekt over meerdere draden (thethers)
Een andere bron schrijft dat de draad roteert en zo een groter oppervlakte beslaat.
Zo’n vereenvoudiging is te verdedigen als hiermee de essentie niet gewijzigd is, maar als het voor de lezer eenvoudiger te begrijpen is.
g) Vind je dat de schrijver hierin geslaagd is?
De essentie van de techniek blijft bestaan en de vereenvoudigde situatie is gemakkelijker te begrijpen. Dus is de vereenvoudiging dus te verdedigen.
