Razendsnel zeilen op zonnewind

Finse onderzoekers krijgen van de EU 1,7 miljoen euro om het ‘elektrische zonnezeil’ verder te ontwikkelen. Deze Finse uitvinding uit 2006 is verwant aan het ‘gewone’ zonnezeil, van folie. De Japanse satelliet Ikaros, sinds deze zomer onderweg naar Venus, is de eerste die zo’n zeil heeft gehesen.

Dat zonnezeil werkt door licht van de zon te reflecteren. Het licht oefent een druk uit op het zeil van ongeveer een duizendste gram per vierkante meter. Omdat die kracht permanent werkt, haal je – met genoeg vierkante meters – op den duur snelheden die met brandstof niet mogelijk zijn. Het zeil van Ikaros is een vierkant van veertien bij veertien meter.

Het nieuwe, elektrische zeil vangt geen licht maar de zonnewind, de stroom geladen deeltjes die de zon uitstoot. Prototypes worden ontwikkeld aan de universiteit van Helsinki en het Finse meteorologische Instituut. Folie is niet nodig. Het zeil bestaat uit draden die in het rond worden geslingerd zodat ze zich strekken, als spaken van een wiel. Dankzij een elektronenkanon, dat negatief geladen elektronen in het heelal loost, krijgen de draden een positieve elektrische lading. De positief geladen protonen in de zonnewind worden daarmee afgestoten. Het elektronenkanon heeft ongeveer 100 watt vermogen nodig; vergeleken met een fysiek zeil is dat een nadeel.

Doordat elektrische lading op afstand kracht uitoefent, gedragen de draden zich voor de zonnewind als barrières van honderd meter breed. De kracht van de zonnewind is ter plaatse van de aarde ongeveer 5.000 keer zo zwak als die van het zonlicht, maar dit type zeil kan veel groter zijn dan een zeil van folie. De Finnen willen draden gebruiken van een veertigste millimeter dik en twintig kilometer lang. Met honderd stuks heb je een zonnewindzeil van tweehonderd vierkante kilometer: een miljoen keer zo groot als het zeil van Ikaros. Per gram materiaal (inclusief het elektronenkanon) levert dat tien keer zoveel stuwkracht op als bij een ‘conventioneel’ zonnezeil.

In de diepten van het zonnestelsel is de Finse uitvinding handiger dan een fysiek zeil. Door de ingewikkelde interactie met de zonnewind neemt de werking namelijk niet af met het kwadraat van de afstand (twee keer zo ver is vier keer zo zwak) maar ongeveer met de afstand zelf (twee keer zo ver, slechts twee keer zo zwak). Zo moet een ruimtevaartuig een snelheid kunnen bereiken van 50 tot 100 km per seconde en is het mogelijk in twee tot vijf jaar tijd Pluto te bereiken. Sondes met raketmotoren doen daar tien jaar over.

Onderdelen voor het elektrische zonnezeil worden in de nabije toekomst getest in een Finse en een Estse satelliet.

Herbert Blankesteijn