Täysikokoinen sähköpurje koostuu pitkistä (esim. 20 km) ja ohuista (esim. 20 mikrometriä) johtavista langoista, joita on 50-100 kappaletta. Avaruusaluksessa on aurinkosähköllä toimiva elektronitykki (tyypillinen teho muutamia satoja watteja), jota käytetään pitämään alus ja langat korkeassa (jopa 20 kV) positiivisessa potentiaalissa. Lankojen sähkökenttä ulottuu n. 50 metriä ympäröivään aurinkotuuliplasmaan. Lankojen avaamiseen ja aluksen ohjaamiseen sähköisesti on olemassa suhteellisen yksinkertainen tekninen konsepti, jonka toteutuksen yksityiskohdat ovat parhaillaan tutkimuksen kohteena.
Aurinkotuulen dynaaminen paine vaihtelee, mutta Maan etäisyydellä Auringosta se on keskimäärin 2 nanopascalia. Tämä on noin 5000 kertaa heikompi kuin Auringon säteilypaine. Johtuen sähköpurjeen suuresta purjepinta-alasta ja ohuen metallilangan keveydestä pituusyksikköä kohti, menetelmä on silti varsin tehokas. 20 kilometriä pitkä sähköpurjelanka painaa vain muutamia satoja grammoja ja mahtuu pieneen kelaan, mutta kun se avataan avaruudessa ja kytketään toisesta päästään aluksen elektronitykkiin, sen sähkövaraus luo ympärilleen noin neliökilometrin laajuisen tehollisen purjepinta-alan, joka vastaanottaa aurinkotuulelta 1-2 millinewtonin suuruisen työntövoiman. Esimerkiksi varustamalla pieni, 200 kg painoinen avaruusalus sadalla tällaisella langalla saadaan aikaan 1 mm/s^2 kiihtyvyys. Jos tällainen kiihtyvyys vallitsee vuoden ajan, saadaan jo varsi merkittävä 30 km/s loppunopeus. Pieniä hyötykuormia voisi siten liikuttaa varsin nopeasti avaruudessa sähköpurjeen avulla, esimerkiksi Pluton ohilento voisi tapahtua alle viidessä vuodessa. Vaihtoehtoisesti voisi liikutella keskisuuria hyötykuormia tavanomaisilla nopeuksilla (5-10 km/s), mutta nykyistä halvemalla eli pienemmällä Maasta laukaistavalla massalla.
Eräs sähköpurjeen rajoituksista on että koska se on riippuvainen aurinkotuulesta, se ei juurikaan pysty tuottamaan työntövoimaa magnetosfäärin sisällä missä aurinkotuulta ei ole. Vaikka työntövoiman suunta onkin periaatteessa Auringosta ulospäin, voi suuntaa kuitenkin tietyissä rajoissa säätää kääntämällä alusta. Sähköpurjeella voi sen takia myös luovia kohti Aurinkoa.
Periaatekuva pyörivän sähköpurjealuksen lankojen avaamisvaiheesta. Yksinkertaisuuden vuoksi näkyviin on piirretty vain kahdeksan lankaa. Violetinsiniset pinnat ovat aurinkopaneeleita ja keltaiset viivat propulsiovarsia. Niiden päissä on pienet raketit joita käyttämällä systeemille saadaan haluttu pyörimisnopeus.
Nyt langat on avattu ja elektronitykki käynnistetty. Sininen viivoitus kuvaa tykin elektronisuihkua. Tässä vaiheessa pyörimisen käynnistämiseen tarkoitetut pienet raketit polttoainesäiliöineen on poistettu painon säästämiseksi. Aurinkotuuli taivuttaa lankoja ja aiheuttaa työntövoiman. Lankoja ympäröivät sähkökentät on kuvattu punaisilla katkoviivoilla.
Lisätietoja: Pekka Janhunen, etunimi.sukunimi@fmi.fi