Solar Sail

Aurinko purje on käyttövoima vaihtoehtoisia tai täydentäviä antureista ja käyttö avaruusalusten moottorit. Solar purjeet kaapata vedä tuotettu ulkoisista lähteistä aluksen itsensä, niin että se ei tarvitse mukanaan ilman moottoria tai polttoainetta, huomattavasti keventää painon aluksen, ja voi siten saavuttaa suurempia nopeuksia. Riippuen lähde vauhtia, jotka pyrkivät kuvaamaan, aurinko purjeet luokitellaan kahteen ryhmään:

  • Kynttilät fotonit tai fotonin, joka koostuu suuri alue koostuu yhdestä tai useammasta erittäin kevyt, pystyneet hyödyntämään kevyesti auringon säteilyn lisätä heijastava kalvo. Lisäksi fotonit auringosta peräisin, kynttilöitä voidaan suunnitella hyödyntämään muita sähkömagneettisia aaltoja ihmisen, kuten laserit tai mikroaaltojen.
  • Kynttilät plasma. Toisin kuin fotoni kynttilöitä, joka koostuu suurten silmien tai verkkoja, joissa sähkökenttä tai magneettinen pystyy sieppaamaan aurinkotuulen plasmaa pulssi varten. Alasta riippuen, jotka tuottavat, nämä kynttilät kutsutaan magneettisia tai sähköiskun kynttilöitä kynttilöitä.

Alhaisen tehon tarjoamia aurinko purjeet, alusten kulje tällä menetelmällä on laukaistaan ​​avaruuteen tavanomaisella raketti. Se johtui tunnelma, sen kiihtyvyys on erittäin hidas ja voi kestää yli päivän kasvattaa nopeutta 100 km / h. Toisin kuin raketit, ajaa yli kynttilä sovelletaan jatkuvasti, niin että ajan myötä anturi varustettu kynttilöitä voi saavuttaa jopa paljon suurempi kuin ne on saatu esillä järjestelmien Jet Propulsion.

Solar purjeet äskettäin saapuneet kehittämiseen, ja toistaiseksi on saavutettu ainoastaan ​​menestyksekkäästi aloittaa IKAROS koetin, osittain ohjaavat tällä menetelmällä, mutta alussa vuosisadalla useita avaruusjärjestöjen työskentelevät tätä tekniikkaa. Solar purje on sanottu, että he ovat "ainoa tunnettu tekniikka, joka saattaa jonain päivänä johtaa meidät tähdet."

Historia

Vaikutusta auringon paine todettiin ensimmäisen kerran seitsemästoista luvulla tähtitieteilijä Johannes Kepler, toteaa, että komeetta hännät aina huomautti vastakkaiseen suuntaan Sun, liittäessään että se pitäisi tuottaa jonkinlainen hylkimisvoima. Tällainen voima laskettiin vuonna 1873 James C. Maxwell hänen sähkömagneettinen teoria, jonka mukaan valo on painostettava esineitä. Tämä ennustus vahvistettiin kokeellisesti vuonna 1899 Pjotr ​​Lebedev.

Kepler itse oli ensimmäinen ehdottaa ajatus suunnitella avaruusalus valjastaa tätä energiaa, mutta vasta vuosisadan että tiedeyhteisö otetaan jälleen käsite aurinko purje. Ensin tehdä niin olivat neuvostoliittolaiset eli Venäjän fyysikko Konstantin Tsiolkovski, ja erityisesti Liettuan insinööri Friedrich Zander, joka vuonna 1924 tutkittu mahdollisuutta planeettojen matkustaa auringon purjeet. Konsepti vähitellen puhdistetut vuosikymmenten aikana, ja vuonna 1951 ensimmäinen tekninen artikkeli aurinko purjeet julkaistiin: "Clipper Ships of Space" allekirjoitettu salanimellä ilmailuviranomaiset insinööri Carl A. Wiley. Vielä seitsemän vuotta enemmän siirtäisivät kunnes työ aurinko purjeet ilmestyi tieteellisessä julkaisussa, joka lopulta tapahtui vuonna 1958 lehdessä "Jet Propulsion". Artikkelin on kirjoittanut tohtori Richard gamin, konsultti Yhdysvaltain puolustusministeriö. Puolivälissä 60s NASA alkoi tutkia alalla aurinko purjeet, ja sen jälkeen teknologian kehitys ja syntyminen ultrakevyiden materiaalien kuten biaksiaalisesti suuntautuneita PET ovat uudestaan ​​kiinnostusta tähän teknologiaan.

Vuonna 1960 aurinko paine ensimmäisen osoittanut todellista vaikutusta esineitä avaruuteen "jalkapallon" kanssa satelliitti Echo 1: iso mylar ilmapallo iso ja pieni paino, joka työnsi tuhoamaan ohutta kangasta, sironta mukaan avaruusromua.

Vuonna 1974 tavoitteena Mariner 10 luotain oli vaarassa puutteesta ponneainetta. Koska epätoivoinen toimenpide, päätettiin käsitellä asianmukaisesti aurinkopaneelit käyttää tapa aurinko purje, joka antaisi tarvittavan sysäyksen korvata osa liikkeitä, jotka vaativat lisämenoja ponneainetta. Siten jopa vahingossa, se käytti ensimmäisenä kevyesti tavalla aurinko purje, joka tapahtui tässä tapauksessa, että jatkuvuus operaation tavoitteiden tallennetaan. 30 vuotta tämän kokemuksen, Messenger päätimme käyttää painetta auringonvaloa työntövoiman jarrutukseen ja myöhemmin kaapata Merkuriuksen, jotta se voisi tulla kiertoradalla. Manobras nämä tehtiin suunnitellusti, käyttämällä aurinkopaneeleja aurinko purje tavalla. Ilman tätä tukea, lisäksi painovoiman auttaa, hän tarvinnut paljon suurempi määrä ponneainetta, joka olisi nostanut kustannuksia yli talousarvio.

Intian tietoliikennesatelliittien INSAT 2A ja 3A sekä uusin Inmarsat-4 Euroopan Eurostar E3000-sarjan, ja on suunniteltu heijastava paneelit hallita suunta tällä menetelmällä.

Ensimmäinen yritys ehdotusta perustaa aluksen powered by aurinko purjeet edistettiin 1970-luvun lopulla tohtori Louis Friedman, NASA JPL. Aiottiin lähettää koetin vastata Halleyn komeetta, mutta kun vuosi tutkimuksissa havaittiin, että tekniikka ei olisi saatavilla ajoissa, ja ohjelma lopulta peruutettiin.

Maailman Space Foundation Yhdysvalloissa, unionin pour la edistäminen Koneistus Photonique Ranskassa, ja Solar Sail unionin Japanin Japani: Vuosina 1979 ja 1982 kolme järjestöjä selailuun syntyvät auringon purjeet. Vuonna 1998 yhteinen hanke Euroopan avaruusjärjestön ja Saksan Aerospace Center kehittää aurinkopurjeeksi teknologiaa alkaa.

NASA on päättänyt järjestää kilpailun saavuttamiseksi Lagrangen piste L1 aurinko purjeet, ja vuosina 2001 ja 2005 testattu purjeet mittakaavassa asennuksia tyhjiössä jaostoissa. Mukaan projektiryhmä, nämä mallit voidaan skaalata malleja 150 m puolella, ja vuodesta 2010 voisi harkita testi käynnistää.

Orbital Tiedotteet

Käyttöönotto

4. helmikuuta 1993 Venäjän avaruusjärjestö onnistui menestyksekkäästi toteutti asemalta MIR Znamya 2 BOPET aluminoitu heijastin 20 metriä leveä. Kuitenkin vain kokeilu oli testata käyttöönottoa, ja ei käyttövoima, joten heijastin, pysty kontrolloimaan sen suuntaan, poltettiin ilmakehässä. Toinen myöhemmin essee nimeltään Znamaya 2.5, päättyi epäonnistumiseen, ja vuonna 1999 Venäjän virasto jätti ohjelman.

Viime aikoina 9. elokuuta 2004 JAXA onnistuneesti käyttöön kaksi prototyyppi aurinko purje raketti: kynttilä muotoinen apila 122 kilometrin korkeudessa, ja laskostumaton tuuletin 169 km. Molemmat purjeet käytetty folio 7,5 mikrometrin paksuisia. Kuten Venäjän tapauksessa, kokeilu oli vain yksi oikeudenkäyntiä käyttöönoton eikä koeajo.

21 helmikuu 2006, JAXA käynnisti Mu-5 raketti yhdessä satelliitti ASTRO-F, aurinko purje 15 metriä halkaisijaltaan kutsutaan SSSat yksi tai SPP, joka vain osittain käyttöön. 22. syyskuuta 2006 jälleen JAXA käynnisti yhdessä SOLAR-B satelliitin aurinko purje hengen edellä, SSSat 2 samalla negatiiviset tulokset. Myöhemmin, 20. toukokuuta 2010 käynnistettiin yhdessä satelliitti PLANET-C, uusi siipi 20 metriä halkaisijaltaan, nimeltään IKAROS, joka otettiin käyttöön oikein.

Tammikuussa 2011 NASA saavutettiin ensimmäinen onnistuneesti käyttöön aurinko purje kiertoradalla toisen minisatelliittimutaatioiden Nanosail-D, jota kutsutaan myös "NanoSail-D2".

Työntövoima

Tähän mennessä se ei ole saanut mitään alus menestyksekkäästi aloittaa aurinko purje kuin pääasiallinen voimanlähde ellei IKAROS anturi, käynnistettiin toukokuussa 2010 osittain kynttilän 20m ajettu puolella. Ensimmäinen yritys käyttää aurinkoenergiaa purje ponneaineena oli yhteinen hanke Planetary Society, Cosmos Studios ja Venäjän tiedeakatemian; alkaen Neuvostoliiton sukellusvene, 21. kesäkuuta 2001 käynnistää Volna raketti tyyppi tehtiin, kuljettaa satelliitin nimeltään Cosmos 1 kunniaksi Carl Sagan. Valitettavasti raketti vika esti satelliitti saavutti kiertoradan. Vuonna 2020 Planetary Society aikoo käynnistää uuden aurinko purje yrittää osoittaa, että tämä teknologia on mahdollista, tämä kynttilä seuraa kaksi muuta, jotka jättävät Maan kiertoradalla

Toinen joukkue Marshall Space Flight Center ja Ames Research Center NASA yritti käynnistää 2. elokuuta 2008 Nanosail-D anturi, 4,5 kg, kynttilä aluminoitu muovinen 9,3 m pinta. Kuten tapahtui kolme vuotta ennen Cosmos 1, raketti epäonnistui.

Fyysinen periaate

Fotonit

Kvanttimekaniikka otti käyttöön käsitteen Aaltohiukkasdualismi, jonka mukaan ei ole periaatteellista eroa hiukkasten ja aaltoja: hiukkaset voivat käyttäytyä kuten aaltoja, ja päinvastoin. Kaikki sähkömagneettiset aallot, onko valo, mikroaaltouuni, tai muita, voidaan näin ollen pitää suihkukoneita fotonien. Vaikka massattoman fotonit levossa, Suhteellisuusteoria, yhteenveto kuuluisa yhtälö, todetaan, että kun energiaa siirtyy paikasta toiseen, käyttäytyy osittain, jos hän liikkuivat massa .

Vauhtia tai vauhtia hiukkasen määritellään tuote sen massa kertaa sen nopeus, mutta soveltaen relativistista mekaniikka, massa hiukkasen vaihtelee nopeus, ja siksi kaava olisi sisällytettävä Lorentz tekijä, sitten on kirjoitettu.

Tyhjään tilaan fotonit liikkuvat valonnopeudella, joten jos massa on selvitetty Einsteinin yhtälö ja tuodaan vauhtia yhtälöön, saadaan että energia ja liikemäärä hiukkasia kertonut ilmaisu:

Jokainen fotoni on taajuus suoraan verrannollinen siihen liittyvän aallon energia määritellään kaavalla:

jossa on fotonin energia on Planckin vakio ja taajuus aallon.

Yhdistämällä nämä kaksi yhtälöä, saadaan että vauhtia fotonin riippuu vain aallon taajuus kaavan mukaisesti:

Lisäksi aallonpituus ja värähtelytaajuuden liittyvät vakiolla; valon nopeus tyhjiössä, kaavasta:

Jolloin vauhtia fotoni voi myös määritellä:

Siksi, pidempi aallonpituus, energian ja vauhtia fotonin. Kun fotoni heijastuu pinnan, se palaa samalla nopeudella, mutta hieman pidempi aallonpituus, joka vastaa luovuttamaan joitakin valta vaikutti pintaan. Onko tämä vauhti, joka ajaa alus.

Vauhtia fotonin on todella pieni: tarkkailemalla ensimmäinen kaava, näemme, että fotoni energiaa jaetaan valon nopeudella. Irradianssi läheisyydessä Maan kiertoradalla on 1366 W / m, joka tuottaa työntövoima 4,7 um / m.

Plasma

Koska äärimmäisille lämpötiloille auringon, paljon materiaalia ilmakehään tai Auringon korona on eritelty plasma, ionisoidun kaasun hiukkasten tapauksessa meidän tähti koostuu 95% protonien ja elektronien. Osa tästä plasman karkotetaan ulospäin tuottaa ns aurinkotuuli, matkustaa nopeudella noin 350 km / s. Vaikka aurinkotuulen hiukkaset ovat paljon harvinaisempia kuin fotonit ja matkustaminen 1000 kertaa hitaampaa kuin nämä, ne ovat paljon suurempi massa, jotta työntövoiman aiheuttamaa kunkin hiukkanen, lähetetään kineettinen energia on suurempi kuin aiheuttama fotonit. Silti vaikutus aurinkotuulen on kolme kertaluokkaa alla tuottama paine sähkömagneettisen säteilyn fotonien.

Suorituskyky

Aurinkopurjeeksi toimintoja analogisesti purjehtia veneen: kerran avaruuteen, avaruusalus käyttöön kalvo, joka toimii kuin peili, heijastaa fotonit auringosta, luo pieni vauhtia vastakkaiseen suuntaan . Enemmän heijastava levy on enemmän push saada alus, lähes kaksinkertainen heijastamaton arkki. Koska työntövoima tuotetaan kohtisuorassa purje, on kääntymässä Sun, voit muuttaa polku aluksen.

Alhaisen aurinko paine työntövoiman, kynttilät pitäisi olla suuri: on arvioitu, että tarvittavat kynttilöitä välillä 80 ja 160 metriä pitkä on saada tarpeeksi vauhtia siirtää avaruusalus hyötykuorma. Näin ollen, vaikka käsite aurinkopurjeeksi viitataan yleensä käytön auringonvaloa, muihin malleihin aiot käyttää näitä kynttilöitä ajaa alus lähettää energiaa maasta itse, käyttäen laser- tai mikroaaltouuni palkki. Käsite on määritelty "jättää moottorin päällä", joka lisäksi poistaa painoa moottorin, se poistaa myös polttoaineen painoa, joka alussa vuosisadalla, on noin 25 paino-% koetin, eli hyötykuorma käynnisti raketti.

Poistamaan tai vähentämään polttoaineen painon voi olla kriittinen tarve miehitetty matkoja muille planeetoille: mikä tahansa järjestelmä, joka vaatii oman polttoaineen liikenteen kokevat räjähdysmäisen kasvun paino lineaarisen lisää hyötykuormaa. Esimerkiksi, jos minun piti kuljettaa polttoaineen paluuta, aluksen powered raketti Mars olisi käyttää kaikissa eri vaiheissa noin 99% painostaan ​​vain polttoainetta, mikä vaikeuttaa ja erittäin kallis tahansa ihmisen etsintä yli omien Moon. Vaikka toistaiseksi ei voida katsoa kuljetus ihmisten auringon purjeet, kerran kehitetty tämä tekniikka on huomattavasti halvempi vaihtoehto.

Paine auringon säteilyn Maan kiertoradalla on noin 10 Pa, ja, kun siirrymme pois meidän tähden, vähenee etäisyyden neliöllä. Koska push hajoaa nopeasti etäisyyden kasvaessa, purjehdus opas aurinko pois häneltä saada halu vähentää hyvin nopeasti, ja siksi tämä strategia ei saavuttaa suuria nopeuksia. Itse asiassa on arvioitu, että jokainen alus painaa yli 600 kg m purjehdus maali kuvataan elliptinen kiertorata Auringon ympäri, ilman koskaan karkaamassa aurinkokunnan. Siksi paras polkuja saada hyvä opas purje käyttövoima liittyy noin 35,5 Sun, niin että työntövoima saatu säilyy pidempään ja ansaita poikkeamatta tähti. Parhaista strategioista sisältyy lähelle aurinkoa kaapata suurin säteily ennen kuin lopulta lähtevät, samalla tavalla kuin on esitetty kaaviossa polku.

Kiihtyvyys odottaa hyvä aurinko purje on noin 1 mm / s. Tämä on 60000 kertaa pienempi kuin jos raketit varhainen vuosisadalla. Koska jatkuva push, jossa kiihtyvyys pitkin vuosi se olisi kasvattanut nopeus 30 km / s, ylittää nopeus nopein koetin ensimmäisen vuosikymmenen vuosisadan. ESAn tutkimus päättelee, että toisen sukupolven aurinko purjehdus kevyempiä purjeet voisi saada kiihdytyksissä välillä 1 ja 3 mm / s, saavuttaa huippunopeus on 100 km / s tai jopa korkeampi. Toiset nostaa mahdollisuuksia tämän tekniikan 1000km / s.

Rajoitukset

Solar purjeet eivät sovellu matalan korkeuden Maan radat, koska he kärsivät raskaita eroosio ja pysäytetään tunnelma erittäin heikko jäänne. Tästä syystä laivojen powered by aurinko purjeet vielä raketti joka laittaa kiertoradalla ulkopuolella ilmapiiri.

Lisäksi ne ovat aurinko purje käsittely ongelmia, vaikka, kuten purjeveneet, koettimet vetämänä aurinko purjeet voivat matkustaa vastakkaiseen suuntaan Sun: miten on ohjata työntövoiman päinvastaiseen suuntaan aluksen lähtöä satamasta, kuvatulla kiertoradat Hohmann. Näin nopeus pienenee, mikä automaattisesti johda sen kiertorata hajoaa lähestyy aurinko. Samoin voisi laskea liikeradat hyödyntää painovoimaa auttaa, mikä on valjastaa vetovoima muiden tähtien muuttaa suuntaa .

Kolmas rajoitus on edellä mainittu riittämätön työntövoima tämän järjestelmän: energian siirto välillä fotonien ja aurinko purje, eli vauhtia että nämä olla purje, on vain pieni osa fotonin energia. Tämä siirto energian ilmenevät pidemmän aallonpituuden osa, johon heijastuu fotoni. Etäisyydellä Auringosta kuin planeettamme, aurinko paine on vain 9 um / m; voima vastaa noin 10 grammaa hehtaarilta.

Aurinko purje tekniikka on vielä alkavaa kehitysprosessiin. Teknologinen aiheuttamia ongelmia aurinko purjeet ensimmäisellä vuosikymmenellä vuosisadan ovat ensisijaisesti:

  • Making kynttilät käyttäen ultrakevyt ja ultraohuita kalvon riittävän vahvoja;
  • Pakkausmateriaali ahtaissa paikoissa;
  • Onnistuneesti käyttöön purje avaruudessa;
  • Määräysvalta tällaisessa massiivinen mutta kevyt rakenne.

Kiista

Vuonna 2003, Thomas Gold, niin laitoksen johtaja tähtitieteen Cornellin yliopistossa, johti julkinen keskustelu, joka kyseenalaisti elinkelpoisuus aurinko purjeet, väittäen että siirto vauhtia tai vauhtia fotonit oli todistettu hypoteesi ja loukkaisi termodynamiikan Carnot sääntö, tukemalla puheessaan kokeilu, joka epäonnistui mitattaessa aurinko paine. Tämä arvio oli kumota Benjamin Diedrich, fyysikko Caltech joka opiskelee aurinko purjeet, väittäen että tämä sääntö ei voida soveltaa avointen järjestelmien, vaikutus oli ennustettu teoriat sähkömagnetismin Maxwell, ja että koe Hän viittasi kesti yli vanhentunut luvulla. Samalla, vaikutti laboratoriokokeita vahvistanut sen. James Oberg myös kumota väitteitä T. Gold, muistaen että auringon paine oli laskettu menestyksekkäästi useissa sekä avaruusluotaimille ovat suorittaneet tuhansia kilometrejä sivuraiteelle jos yhtälöitä käytetään, joka on vaikuttanut paineen aurinko, he eivät olleet oikeita. 9. heinäkuuta, JAXA vahvisti toteutettavuus tätä tekniikkaa tunnistaa kasvuun nopeuden IKAROS koetin johtuen fotoni painetta hänen kynttilän.

Tyypit kynttilä

Photonic kynttilät

Eri purjehdus nykyisten fotonit ovat seurausta eri strategioita käytetään pitämään käyttöön pinta. On olemassa kaksi keskeistä käsitettä: Telineiden käyttöä pylväät ja kaapelit, tai kääntämällä kynttilän niin, että se ylläpitää keskipakovoiman vaikutuksesta. He käyttävät rakennustelineitä kynttilöitä kutsutaan kynttilät kolme akselia, ja käyttäen keskipakovoima, pyörivä purjeet. Pyörivät kynttilöitä voi olla puolestaan ​​kahdenlaisia: heliogiros tai pyöreä kynttilöitä. Nämä kolme muodostavat perustan kaikkien kynttilöitä fotoniikan kehitetty mennessä.

  • Niistä malleja kolme akselia, eniten tutkittu ja testattu ovat neliön purjeet. Nämä purjeet tukevat neljä lävistäjä spars. Rakennustelineet ja alus ovat pimeälle puolelle, suojassa kuumuudelta ja säteilyn kynttilän itse. Toinen vaihtoehto purjehdus kolmiakselinen 1992 on design kaavailemat Kanadan Solar Sail Project, joka koostui kuusikulmainen kynttilän joka mahdollisti valikoiva kääntyvät hänen kuusi arkkia muuttaa suuntaa. Kynttilät voi myös olla joukko jännitetyn kiinnitetyt kaapelit maston kohtisuorassa. Rakenne mahdollistaa ohuempi ja kevyempi pitkittäinen spars. Tämä ratkaisu sopii parhaiten suurille purjeet. Suunnittelu neliön purje masto ja Guy Wires tutkittiin JLP.
  • Heliogiro tutkittiin myös 70-luvun JLP. Viittaus malli, nimeltään heliogyro, koostui kahdentoista suorakulmainen levyt 7 km pitkä. Järjestelmän tarkoituksena on kiertää purjeet kuin terät helikopteri, niin että inertia pyörimisen purjeet unfurled ylläpitää ilman tukia tai puomit, ja mikä säästää painoa. Kuitenkin, laskelmat osoittivat, että materiaalin lujuuden, jota käytetään pyörivän kynttilän pitäisi olla hyvin suuri, mikä aiheuttaisi merkittävän kasvun levyn paksuus, siihen pisteeseen peruuttaa laihduttamiseen saavutetaan ilman maston . Tähän meidän piti lisätä vaikea muuttaa suuntaa pyörivän kappaleen koska gyroskooppinen inertia, joten suunnittelu luovuttiin. Kuitenkin se silti tarjoaa helpoin ratkaisu käyttöön purjehtia. Heliogiro tutkittiin myös Field Robotics Center Carnegie Mellon University ja Kanadan Solar Sail Project.
  • Pyöreä kynttilä, myös tutkineet JPL, koostuu säteittäinen terät kohteena suuri pyörivä rengas. Space Regatta Consorcium on työskennellyt myös tämäntyyppisen purjehdus. Tämän rakenteen ansiosta puhallin ulos purjeen, mahdollisuus, että on jo testattu onnistuneesti.

Laserpulssi

Jotkut tutkijat uskovat, että suurin nopeus saavutettavissa fotoni asema on liian alhainen; suuruusluokkaa 10 km / s, ja että alkuperäinen hitaus fotoniikan purjeen käyttövoimana aurinko paine kohtuuttomasti rangaista matkailu, erityisesti tehtävä aurinkokunnan. Siksi on tutkittu lisätä työntövoima lähettää energiaa Maasta muodossa laser tai mikroaaltouunissa. Niitä ajetaan antureista ja voisi mennä suoraan niiden kohde varataan suurella hinnat, merkittävästi lyhentää navigointi. Laser on lisäetu, että se lisää monokromaattista sähkömagneettista säteilyä, ja sen vuoksi on mahdollista suunnitella tehokkaampi heijastimien jota käytetään auringonvalon, jonka spektri on laajempi. Perustavanlaatuinen laserpulssi haittoja on kaksi:

  • Suhteellisen lyhyen ajomatkan. Koska on vaikea keskittyä palkki pitkiä matkoja, on arvioitu, että se olisi mahdollista vain työntää anturin ensimmäisen kuukauden, koska jaksot vauhti olisi hyvin lyhyt, koska Maan pyöriminen. Lisäksi tehokkain laserit, diodi ovat vähemmän yksivärisen, jolloin palkki läpikäy sironnan vaikutus ilmakehän läpi, mikä vähentää sen kyky keskittyä energia pinnalla kynttilä, ja näin ollen menettää tehoa nopeasti kuten koetin liikkuu pois, ellei se käynnistyy ulkopuolelta tunnelma, kuten satelliitista.
  • Energia tehottomuus. Laser on lisäksi ongelma, että käytetty energia ei olisi "vapaa", kuten tapauksessa auringon fotonien. Voit antaa käsityksen pieni suuruus vauhtia sai tällä menetelmällä, on arvioitu, että laser on noin 1,2 gigawattia tehoa tarvitaan leijua orava. Tämä on suunnilleen kuluttamasta energiasta kaupunki 3000 asukasta. Myös, jos palkki lähetetään maasta, sinulla on oltava tappiot vapaa ja ilmakehän imeytymistä noin 20%.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi erilaisia ​​ratkaisuja on ehdotettu, tähän mennessä kuuluvat valtakuntaan spekulointia. Pidentää pulssin aika on ehdottanut käytön suuri Fresnel linssit suunnata laser kaukaa. Nämä linssit voitaisiin sijoittaa pitkin ennalta tiettyihin kohteisiin, reittejä tai jopa esitetty, että kyseinen alus kuljettaa mukanaan joitakin näistä linsseistä sijoittaa säännöllisin väliajoin sen reitti. Se on myös ehdotettu käyttää laser kiertoradalla tarkkuuden parantamiseksi, hävikin vähentämiseksi ja pidentää kausia vauhtia. Mitä tehokkuus on väitetty, että teoriassa, voidaan nostaa noin 1000 kertaa tehokkuuden laserin, jos tehdään toistuvasti terhakka fotonien toisessa peili, joka ohjaa takaisin ensimmäiseen, luoda suljettu järjestelmä loppuun energia kunkin säteen lähetetty.

Teknologia ensimmäisellä vuosikymmenellä vuosisadan eivät pysty käsittelemään valtavia haasteisiin näitä ratkaisuja, mutta ne eivät ole kertakäyttöisiä tulevaisuudessa keskipitkällä ja pitkällä aikavälillä. Huolimatta nämä epäkohdat, laserit voisi olla hyödyllistä auttaa pysäyttämään aluksen vastineeksi: Koska hitaus kynttilät on sama kuin kiihdytettäessä tai hidastunut, kynttilä takaisin nopeasti, ja jo lähellä, voisi hyödyntää napin laser paikka pysähtyä.

Mikroaaltouuni pulssi

Kynttilät ohjaa mikroaaltouuni ovat juuri alkaneet tutkia, mutta ovat yksi lupaavimmista keskipitkällä aikavälillä saavuttaa nopea vaihtoehtoja. Vaikka mikroaaltouuni on suurempi hajonta lasersäteet, mikä merkitsee lyhyemmän matkan ja pulssin aikana ovat hieman helpompi valvoa, ja eivät ole niin tuhoisaa purjeet. Seuraavat sama käsite laser-odotuksiin purjeet he nostivat mikroaaltouuni palkit tuottaman Maser.

NASA kiinnostui paikkatietojen välittämistä mikroaaltouuni energiaa 1980, mutta ei tarkoituksena edistää koetin. Ensimmäinen teoreettinen suunnittelu mikroaaltouuni kynttilän sikisi fyysikko Robert L. Forward viisi vuotta myöhemmin, vuonna 1985. koetin, puhuttu "Starwisp" olisi kynttilän muodostama verkko alumiinilangoista toisistaan ​​3 mm; tarpeeksi toipua mikroaaltouuni lähetetty. Suunnittelu, välissä tieteen ja science fiction, se olisi virtansa jättiläinen antenni 56 GW vallan, ja ensimmäisten arvioiden mukaan, voisi lisätä kynttilän 5% tai 10% valon nopeudesta. Kuitenkin Eteenpäin omistavat myönsi myöhemmin, että hänen alkuperäinen alumiinista mesh ei toimi, koska intensiivisen lämmön mikroaalloilla. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että paras materiaali purje tämäntyyppisen on hiili. Nämä kynttilät kutsutaan harmaa erottaa heijastava kynttilöitä kynttilöitä, koska sen toiminta ei ole heijasta absorboida fotonit mutta sitten säteilee energiaa. Muita vaihtoehtoisia malleja Starwisp mutta käyttämällä hiilikuitua purjeet arvioidaan olevan 20% valon nopeudesta, mutta hyväksyy, että hetki, teknologia niiden saavuttamiseksi kuuluu edelleen science fiction.

JPL aloitti työt mikroaaltouuni kynttilöitä vuonna 2000. variantti harmaa kynttilä tutkitaan veljekset Gregory ja James Benford yliopiston California, Irvine. Uutuus on soveltaa maali purjehtia haihtuaja alle mikroaaltosäteilyn. Haihduttamalla korkeassa lämpötilassa hiukkasten on sama vaikutus kuin suihkumoottorin, tuottaa vieläkin suurempi ominaisimpulssi rakettipolttoaineen saatavilla alussa vuosisadan. Tällä menetelmällä, projektipäälliköt ovat laskeneet, että he olisivat lähettää luotain Mars vain yhden kuukauden, saavuttaa nopeus 60 km / s vain yksi tunti. Toinen etu käyttää evaporable materiaali ei ole estää, kun se haihtunut maali, kynttilä voi toimia tavanomainen fotoni kynttilä, kasvattaa nopeutta kerran pois maan päältä. Alustavat arviot eivät sulje pois, että tämä menetelmä voi saavuttaa jopa noin 10000 km / s. Tällä hetkellä kuitenkin se on vain käsite kokeiluasteella.

Kynttilät plasma

Termin ja sen yhdistys purjehdus veneet on johtanut väärinkäsityksiin, koska, toisin kuin luullaan, ei ole aurinkotuulen, joka ajaa alus, mutta paine valon säteilyn tähti. On kuitenkin toinen tekniikka, että vaikka ei tiukasti olla kynttilä, joka tunnetaan myös nimellä "aurinko purje", ja että jos käytät aurinkotuulen kuljettamaan. Tämä muun tyyppinen kynttilät kynttilät yleisesti kutsutaan plasmaksi, ja voidaan edelleen magneettinen tai sähköinen kynttilät, riippuen kentän he tuottavat. Nämä kynttilät eivät ole yhtenäistä pintaa, mutta muodossa mattoja tai langallisten verkkojen kautta virtaa energiaa, joka luo magneetti- tai sähkökenttä. Nämä kynttilät on oltava kokoa paljon suurempi fotoni kynttilöitä, koska aurinkotuuli esiintyy 5000 kertaa vähemmän työntövoima kuin kevyesti, mutta sen sijaan, tehokas laajentaminen purje riippuu pääasiassa intensiteetti syntyvän kentän, niin Sinun ei tarvitse fyysisesti rakentaa tällaisen laaja.

Huolimatta tarvitsevat yläpinta, jotkut arviot osoittavat teho-painosuhde tämän lähes 600kg / N teknologiaa, joka olisi samaa suuruusluokkaa kuin paino / teho saadaan fotoniikan purje suhdetta. Arviot sähköinen kynttilät osoittavat myös vastaavia tietoja. Kuitenkin, plasma kynttilät on monia ratkaisemattomia ongelmia, kuten jäähdytys, ja niihin liittyy optimaalinen siirto kokenut pulssi magneettinen / sähkökenttä purje alukset; jälkimmäinen toistaiseksi ei ole löytynyt.

Magneettinen

Magneettinen purje muotoinen alue 10 km säteellä on suunnitellut Robert Zubrin vuonna 1989. Malli oli tuottaa magnetosfäärin laivan ympärille, joka voidaan ajaa aurinkotuulen. Lisäksi laskelmat näyttävät osoittavan, että pienin halkaisija elinkelpoinen magnetosfäärin tässä suhteessa on 100 km.

Yksi perustuu käsitteeseen suunnittelu tehdään Robert Winglee yliopiston Washington. Siinä magneettikenttä 30 km säteellä syntyy solenoidi powered by aurinkopaneeleista, ja ruiskutetaan niin, että plasman voi kuvastaa aurinkotuulen. Laskelmien mukaan Winglee, laite tällainen saisi kaksikymmentä kertaa enemmän työntövoima kilolta polttoainetta avaruussukkula.

Se ei ole yrittänyt todistaa mitään magneettisia purjehtia suunnittelu, ja käsite näyttää menettäneen kiinnostuksensa sen perustamisesta lähtien 1980-luvun alussa.

Teho

Vuonna 2006 kehittämisohjelma mallin aurinkopurjeeksi suunnitellut Pekka Janhunen valtaa, Suomen Ilmatieteen laitos Helsingissä käynnistettiin Kumpulan avaruuskeskus.

Tämä kynttilä on muodostettu verkosto johtoja, jotka tuottavat sähkökentän. Aurinko plasma reagoi kenttään samalla tavalla kuin mitä kanssa materiaalin pintaan. Pekka Janhunen suunnittelu koostuu 50 ja 100 säteittäinen säikeet pituus on noin 20 km jokaisen, ja niiden korko on, miten vähentää massa "kynttilän", koska vaikka kaapeli on paksuus muutaman mikronin, jonka sähkökenttä syntyy tehollinen leveys kunkin langan olisi 50 metriä, jolloin saatiin suhde paino / pinta-ala-suhde tuhansia kertoja pienempi kuin fotoni kynttilät. Ottaen kuitenkin huomioon, että aurinkotuulen työntövoima on myös tuhansia kertoja pienempi kuin auringon säteily, edut tällä grafiikalla ovat samanlaisia ​​kuin fotoniikan kynttilöitä. Janhunen suunnittelu voi ajaa 200 kg: n hyötykuorman nopeuden 30 km / s, vaikka kuormitus vähenivät, he eivät voi saavuttaa 100 km / s.

Toinen tekniikka on työntövoimaa on ehdottanut Mason Peck Cornellin yliopistosta. Peck alus myös laajentaa kaapeliverkon ladattu, herkkä Lorentzin kohdistama pyörivien magneettikenttien maapallon ympäri. Tämä voima on käyttökelpoinen suhteellisen alhainen radat planeettojen, ja voitaisiin yhdistää käytettäväksi sähköinen kynttilä kauko planeetta kerran.

Tarvikkeet

Tehokkuus aurinko purjeet liittyy läheisesti keveys käytettyjen materiaalien, jotka ovat vielä tutkittavana ja kokeilua.

Käytännössä aurinko purjeet enemmän käytetyt testit ovat levyt aluminoitu: eniten käytetty materiaali on aluminoitu folio 2 mikronia paksu, valmistettu polymeeristä imidiä kutsutaan Kapton, kehitetään ja teollisesti valmistettuja Dupont. Tätä materiaalia sitä kutsutaan myös CP-1, ja on noin 50 kertaa ohuempi kuin paperiarkki, ja 5-15 kertaa ohuempi kuin folio kotikäyttöön.

Vaikka Kapton säteily ja kestää lämpötiloja jopa 400 ° C, alumiini tukea yli 600 ° C, niin että yksi tekniikka harkitaan ohuempi elokuvien on käyttää alumiinin Kapton tukea, ja kerran käyttöön purje, anna muovi polttaa aikana lähestymistapa auringon tai muita menetelmiä, jolloin saadaan erittäin alhainen paino purjeet. Muita vaihtoehtoja ehdotti ruiskuttamalla ohut kerros alumiini muovi, säilyttäen sen suojaa mahdollisia kyyneliä tuottaman micrometeorites.

Toinen materiaali on myös laajalti käytetty koetin käytettyjen Cosmos 1, käsittää tyyppiä PET biaksiaalisen orientaation 5 mikronia; paksuus noin neljä kertaa vähemmän kuin muovipussiin. Tätä materiaalia, joka tunnetaan myös nimellä Mylar, alistetaan prosessi aluminoitu pohtia auringonvaloa, ja on se etu, että erittäin halpa ja helppo saada, mutta toimivat vain testausta varten, koska se ei ole riittävän kestäviä pitkille matkoille .

Dr. Geoffrey Landis rahoitetut tutkimukset NASA vuonna 1998, osoitti, että muita energialähteitä olivat sopivia materiaaleja: alumiinioksidin kynttilä powered laserit, ja hiilikuidusta purjeet ohjaavat mikroaaltouuni. Jälkimmäinen, jota kutsutaan myös harmaa purjeet voisi myös ajaa auringonvalo, absorboivat säteilyä ja säteilevät sitä sitten infrapunasäteilynä.

Vuonna 2000, kalifornialainen yritys Energy Science Laboratories, Inc. on kehittänyt uuden hiilikuitu materiaalia joka huolimatta 200 kertaa paksumpi kuin käytettyjen materiaalien tavanomaisten aurinko purjeet on niin huokoinen, että saavutetaan sama paino alayksikköä kohti, jossa etuna on kestävämpi kuin muovi kynttilöitä. Materiaali voisi autodesplegarse tuuletin, ja kestää lämpötiloja jopa 2500 ° C:

Mallit tehokkaampien materiaalien teho-painosuhde vastaamaan teoreettisia malleja 2007 Eric Drexler: purjehdus on heijastava alumiini paksuudet välillä 30 ja 100 nanometriä. Edelleen keventää painoa, tämä levy on aukkoja pienempi kuin puolet aallonpituus valon koko. Tämä muotoilu tarjosi kiihtyvyydet suuruusluokkaa korkeampi verrattuna malleja muovikalvolla, mutta vaikka tämä materiaali on jo luotu, toistaiseksi on osoittautunut liian herkkä selviytyä käynnistää ja myöhemmin käyttöönottoa.

On arveltu, tuottaa kalvoja käyttäen molekyyli- tekniikat perustuvat verkot nanoputkia, joilla on vähemmän kuin puolet aallonpituudesta tuleva valo purjeen soluihin. Vaikka nämä materiaalit on vain tuotettu laboratorio-olosuhteissa, ja sen soveltaminen teollisessa mittakaavassa on vielä kaukana Näitä aineksia voidaan painaa alle 0,1 g / m; yli kolmekymmentä kertaa kevyempi kuin materiaalit saatavilla ensimmäisen vuosikymmenen vuosisadan. Vertailun, aurinko purjeet biaksiaalisesti suuntautunut PET 5 mikronin paksuinen vähintään 7 g / m, aluminoitu Kapton kynttilöitä 12 g / m, ja uutta levyä hiilikuidusta Energy Science Laboratories punnitaan 5 g / m, kun taas kotitalouksien alumiinifolio on suurempi kuin 30 g / m paino.

Kynttilät tieteiskirjallisuuden

Ulkonäkö aurinko purjehdus scifi vuosisadan alkupuolen, mutta ei ota voimaan vasta vuosikymmenen 70. kirjailija Arthur C. Clarke on yksi näkyvämpi kirjoittajat joka on omistanut työnsä tähän teknologiaan orastava.

Kirjat

  • Satunnaiset seikkailuista Venäjän salvia, foorumit ja Grafinia on luultavasti ensimmäinen kirja, jossa viitataan auringon purjehdus.
  • Nainen, joka purjehti aurinko, Cordwainer Smith. Yksi ensimmäisistä tarinoita, jotka näkyvät aurinko purjeet, todennäköisesti innoittamana artikkelin Carl Wiley, 1951.
  • Apinoiden planeetta Pierre Boulle. Kirja, joka synnytti kuuluisan samannimisen filmi kuvattiin alus he matkustavat toimijoiden kanssa "ihmeen Tux avaruuden halki kulje paine auringon säteilyn" kynttilä.
  • Sunjammer, Arthur C. Clarke. Taustaa kohtelee teema matkustaa aurinko purjeet, kuvaavat puoli tusinaa malleja purjehdus. Tarina kertoo purjevene rotu välillä Maan ja Kuun, ja myöhemmin julkaistiin uudelleen yhdessä muiden tarinoita alla tuuli Aurinko otsikko vuonna 1972.
  • Sunhammer, Poul Anderson. Kuukausi julkaisemisen jälkeen AC Clark, tämä historia on kirjoitettu sama nimi, sisältäen myös suuri tekninen yksityiskohtaisesti kuvauksen aluksia.
  • Ringworld Larry Niven. Monet alukset Tämän kirjan ovat powered laser purjeveneet, ja aurinkotuulen käytetään myös.
  • Suihkulähteet Paratiisin Arthur C. Clarke,. Se sisältää täyden luvun yksityiskohdat ulkomaalainen muotoinen anturi purjevene.
  • Mote Jumalan Eye Larry Niven ja Jerry Pournelle,. On ensimmäinen kosketus ulkoavaruuden sivilisaatio, joka osuu aurinko purje powered laser.
  • Windhaven, George RR Martin ja Lisa Tuttle.
  • Meren yli auringot, Gregory Benford. Aiheuttamat aurinko- purjeet työntää asteroideja.
  • Flght on Dragonfly, Robert L. Forward. Purjeveneet ja jarrutus ajaa aurinko paineen tai laserit näkyvät. Romaani laajennettiin myöhemmin, on julkaista otsikolla Rocheworld.
  • Worlds kuiluun Juan Miguel Aguilera ja Javier Redal. Purjeveneet heliogiro kuvattua tyyppiä tähtienvälisen matkustaa.
  • Maailma lopussa aikaa, Frederik Pohl. Veneet, joissa on fotoniikan sekoitetaan kynttilät ja antimateria moottoreita käytetään.

Elokuvat

  • Valistuksen sarjan Doctor Who sarja, kuvailee rodun aurinko purjehdus.
  • Treasure Planet elokuva tuottaman Walt Disney, on purjevene nimetty RLS Perintö on tärkein nave.
  • Vuonna saaga Star Wars, kreivi Dooku on aurinko purje, joka tekee lyhyen ulkonäkö ruudulla Episodi II
  0   0
Edellinen artikkeli Työnjohtaja
Seuraava artikkeli Santo Domingo Este

Aiheeseen Liittyvät Artikkelit

Kommentit - 0

Ei kommentteja

Lisääkommentti

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Merkkiä jäljellä: 3000
captcha