Солнечный парус - Solar sail

Космический зонд IKAROS с солнечным парусом в полете (изображение художника) с типичной квадратной конфигурацией паруса.

Солнечные паруса (также называемые световыми парусами или фотонными парусами ) - это метод движения космического корабля с использованием радиационного давления, оказываемого солнечным светом на большие зеркала. С 1980-х годов было предложено несколько космических полетов для проверки солнечной тяги и навигации. Первым космическим аппаратом, использующим эту технологию, был ИКАРОС , запущенный в 2010 году.

Полезной аналогией солнечного плавания может быть парусная лодка; свет, воздействующий на зеркала, подобен парусу, развеваемому ветром. Лазерные лучи высокой энергии можно использовать в качестве альтернативного источника света для создания гораздо большей силы, чем это было бы возможно при использовании солнечного света, концепция, известная как движение луча. Парусные суда на солнечных батареях предлагают возможность недорогих операций в сочетании с длительным сроком службы. Поскольку у них мало движущихся частей и не используется топливо, они потенциально могут использоваться многократно для доставки полезных нагрузок.

Солнечные паруса используют явление, которое имеет доказанное и измеряемое влияние на астродинамику. Солнечное давление влияет на все космические корабли, будь то в межпланетном пространстве или на орбите вокруг планеты или небольшого тела. Например, типичный космический корабль, идущий к Марсу, будет перемещен на тысячи километров под действием солнечного давления, поэтому эффекты необходимо учитывать при планировании траектории, что делалось со времен первых межпланетных космических кораблей в 1960-х годах. Солнечное давление также влияет на ориентацию космического корабля, и этот фактор необходимо учитывать при проектировании космического корабля .

Общая сила, прилагаемая к солнечному парусу размером 800 на 800 метров, например, составляет около 5 ньютонов (1,1  фунт-силы ) на расстоянии от Земли от Солнца, что делает его двигательной установкой с малой тягой , подобной космическому кораблю, приводимому в движение электрическими двигателями , но как в нем не используется топливо, эта сила действует почти постоянно, а совокупный эффект с течением времени достаточно велик, чтобы его можно было рассматривать как потенциальный способ запуска космического корабля.

История концепции

Иоганн Кеплер заметил, что хвосты комет направлены в сторону от Солнца, и предположил, что Солнце вызвало эффект. В письме к Галилею в 1610 году он писал: «Обеспечьте корабли или паруса, приспособленные к небесному бризу, и найдутся такие, кто выдержит даже эту пустоту». Он мог иметь в виду феномен хвоста кометы, когда писал эти слова, хотя его публикации о хвостах комет появились несколько лет спустя.

Джеймс Клерк Максвелл в 1861–1864 годах опубликовал свою теорию электромагнитных полей и излучения, которая показывает, что свет имеет импульс и, следовательно, может оказывать давление на объекты. Уравнения Максвелла представляют собой теоретическую основу для плавания при небольшом давлении. Итак, к 1864 году физическое сообщество и не только знали, что солнечный свет несет импульс, который будет оказывать давление на объекты.

Жюль Верн в своей книге « От Земли к Луне» , опубликованной в 1865 году, писал: «Когда-нибудь появятся скорости, намного превышающие эти [планет и снаряда], механическим агентом которых, вероятно, будет свет или электричество ... однажды мы отправимся на Луну, планеты и звезды ». Возможно, это первое опубликованное признание того, что свет может перемещать корабли в космосе.

Петр Лебедев первым успешно продемонстрировал легкое давление, что он и сделал в 1899 году на крутильных весах; Эрнест Николс и Гордон Халл провели аналогичный независимый эксперимент в 1901 году с использованием радиометра Николса .

Сванте Аррениус в 1908 году предсказал возможность того, что давление солнечного излучения распространит споры жизни на межзвездные расстояния, предоставив один из способов объяснить концепцию панспермии . По-видимому, он был первым ученым, заявившим, что свет может перемещать объекты между звездами.

Константин Циолковский первым предложил использовать давление солнечного света для перемещения космического корабля в космос и предложил «использовать огромные зеркала из очень тонких листов, чтобы использовать давление солнечного света для достижения космических скоростей».

Фридрих Цандер (Цандер) опубликовал в 1925 году технический доклад, который включал технический анализ солнечного плавания. Зандер писал о «приложении малых сил» с использованием «давления света или передачи световой энергии на расстояние с помощью очень тонких зеркал».

В 1927 году Дж. Б. С. Холдейн размышлял об изобретении трубчатых космических кораблей, которые доставили бы человечество в космос, и о том, как «крылья металлической фольги площадью квадратный километр или более расправляются, чтобы поймать давление излучения Солнца».

Дж. Д. Бернал писал в 1929 году: «Можно было бы разработать такую ​​форму космического плавания, в которой вместо ветра использовалось бы отталкивающее действие солнечных лучей. предел орбиты Нептуна. Затем, чтобы увеличить свою скорость, он будет лавировать, двигаясь с близкого расстояния, вниз по гравитационному полю, снова распространяясь на всех парусах, когда он проносится мимо Солнца ».

Карл Саган в 1970-х популяризировал идею плавания на свету, используя гигантскую структуру, которая отражала бы фотоны в одном направлении, создавая импульс. Он высказывал свои идеи на лекциях в колледже, в книгах и телешоу. Он был зациклен на том, чтобы как можно быстрее запустить этот космический корабль, чтобы провести рандеву с кометой Галлея . К сожалению, миссия не состоялась вовремя, и он никогда не доживет до конца.

Первые формальные разработки и технология солнечного паруса начались в 1976 году в Лаборатории реактивного движения для предполагаемой миссии по встрече с кометой Галлея .

Физические принципы

Давление солнечного излучения

Многие люди считают, что космические корабли, использующие солнечные паруса, толкаются солнечными ветрами так же, как парусники и парусные корабли толкаются ветрами через воды на Земле . Но солнечное излучение оказывает давление на парус из-за отражения и поглощения небольшой его части.

Импульс фотона или всего потока определяется соотношением Эйнштейна :

р = E / c

где p - импульс, E - энергия (фотона или потока), c - скорость света . В частности, импульс фотона зависит от его длины волны p = h / λ

Давление солнечной радиации может быть связано со значением энергетической освещенности ( солнечной постоянной ) 1361 Вт / м 2 на расстоянии 1  а.е. (расстояние Земля-Солнце), как было пересмотрено в 2011 году:

Идеальный парус - плоский и имеет 100% зеркальное отражение . Фактический парус будет иметь общую эффективность около 90%, около 8,17 мкН / м 2 , из-за кривизны (вздутия), складок, поглощения, переизлучения спереди и сзади, незеркальных эффектов и других факторов.

Сила на парус возникает из-за отражения потока фотонов

Сила на парусе и фактическое ускорение корабля изменяются на обратный квадрат расстояния от Солнца (если только он не находится очень близко к Солнцу), а также на квадрат косинуса угла между вектором силы паруса и радиалом от Солнца. Солнце, так что

F = F 0 cos 2 θ / R 2 (идеальный парус)

где R - расстояние от Солнца в а.е. Настоящий квадратный парус можно смоделировать как:

F = F 0 (0,349 + 0,662 cos 2θ - 0,011 cos 4θ) / R 2

Обратите внимание, что сила и ускорение приближаются к нулю обычно около θ = 60 °, а не 90 °, как можно было бы ожидать с идеальным парусом.

Если часть энергии поглощается, поглощенная энергия нагревает парус, который повторно излучает эту энергию от передней и задней поверхностей, в зависимости от коэффициента излучения этих двух поверхностей.

Солнечный ветер , поток заряженных частиц, вылетающих из Солнца, оказывает номинальное динамическое давление примерно от 3 до 4 нПа , что на три порядка меньше, чем давление солнечного излучения на отражающий парус.

Параметры паруса

Нагрузка на парус (поверхностная плотность) - важный параметр, который представляет собой общую массу, деленную на площадь паруса, выраженную в г / м 2 . Он представлен греческой буквой σ.

Парусное судно имеет характерное ускорение a c , которое оно испытывает на уровне 1 а.е., если смотреть на Солнце. Обратите внимание, что это значение учитывает как падающий, так и отраженный импульсы. Используя приведенное выше значение 9,08 мкН на квадратный метр радиационного давления при 1 а.е., a c связано с поверхностной плотностью следующим образом:

a c = 9,08 (КПД) / σ мм / с 2

Предполагая КПД 90%, a c = 8,17 / σ мм / с 2

Число легкости λ - это безразмерное отношение максимального ускорения транспортного средства к местной силе притяжения Солнца. Используя значения в 1 АЕ:

λ = a c / 5,93

Число яркости также не зависит от расстояния до Солнца, потому что и сила тяжести, и световое давление уменьшаются пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Таким образом, это число определяет типы орбитальных маневров, которые возможны для данного судна.

В таблице представлены некоторые примерные значения. Полезные данные не включены. Первые два являются результатом детального проектирования в JPL в 1970-х годах. Третий, решетчатый парусник, может представлять собой наилучший возможный уровень производительности. Размеры квадратных и решетчатых парусов - ребра. Размер для гелиогиро - от кончика лезвия до кончика лезвия.

Тип σ (г / м 2 ) a c (мм / с 2 ) λ Размер (км 2 )
Квадратный парус 5,27 1,56 0,26 0,820
Гелиогиро 6,39 1,29 0,22 15
Решетчатый парусник 0,07 117 20 0,840

Контроль отношения

Активная система ориентации (ACS) необходима парусному судну для достижения и поддержания желаемой ориентации. Требуемая ориентация паруса изменяется медленно (часто менее 1 градуса в день) в межпланетном пространстве, но гораздо быстрее на планетарной орбите. ACS должна соответствовать этим требованиям к ориентации. Контроль ориентации достигается за счет относительного сдвига между центром давления летательного аппарата и его центром масс . Это может быть достигнуто с помощью управляющих лопаток, движения отдельных парусов, движения контрольной массы или изменения отражательной способности.

Сохранение постоянного положения требует, чтобы ACS поддерживала нулевой крутящий момент на аппарате. Суммарная сила и крутящий момент на парусе или паре парусов непостоянны вдоль траектории. Сила изменяется с солнечным расстоянием и углом паруса, что изменяет волну в парусе и отклоняет некоторые элементы опорной конструкции, что приводит к изменениям силы и крутящего момента паруса.

Температура паруса также изменяется в зависимости от солнечного расстояния и угла паруса, что изменяет размеры паруса. Лучистое тепло от паруса изменяет температуру несущей конструкции. Оба фактора влияют на общую силу и крутящий момент.

Чтобы сохранить желаемое положение, САУ должна компенсировать все эти изменения.

Ограничения

На околоземной орбите давление солнца и давление сопротивления обычно равны на высоте около 800 км, а это означает, что парусное судно должно работать на этой высоте. Парусные корабли должны работать на орбитах, где их скорость поворота совместима с орбитами, что обычно имеет значение только для конфигураций с вращающимся диском.

Рабочие температуры паруса зависят от солнечного расстояния, угла паруса, отражательной способности, а также переднего и заднего коэффициентов излучения. Парус можно использовать только в том случае, если его температура находится в пределах материальных ограничений. Как правило, парус можно использовать довольно близко к Солнцу, примерно на 0,25 а.е., или даже ближе, если он тщательно спроектирован для этих условий.

Приложения

Возможные применения для парусных судов простираются по всей Солнечной системе , от Солнца до кометных облаков за Нептуном. Судно может совершать исходящие рейсы для доставки грузов или для стоянки станции в пункте назначения. Их можно использовать для перевозки грузов, а также, возможно, для путешествий с людьми.

Внутренние планеты

Для путешествий внутри Солнечной системы они могут доставлять грузы, а затем возвращаться на Землю для последующих путешествий, работая как межпланетный шаттл. В частности, для Марса этот корабль мог бы обеспечить экономичные средства регулярного обеспечения операций на планете, согласно Джерому Райту: «Стоимость запуска необходимого обычного топлива с Земли огромна для пилотируемых миссий. Использование парусных кораблей может потенциально сэкономить более 10 долларов. миллиардов расходов на миссию ".

Солнечные парусные корабли могут приближаться к Солнцу, чтобы доставить полезные нагрузки для наблюдений или выйти на орбитальную станцию. Они могут работать при 0,25 а.е. или ближе. Они могут достигать высоких орбитальных наклонений, в том числе полярных.

Солнечные паруса могут путешествовать на все внутренние планеты и обратно. Полеты к Меркурию и Венере предназначены для сближения и выхода на орбиту полезной нагрузки. Поездки на Марс могут быть как на стыковку, так и на время полета с высвобождением полезной нагрузки для аэродинамического торможения .

Размер паруса
м
Меркурий Рандеву Свидание Венеры Марс Рандеву Марс Аэробрейк
дней тонны дней тонны дней тонны дней тонны
800
σ = 5 г / м 2
без груза
600 9 200 1 400 2 131 2
900 19 270 5 500 5 200 5
1200 28 год 700 9 338 10
2000
σ = 3 г / м 2
без груза
600 66 200 17 400 23 131 20
900 124 270 36 500 40 200 40
1200 184 700 66 338 70

Внешние планеты

Минимальное время перехода к внешним планетам выгодно от использования непрямого переноса (солнечного перехода). Однако этот метод обеспечивает высокие скорости поступления. Более медленные переводы имеют более низкую скорость прибытия.

Минимальное время передачи Юпитеру для в с 1 мм / с 2 без какой скорости вылета по отношению к Земле не составляет 2 года при использовании косвенного переноса (солнечного поворотно-BY). Скорость прибытия ( V ) близка к 17 км / с. Для Сатурна минимальное время полета составляет 3,3 года при скорости прибытия около 19 км / с.

Минимальное время полета к внешним планетам ( a c = 1 мм / с 2 )
    Юпитер     Сатурн     Уран     Нептун  
Время, год 2.0 3.3 5,8 8,5
Скорость, км / с 17 19 20 20

Облако Оорта / внутренний гравитационный фокус Солнца

Внутренняя точка гравитационного фокуса Солнца находится на минимальном расстоянии 550 а.е. от Солнца и является точкой, в которую свет от далеких объектов фокусируется гравитацией в результате прохождения через Солнце. Таким образом, это удаленная точка, в которую солнечная гравитация заставит сфокусироваться область глубокого космоса по другую сторону Солнца, таким образом эффективно выполняя роль очень большой линзы объектива телескопа.

Было высказано предположение, что надутый парус, сделанный из бериллия , который начинается в 0,05 а.е. от Солнца, получит начальное ускорение 36,4 м / с 2 и достигнет скорости 0,00264c (около 950 км / с) менее чем за день. Такая близость к Солнцу может оказаться непрактичной в ближайшем будущем из-за структурной деградации бериллия при высоких температурах, диффузии водорода при высоких температурах, а также электростатического градиента, вызванного ионизацией бериллия солнечным ветром, что создает риск взрыва. Пересмотренный перигелий в 0,1 а.е. снизит вышеупомянутую температуру и воздействие солнечного потока. Такой парус займет «два с половиной года, чтобы достичь гелиопаузы, шесть с половиной лет, чтобы достичь внутреннего гравитационного фокуса Солнца, с прибытием во внутреннее Облако Оорта не более чем за тридцать лет». «Такая миссия могла бы выполнять полезные астрофизические наблюдения в пути, исследовать методы гравитационной фокусировки и снимать объекты Облака Оорта, исследуя частицы и поля в этом регионе, которые имеют скорее галактическое, чем солнечное происхождение».

Спутники

Роберт Л. Форвард заметил, что солнечный парус можно использовать для изменения орбиты спутника вокруг Земли. В крайнем случае, парус можно было бы использовать для «зависания» спутника над одним полюсом Земли. Космические корабли, оснащенные солнечными парусами, также могут быть размещены на близких орбитах, чтобы они оставались неподвижными относительно Солнца или Земли, тип спутника, названный Форвардом « статитом ». Это возможно, потому что движущая сила, обеспечиваемая парусом, компенсирует гравитационное притяжение Солнца. Такая орбита может быть полезна для изучения свойств Солнца в течение длительного времени. Точно так же космический корабль, оборудованный солнечным парусом, может также оставаться на станции почти над полярным солнечным ограничителем такой планеты, как Земля, путем наклона паруса под соответствующим углом, необходимым для противодействия гравитации планеты.

В своей книге Случай на Марс , Зубрины указуют на то , что отраженный солнечный свет от большого statite, расположенный вблизи полярного терминатора планеты Марса, может быть сфокусированы на одном из марсианских полярных льдов в значительно подогреть атмосферу планеты. Такой статит мог быть сделан из астероидного материала.

Коррекция траектории

MESSENGER зонд на орбите Меркурия используется легкое давление на его панели солнечных батарей для выполнения точной коррекции траектории на пути к Меркурию. Изменяя угол наклона солнечных панелей относительно Солнца, можно было изменять величину давления солнечной радиации, чтобы регулировать траекторию космического корабля более деликатно, чем это возможно с помощью двигателей. Незначительные ошибки значительно усугубляются гравитационными маневрами, поэтому использование радиационного давления для внесения очень небольших поправок позволяет сэкономить большое количество топлива.

Межзвездный полет

В 1970-х годах Роберт Форвард предложил две схемы силовой установки с лучевым приводом , в которых использовались либо лазеры, либо мазеры, чтобы толкать гигантские паруса со скоростью, составляющей значительную долю скорости света .

В научно-фантастическом романе « Рошуорлд» Форвард описал легкий парус, приводимый в движение суперлазерами . Когда звездолет приближался к месту назначения, внешняя часть паруса отделялась. Затем внешний парус перефокусировался и отражал лазеры обратно на меньший внутренний парус. Это обеспечило бы тормозную тягу, чтобы остановить корабль в звездной системе назначения.

Оба метода создают огромные инженерные проблемы. Лазеры должны будут годами работать непрерывно при мощности в гигаватт . Решение Forward требует строительства огромных массивов солнечных панелей на планете Меркурий или рядом с ней. Зеркало размером с планету или линза Френеля должны быть расположены на расстоянии нескольких десятков астрономических единиц от Солнца, чтобы лазеры фокусировались на парусе. Гигантский тормозной парус должен действовать как прецизионное зеркало, чтобы сфокусировать тормозной луч на внутреннем «тормозящем» парусе.

Потенциально более простым подходом было бы использование мазера для управления «солнечным парусом», состоящим из сетки проводов с тем же расстоянием, что и длина волны микроволн, направленных на парус, поскольку манипуляции с микроволновым излучением несколько проще, чем манипуляции. видимого света. Гипотетический дизайн межзвездного зонда « Звездный шепот » будет использовать микроволны, а не видимый свет, чтобы подтолкнуть его. Мазеры распространяются быстрее, чем оптические лазеры, из-за их большей длины волны, и поэтому они не будут иметь такой большой эффективный диапазон.

Мазеры также могут использоваться для питания окрашенного солнечного паруса, обычного паруса, покрытого слоем химикатов, предназначенных для испарения при ударе микроволнового излучения. Импульс, создаваемый этим испарением, может значительно увеличить тягу, создаваемую солнечными парусами, как форму легкого абляционного лазерного двигателя .

Чтобы еще больше сфокусировать энергию на далеком солнечном парусе, Форвард предложил линзу, выполненную в виде большой зонной пластины . Он будет размещен между лазером или мазером и космическим кораблем.

Другой более физически реалистичный подход - использовать солнечный свет для ускорения. Корабль сначала упадет на орбиту, приблизившись к Солнцу, чтобы максимизировать поступление солнечной энергии на парус, а затем он начнет ускоряться от системы, используя свет Солнца. Ускорение упадет примерно как обратный квадрат расстояния от Солнца, и за пределами некоторого расстояния корабль больше не будет получать достаточно света для значительного ускорения, но будет поддерживать конечную достигнутую скорость. Приближаясь к целевой звезде, корабль может повернуть к ней паруса и начать использовать внешнее давление целевой звезды для замедления. Ракеты могут увеличить солнечную тягу.

Аналогичный запуск и захват с использованием солнечного паруса были предложены для направленной панспермии, чтобы расширить жизнь в другой солнечной системе. Скорость света 0,05% от скорости света может быть достигнута с помощью солнечных парусов, несущих 10 кг полезной нагрузки, с использованием тонких солнечных парусов с эффективной плотностью поверхности 0,1 г / м 2 с тонкими парусами толщиной 0,1  мкм и размерами порядка одного квадратного километра. . В качестве альтернативы, рой 1-миллиметровых капсул можно запускать на солнечных парусах радиусом 42 см, каждая из которых несет 10 000 капсул со ста миллионами экстремофильных микроорганизмов, чтобы засеять жизнь в различных целевых средах.

Теоретические исследования предполагают релятивистские скорости, если в солнечном парусе есть сверхновая.

Спуск с орбиты искусственных спутников

Небольшие солнечные паруса были предложены для ускорения ухода малых искусственных спутников с орбиты Земли. Спутники на низкой околоземной орбите могут использовать сочетание солнечного давления на парус и повышенного сопротивления атмосферы для ускорения входа спутника в атмосферу . Парус для снятия с орбиты, разработанный в Университете Крэнфилда, является частью британского спутника TechDemoSat-1, запущенного в 2014 году, и, как ожидается, будет запущен в конце пятилетнего срока службы спутника. Назначение паруса - вывести спутник с орбиты примерно за 25 лет. В июле 2015 года британский 3U CubeSat под названием DeorbitSail был запущен в космос с целью тестирования структуры спуска с орбиты 16 м 2 , но в конечном итоге развернуть его не удалось. Также в 2017 году планируется запустить студенческую миссию CubeSat с высотой 2U под названием PW-Sat2, в ходе которой будет проверяться спускаемый с орбиты парус 4 м 2 . В июне 2017 года второй британский 3U CubeSat под названием InflateSail развернул спусковой парус площадью 10 м 2 на высоте 500 километров (310 миль). В июне 2017 года 3U Cubesat URSAMAIOR был запущен на низкую околоземную орбиту для тестирования системы спуска с орбиты ARTICA, разработанной Spacemind . Устройство, занимающее всего 0,4 U куба спутника, должно развернуть парус площадью 2,1 м 2, чтобы спустить спутник с орбиты в конце срока службы.

Конфигурации парусов

Иллюстрация НАСА неосвещенной стороны полукилометрового солнечного паруса, показывающая распорки, растягивающие парус.
Художник изображает космический корабль типа "Космос-1" на орбите.

IKAROS , спущенный на воду в 2010 году, был первым практическим парусным транспортным средством на солнечных батареях. По состоянию на 2015 год он все еще находился под тягой, что доказывало практичность солнечного паруса для длительных миссий. Он вращается, с массами в углах его квадратного паруса. Парус изготовлен из тонкой полиимидной пленки, покрытой напылением алюминия. Он управляется с помощью жидкокристаллических панелей с электрическим управлением . Парус медленно вращается, и эти панели включаются и выключаются, чтобы контролировать положение транспортного средства. Когда они включены, они рассеивают свет, уменьшая передачу импульса этой части паруса. В выключенном состоянии парус отражает больше света, передавая больше импульса. Таким образом они поворачивают парус. Тонкопленочные солнечные элементы также интегрированы в парус, питающий космический корабль. Конструкция очень надежна, потому что развертывание вращения, которое предпочтительно для больших парусов, упростило механизмы раскрытия паруса, а ЖК-панели не имеют движущихся частей.

Парашюты имеют очень низкую массу, но парашют не подходит для солнечного паруса. Анализ показывает, что конфигурация парашюта может разрушиться под действием сил, действующих на линии кожуха, поскольку радиационное давление не ведет себя как аэродинамическое давление и не может удерживать парашют открытым.

Самыми высокими значениями тяги к массе для наземных развертываемых конструкций являются квадратные паруса с мачтами и растяжками на темной стороне паруса. Обычно есть четыре мачты, раздвигающие углы паруса, и мачта в центре для удержания растяжек . Одним из самых больших преимуществ является то, что в такелажном снаряжении нет горячих точек от складок или мешков, а парус защищает конструкцию от солнца. Таким образом, эта форма может приближаться к Солнцу для максимальной тяги. Большинство конструкций управляются с небольшими движущимися парусами на концах лонжеронов.

Парус-дизайн-types.gif

В 1970-х годах JPL изучила множество вращающихся лопастей и кольцевых парусов для миссии на встречу с кометой Галлея . Намерение состояло в том, чтобы придать конструкциям жесткость, используя угловой момент, устраняя необходимость в стойках и экономя массу. Во всех случаях требовалось удивительно большое значение прочности на растяжение, чтобы справиться с динамическими нагрузками. Более слабые паруса будут колебаться или колебаться при изменении положения паруса, а колебания будут складываться и вызывать разрушение конструкции. Разница в соотношении тяги к массе между практическими конструкциями была почти нулевой, а статические конструкции было легче контролировать.

Эталонный дизайн JPL получил название «гелиогиро». Лезвия из пластиковой пленки выдвигались из роликов и удерживались центробежными силами при вращении. Положение и направление космического корабля должны были полностью контролироваться путем изменения угла лопастей различными способами, подобно циклическому и коллективному шагу вертолета . Хотя конструкция не имела массового преимущества перед квадратным парусом, она оставалась привлекательной, потому что метод развертывания паруса был проще, чем конструкция на основе стойки. CubeSail (UltraSail) является активным проектом , направленным развернуть heliogyro парус.

Конструкция Heliogyro похожа на лопасти вертолета. Конструкция изготавливается быстрее за счет облегчения центробежной жесткости парусов. Кроме того, они очень эффективны по стоимости и скорости, поскольку лезвия легкие и длинные. В отличие от квадратной конструкции и конструкции с вращающимся диском, heliogyro легче развернуть, потому что лопасти уплотнены на катушке. Лопасти выкатываются при развертывании после выброса из космического корабля. По мере того как гелиогироплан путешествует в космосе, система вращается из-за центробежного ускорения. Наконец, полезная нагрузка для космических полетов размещается в центре тяжести, чтобы выровнять распределение веса и обеспечить стабильный полет.

Лаборатория реактивного движения также исследовала "кольцевые паруса" ("Парус с вращающимся диском" на диаграмме выше), панели, прикрепленные к краю вращающегося космического корабля. Панели будут иметь небольшие зазоры, от одного до пяти процентов от общей площади. Линии соединяли бы край одного паруса с другим. Массы в середине этих линий натянут паруса на конус, вызванный радиационным давлением. Исследователи JPL заявили, что это может быть привлекательной конструкцией паруса для больших пилотируемых конструкций. В частности, внутреннее кольцо может иметь искусственную гравитацию, примерно равную силе тяжести на поверхности Марса.

Солнечный парус может выполнять двойную функцию в качестве антенны с высоким коэффициентом усиления. Конструкции различаются, но большинство из них изменяют рисунок металлизации для создания голографической монохроматической линзы или зеркала в интересующих радиочастотах, включая видимый свет.

Электрический парус солнечного ветра

Пекка Янхунен из FMI предложил тип солнечного паруса, называемого электрическим парусом солнечного ветра . Механически это имеет мало общего с традиционным дизайном солнечного паруса. Паруса заменены выпрямленными токопроводящими тросами (тросами), размещенными радиально вокруг принимающего корабля. Провода электрически заряжены, чтобы создать вокруг них электрическое поле . Электрическое поле распространяется на несколько десятков метров в плазму окружающего солнечного ветра. Солнечные электроны отражаются электрическим полем (как фотоны на традиционном солнечном парусе). Радиус паруса зависит от электрического поля, а не от самого провода, что делает парус легче. Судно также можно управлять, регулируя электрический заряд проводов. Практический электрический парус будет иметь 50–100 выпрямленных проволок длиной около 20 км каждая.

Паруса с электрическим солнечным ветром могут регулировать свои электростатические поля и положение паруса.

Магнитный парус

Магнитный парус также будет использовать солнечный ветер. Однако магнитное поле отклоняет электрически заряженные частицы на ветру. Он использует проволочные петли и пропускает через них статический ток вместо приложения статического напряжения.

Все эти конструкции маневрируют, хотя механизмы разные.

Магнитные паруса искривляют путь заряженных протонов, находящихся в солнечном ветре . Изменяя положение парусов и величину магнитных полей, они могут изменять величину и направление тяги.

Изготовление парусов

Предлагаемый материал для изготовления солнечных парусов - углеродное волокно.

Материалы

Наиболее распространенным материалом в современных конструкциях является тонкий слой алюминиевого покрытия на полимерном (пластиковом) листе, например, алюминизированная каптоновая пленка толщиной 2 мкм . Полимер обеспечивает механическую поддержку, а также гибкость, а тонкий металлический слой обеспечивает отражательную способность. Такой материал выдерживает высокую температуру прохода близко к Солнцу и при этом остается достаточно прочным. Алюминиевая светоотражающая пленка находится на стороне солнца. Паруса « Космоса-1» были изготовлены из алюминизированной пленки ПЭТ ( майлар ).

Эрик Дрекслер разработал концепцию паруса, в которой был удален полимер. Он предложил солнечные паруса с очень высокой тягой к массе и сделал прототипы из материала паруса. Его парус будет состоять из панелей из тонкой алюминиевой пленки ( толщиной от 30 до 100 нанометров ), поддерживаемой растягивающейся структурой. Парус должен был вращаться и постоянно находился под тягой. Он изготовил образцы пленки и обработал их в лаборатории, но материал был слишком хрупким, чтобы выдержать складывание, запуск и развертывание. Планировалось, что в проекте будет использоваться космическое производство пленочных панелей, соединяющих их в разворачивающуюся натяжную конструкцию. Паруса этого класса будут предлагать большую площадь на единицу массы и, следовательно, ускорение до «в пятьдесят раз выше», чем конструкции, основанные на развертываемых пластиковых пленках. Материал, разработанный для солнечного паруса Дрекслера, представлял собой тонкую алюминиевую пленку с базовой толщиной 0,1 мкм, которая должна быть изготовлена ​​методом осаждения из паровой фазы в космической системе. Дрекслер использовал аналогичный процесс для изготовления пленок на земле. Как и ожидалось, эти пленки продемонстрировали достаточную прочность и надежность для использования в лаборатории и в космосе, но не для складывания, запуска и развертывания.

Исследования Джеффри Лэндиса в 1998–1999 годах, финансируемые Институтом передовых концепций НАСА , показали, что различные материалы, такие как оксид алюминия для лазерных световых парусов и углеродное волокно для световых парусов, толкаемых в микроволновую печь, превосходят ранее стандартные алюминиевые или каптоновые пленки.

В 2000 году лаборатория Energy Science Laboratories разработала новый материал из углеродного волокна, который может быть полезен для солнечных парусов. Материал более чем в 200 раз толще, чем у обычных солнечных парусов, но он настолько пористый, что имеет такую ​​же массу. Жесткость и долговечность этого материала могут сделать солнечные паруса значительно более прочными, чем пластиковые пленки. Материал может разворачиваться самостоятельно и должен выдерживать более высокие температуры.

Были некоторые теоретические предположения об использовании методов молекулярного производства для создания усовершенствованного, прочного, сверхлегкого материала паруса на основе плетения сетки из нанотрубок , где «промежутки» переплетения составляют менее половины длины волны света, падающего на парус. Хотя такие материалы до сих пор производились только в лабораторных условиях, а средства для производства таких материалов в промышленных масштабах еще не доступны, такие материалы могут иметь массу менее 0,1 г / м 2 , что делает их легче, чем любой современный материал для парусов. коэффициент не менее 30. Для сравнения: материал паруса из майлара толщиной 5 микрометров и массой 7 г / м 2 , алюминизированные каптоновые пленки имеют массу до 12 г / м 2 , а новый материал из углеродного волокна Energy Science Laboratories - 3 г. / м 2 .

Наименее плотный металл - литий , примерно в 5 раз менее плотный, чем алюминий. Свежие неокисленные поверхности обладают светоотражающей способностью. При толщине 20 нм литий имеет поверхностную плотность 0,011 г / м 2 . Высокопроизводительный парус может быть изготовлен только из лития на длине волны 20 нм (без эмиссионного слоя). Его нужно было изготовить в космосе, а не использовать для приближения к Солнцу. В пределе парусное судно может быть построено с общей поверхностной плотностью около 0,02 г / м 2 , что дает ему легкость 67 и c около 400 мм / с 2 . Магний и бериллий также являются потенциальными материалами для создания парусов с высокими характеристиками. Эти 3 металла можно сплавить друг с другом и с алюминием.

Слои отражения и излучения

В качестве отражающего слоя часто используется алюминий. Обычно он имеет толщину не менее 20 нм с коэффициентом отражения от 0,88 до 0,90. Хром - хороший выбор для эмиссионного слоя на лицевой стороне от Солнца. Он может легко обеспечить значения коэффициента излучения от 0,63 до 0,73 для толщины от 5 до 20 нм на пластиковой пленке. Используемые значения коэффициента излучения являются эмпирическими, поскольку преобладают эффекты тонкой пленки; Значения объемной излучательной способности в этих случаях не поддерживаются, потому что толщина материала намного меньше длины излучаемой волны.

Изготовление

Паруса изготавливаются на Земле на длинных столах, на которых ленты разворачиваются и соединяются для создания парусов. Материал паруса должен был иметь как можно меньший вес, потому что для вывода корабля на орбиту требовалось использование шаттла. Таким образом, эти паруса упаковываются, запускаются и разворачиваются в космосе.

В будущем изготовление может происходить на орбите внутри больших рам, поддерживающих парус. Это привело бы к уменьшению массы парусов и устранению риска отказа при развертывании.

Операции

Солнечный парус может закручиваться внутрь или наружу, устанавливая угол наклона паруса.

Смена орбит

Парусные операции наиболее просты на межпланетных орбитах, где изменение высоты происходит с небольшой скоростью. Для траекторий, направленных наружу, вектор силы паруса ориентирован вперед от линии Солнца, что увеличивает орбитальную энергию и угловой момент, в результате чего корабль движется дальше от Солнца. Для внутренних траекторий вектор силы паруса ориентирован за линией Солнца, что уменьшает орбитальную энергию и угловой момент, в результате чего корабль приближается к Солнцу. Стоит отметить, что только гравитация Солнца тянет корабль к Солнцу - аналогов парусной лодке, идущей по ветру, нет. Для изменения наклона орбиты вектор силы выворачивают из плоскости вектора скорости.

На орбитах вокруг планет или других тел парус ориентирован так, что его вектор силы имеет компонент вдоль вектора скорости, либо в направлении движения для внешней спирали, либо против направления движения для внутренней спирали.

Оптимизация траектории часто может требовать интервалов пониженной или нулевой тяги. Это может быть достигнуто путем поворота аппарата по линии Солнца с парусом, установленным под соответствующим углом, чтобы уменьшить или убрать тягу.

Свинг-маневры

Близкий солнечный проход можно использовать для увеличения энергии корабля. Повышенное радиационное давление в сочетании с эффективностью пребывания глубоко в гравитационном колодце Солнца существенно увеличивает энергию для бега во внешние области Солнечной системы. Оптимальный подход к Солнцу достигается за счет увеличения эксцентриситета орбиты при сохранении максимально высокого уровня энергии. Минимальное расстояние сближения зависит от угла наклона паруса, тепловых свойств паруса и другой конструкции, воздействия нагрузки на конструкцию и оптических характеристик паруса (отражательная способность и коэффициент излучения). Закрытый проход может привести к существенной оптической деградации. Требуемая скорость поворота может существенно увеличиться для близкого прохода. Парусное судно, прибывающее к звезде, может использовать близкий проход для уменьшения энергии, что также относится к парусному судну, возвращающемуся из внешней Солнечной системы.

Лунный поворот может иметь важные преимущества для траекторий, уходящих с Земли или прибывающих на Землю. Это может сократить время в пути, особенно в случаях, когда парус сильно загружен. Прогулка также может использоваться для получения благоприятных направлений вылета или прибытия относительно Земли.

Планетарный поворот может также использоваться аналогично тому, как это делается с движущимся по инерции космическим кораблем, но хорошее выравнивание может не существовать из-за требований к общей оптимизации траектории.

В следующей таблице перечислены некоторые примеры концепций использования лучевой лазерной тяги, предложенные физиком Робертом Л. Форвардом :

Миссия Мощность лазера Масса автомобиля Ускорение Диаметр паруса Максимальная скорость (% скорости света)
1. Облет - Альфа Центавра, 40 лет.
исходящий этап 65 ГВт 1 т 0,036 г 3.6 км 11% @ 0,17 св. Лет
2. Свидание - Альфа Центавра, 41 год.
исходящий этап 7200 ГВт 785 т 0,005 г 100 км 21% @ 4,29 св. Лет
стадия замедления 26000 ГВт 71 т 0,2 г 30 км 21% @ 4,29 св. Лет
3. Пилотируемый - Эпсилон Эридани, 51 год (в том числе 5 лет исследования звездной системы).
исходящий этап 75 000 000 ГВт 78500 т 0,3 г 1000 км 50% @ 0,4 св. Лет
стадия замедления 21 500 000 ГВт 7850 т 0,3 г 320 км 50% @ 10,4 св. Лет
этап возврата 710 000 ГВт 785 т 0,3 г 100 км 50% @ 10,4 св. Лет
стадия замедления 60 000 ГВт 785 т 0,3 г 100 км 50% @ 0,4 св. Лет

Каталог межзвездных путешествий, чтобы использовать фотопомощь для полной остановки.

Имя Время в пути
(лет)
Расстояние
(ly)
Светимость
( L )
Сириус А 68,90 8,58 24.20
α Центавра A 101,25 4,36 1,52
α Центавра B 147,58 4,36 0,50
Процион А 154,06 11,44 6,94
Вега 167,39 25.02 50,05
Альтаир 176,67 16,69 10,70
Фомальгаут А 221,33 25,13 16,67
Денебола 325,56 35,78 14,66
Кастор А 341,35 50,98 49,85
Эпсилон Эридиани 363,35 10,50 0,50
  • Последовательные помощи в α Cen A и B могут позволить время полета до 75 лет к обеим звездам.
  • LightSail имеет номинальное отношение массы к поверхности (σ ном ) 8,6 × 10 -4 г м -2 за номинальным графен классом парус.
  • Площадь светового паруса, около 10 5 м 2 = (316 м) 2
  • Скорость до 37300 км с -1 (12,5% с)

. Ссылка:

Проекты действующие или завершенные

Контроль отношения (ориентации)

И миссия Mariner 10 , которая пролетела над планетами Меркурий и Венеру , и миссия MESSENGER к Меркурию продемонстрировали использование солнечного давления в качестве метода управления ориентацией с целью экономии топлива для управления ориентацией.

Хаябуса также использовал солнечное давление на свои солнечные лопасти в качестве метода ориентации, чтобы компенсировать поломку реактивных колес и химического двигателя.

Солнечный парус MTSAT-1R ( Многофункциональный транспортный спутник ) противодействует крутящему моменту, создаваемому давлением солнечного света на солнечную батарею. Триммер на солнечной батарее вносит небольшие изменения в баланс крутящего момента.

Испытания наземного развертывания

НАСА успешно протестировало технологии развертывания на небольших парусах в вакуумных камерах.

4 февраля 1993 года с российской космической станции " Мир" был успешно запущен 20-метровый алюминиз-майларовый рефлектор " Знамя-2" . Хотя развертывание прошло успешно, движущая сила не была продемонстрирована. Второй тест, « Знамя 2.5» , не прошел должным образом.

В 1999 году полномасштабное развертывание солнечного паруса было испытано на земле в DLR / ESA в Кельне.

Суборбитальные тесты

В рамках совместного частного проекта Planetary Society , Cosmos Studios и Российской академии наук в 2001 году было проведено испытание суборбитального прототипа, которое не удалось из-за отказа ракеты.

Солнечный парус диаметром 15 метров (SSP, solar sail sub payload, soraseiru sabupeiro-do ) был запущен вместе с ASTRO-F на ракете MV 21 февраля 2006 года и вышел на орбиту. Он развернулся со сцены, но открылся не полностью.

9 августа 2004 г. японская ISAS успешно запустила два прототипа солнечных парусов с зондирующей ракеты. Клеверный парус был развернут на высоте 122 км, а веерообразный парус - на высоте 169 км. На обоих парусах использовалась 7,5- микрометровая пленка. В ходе эксперимента проверялись только механизмы развертывания, а не двигательная установка.

ИКАРОС 2010

С 21 мая 2010 года, Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) запустила в мире первый «сек межпланетную солнечный парус космического корабляИкарос “( I nterplanetary K ИТО-крафт A ccelerated на R adiation O е в S ип ) к Венере. Используя новый метод солнечно-фотонной тяги, это был первый космический корабль с истинным солнечным парусом, полностью управляемый солнечным светом, и был первым космическим кораблем, который преуспел в полете на солнечном парусе.

JAXA успешно испытала IKAROS в 2010 году. Цель состояла в том, чтобы развернуть парус и управлять им, а также впервые определить минутные возмущения орбиты, вызванные световым давлением. Определение орбиты было выполнено ближайшим зондом AKATSUKI, от которого IKAROS отделился после того, как оба были переведены на переходную орбиту к Венере. Суммарный эффект за шесть месяцев полета составил 100 м / с.

До 2010 года солнечные паруса не использовались в космосе в качестве основных двигательных установок. 21 мая 2010 года Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) запустило космический аппарат IKAROS (межпланетный воздушный змей, ускоряемый радиацией Солнца), на котором 10 июня был развернут экспериментальный солнечный парус площадью 200 м 2 из полиимида. для демонстрации ускорения излучением началось. 9 июля 2010 года было подтверждено, что IKAROS собрал излучение от Солнца и начал ускорение фотонов путем определения орбиты IKAROS по дальности и дальности (RARR), которая была недавно рассчитана в дополнение к данным скорости релятивизационного ускорения. ИКАРОС между ИКАРОС и Землей, который был сделан еще до того, как был использован эффект Доплера. Данные показали, что IKAROS, по всей видимости, занимается солнечными парусами с 3 июня, когда он развернул парус.

IKAROS имеет диагональный вращающийся квадратный парус 14 × 14 м (196 м 2 ), сделанный из листа полиимида толщиной 7,5 микрометра (0,0075 мм) . Полиимидный лист имел массу около 10 граммов на квадратный метр. В парус встроена тонкопленочная солнечная батарея. В парус встроены восемь ЖК- панелей, коэффициент отражения которых можно регулировать для контроля ориентации . ИКАРОС провел шесть месяцев в путешествии к Венере, а затем начал трехлетнее путешествие к обратной стороне Солнца.

NanoSail-D 2010 г.

Фотография экспериментального солнечного паруса NanoSail-D.

Команда из Центра космических полетов НАСА имени Маршалла (Маршалл) вместе с командой из Исследовательского центра Эймса НАСА разработала миссию на солнечном парусе под названием NanoSail-D , которая была потеряна в результате неудачного запуска на борту ракеты Falcon 1 3 августа 2008 года. Вторая резервная версия, NanoSail-D2 , также иногда называемая просто NanoSail-D, была запущена с FASTSAT на Minotaur IV 19 ноября 2010 года, став первым солнечным парусом НАСА, развернутым на низкой околоземной орбите. Цели миссии заключались в испытании технологий развертывания парусов и сборе данных об использовании солнечных парусов в качестве простого, «пассивного» средства спуска с орбиты мертвых спутников и космического мусора. Конструкция NanoSail-D была сделана из алюминия и пластика, при этом космический корабль весил менее 10 фунтов (4,5 кг). Парус имеет площадь около 100 квадратных футов (9,3 м 2 ) для улавливания света. После некоторых начальных проблем с развертыванием солнечный парус был развернут, и в ходе его 240-дневной миссии, как сообщается, был получен «большой объем данных» об использовании солнечных парусов в качестве устройств пассивного спуска с орбиты.

НАСА запустило второй блок NanoSail-D, размещенный внутри спутника FASTSAT на Minotaur IV 19 ноября 2010 года. Дата выброса с микроспутника FASTSAT была запланирована на 6 декабря 2010 года, но развертывание произошло только 20 января 2011 года.

Проекты планетарного общества LightSail

21 июня 2005 года совместный частный проект Planetary Society , Cosmos Studios и Российской академии наук запустил прототип парусника Cosmos 1 с подводной лодки в Баренцевом море , но ракета « Волна » потерпела неудачу, и космический корабль не смог выйти на орбиту. Они намеревались использовать парус для постепенного вывода космического корабля на более высокую околоземную орбиту в течение одного месяца. По словам Луиса Фридмана, попытка запуска вызвала общественный интерес. Несмотря на неудачную попытку запуска Космоса 1, Планетарное общество получило аплодисменты за свои усилия со стороны космического сообщества и вызвало всплеск интереса к технологии солнечных парусов.

В день 75-летия Карла Сагана (9 ноября 2009 г.) Планетарное общество объявило о планах сделать еще три попытки, получившие название LightSail-1 , -2 и -3. В новой конструкции будет использоваться парус из майлара площадью 32 м 2, разделенный на четыре треугольных сегмента, как NanoSail-D. Конфигурация запуска представляет собой формат CubeSat 3U , и по состоянию на 2015 год он был запланирован в качестве дополнительной полезной нагрузки для запуска в 2016 году при первом запуске SpaceX Falcon Heavy .

« LightSail-1 » был запущен 20 мая 2015 года. Целью испытаний было позволить провести полную проверку систем спутника перед LightSail-2. Орбита его развертывания была недостаточно высока, чтобы избежать сопротивления атмосферы Земли и продемонстрировать истинное плавание по Солнцу.

" LightSail-2 " был запущен 25 июня 2019 года и выведен на гораздо более высокую низкую околоземную орбиту. Его солнечные паруса были спущены на воду 23 июля 2019 года.

Проекты в разработке или предлагаемые

Несмотря на потери Cosmos 1 и NanoSail-D (которые были вызваны отказом их пусковых установок), ученые и инженеры во всем мире воодушевлены и продолжают работать над солнечными парусами. В то время как большинство прямых приложений, созданных до сих пор, намереваются использовать паруса в качестве недорогого вида грузового транспорта, некоторые ученые исследуют возможность использования солнечных парусов в качестве средства транспортировки людей. Эта цель тесно связана с управлением очень большими (то есть более 1 км 2 ) поверхностями в космосе и развитием парусов. Разработка солнечных парусов для пилотируемых космических полетов все еще находится в зачаточном состоянии.

Санджаммер 2015

Парусное судно для демонстрации технологий, получившее название Sunjammer , разрабатывалось с целью доказать жизнеспособность и ценность парусных технологий. Sunjammer имел квадратный парус шириной 124 фута (38 метров) с каждой стороны (общая площадь 13 000 квадратных футов или 1208 квадратных метров). Он прошел бы от точки Лагранжа Солнца-Земли L 1 в 900 000 миль от Земли (1,5 миллиона км) на расстояние 1864 114 миль (3 миллиона километров). Ожидается, что демонстрация будет запущена на Falcon 9 в январе 2015 года. Это должна была быть дополнительная полезная нагрузка, выпущенная после размещения климатического спутника DSCOVR в точке L1. Ссылаясь на неуверенность в способности своего подрядчика L'Garde выполнить поставку, миссия была отменена в октябре 2014 года.

Паутинка сходит с орбиты паруса

По состоянию на декабрь 2013 года Европейское космическое агентство (ЕКА) предлагает парус для снятия с орбиты, названный " Паутинка ", который будет использоваться для ускорения спуска с орбиты небольших (менее 700 кг (1500 фунтов)) искусственных спутников с малых высот. Земные орбиты . Стартовая масса составляет 2 килограмма (4,4 фунта) при стартовом объеме всего 15 × 15 × 25 см (0,49 × 0,49 × 0,82 фута). После развертывания парус расширится до 5 на 5 метров (16 футов на 16 футов) и будет использовать комбинацию солнечного давления на парус и увеличенного атмосферного сопротивления для ускорения входа спутника в атмосферу .

Скаут NEA

Концепция NEA Scout : управляемый космический корабль CubeSat с солнечным парусом

Околоземный Астероид Scout (NEA Scout) является миссией быть разработано совместно НАСА «s Marshall Space Flight Center (MSFC) и Лаборатории реактивного движения (JPL), состоящие из контролируемой низкой стоимости Cubesat солнечного космического корабля паруса , способный подсчют околоземные астероиды (СЗЗ). Четыре стрелы длиной 7 м (23 фута) развернутся, развернув солнечный парус из алюминизированного полиимида площадью 83 м 2 (890 кв. Футов). В 2015 году НАСА объявило, что выбрало NEA Scout для запуска в качестве одной из нескольких дополнительных полезных нагрузок на борту Artemis 1 , первого полета тяжелой ракеты-носителя SLS .

ОКЕАНОС

OKEANOS (крупногабаритный воздушный змей для исследования и астронавтики во внешней Солнечной системе) был предложенной концепцией миссии японского агентства JAXA к троянским астероидам Юпитера с использованием гибридного солнечного паруса для движения; парус должен был быть покрыт тонкими солнечными панелями для питания ионного двигателя . В месте анализ собранных образцов был бы выполнен либо непосредственным контактом или с использованием посадочного модуля , несущим масс - спектрометр высокого разрешения. Посадочный модуль и возвращение образца на Землю были вариантами в стадии изучения. OKEANOS Jupiter Trojan Астероид Исследователь был финалистом Японии ISAS " 2 - й Большой класса миссии будет запущен в конце 2020 - х годов. Однако его не выбрали.

Прорыв Starshot

Хорошо финансируемый проект Breakthrough Starshot, анонсированный 12 апреля 2016 года, направлен на создание флота из 1000 легких парусных наноплавателей, несущих миниатюрные камеры, приводимые в движение наземными лазерами, и отправку их на Альфа Центавра со скоростью 20% от скорости света. Поездка займет 20 лет.

Солнечный крейсер

В августе 2019 года НАСА выделило команде Solar Cruiser 400000 долларов на девятимесячные концептуальные исследования миссии. Космический корабль будет иметь солнечный парус площадью 1 672 м 2 (18 000 квадратных футов) и будет вращаться вокруг Солнца по полярной орбите, в то время как инструмент коронографа позволит одновременно измерять структуру магнитного поля Солнца и скорость корональных выбросов массы . В случае выбора для разработки он будет запущен в 2024 году.

В популярной культуре

В романе Ларри Нивена и Джерри Пурнелла 1974 года «Сучка в Оке Бога» инопланетяне обнаруживаются, когда их зонд на солнечном парусе вошел в человеческое пространство.

Похожая технология была темой в эпизоде ​​« Исследователи » Star Trek: Deep Space Nine . В этом эпизоде ​​лайнеры описываются как древняя технология, используемая баджорцами для путешествий за пределы своей солнечной системы, используя свет баджорского солнца и специально сконструированные паруса, чтобы перемещать их в космос ( «Исследователи». Звездный путь: Deep Space Nine . Сезон 3 Эпизод 22.).

В 2002 Star Wars фильма Атаки клонов , главный злодей граф Дуку был замечен с использованием космических аппаратов с солнечными парусами.

Смотрите также

использованная литература

Список используемой литературы

  • Г. Вулпетти, Быстрое солнечное плавание : астродинамика траекторий специальных кораблей , ;; Библиотека космической техники, том. 30, Springer, август 2012 г., (твердый переплет) https://www.springer.com/engineering/mechanical+engineering/book/978-94-007-4776-0 , (Kindle-edition), ASIN: B00A9YGY4I
  • Г. Вулпетти, Л. Джонсон, Г.Л. Матлофф, Солнечные паруса: новый подход к межпланетным полетам , Springer, август 2008 г., ISBN  978-0-387-34404-1
  • JL Wright, Space Sailing , Gordon and Breach Science Publishers, Лондон, 1992; Райт участвовал в работе JPL по использованию солнечного паруса для встречи с кометой Галлея.
  • NASA / CR 2002-211730, Глава IV - представляет оптимизированную траекторию ухода с помощью режима плавания с реверсом H.
  • Г. Вулпетти, Концепция разделения кораблей , JBIS , Vol. 59, стр. 48–53, февраль 2006 г.
  • Г.Л. Матлофф, Зонды дальнего космоса: к внешней Солнечной системе и за ее пределы , 2-е изд., Springer-Praxis, UK, 2005, ISBN  978-3-540-24772-2
  • Т. Тейлор, Д. Робинсон, Т. Мотон, Т. К. Пауэлл, Г. Матлофф и Дж. Холл, «Интеграция и анализ двигательных систем солнечного паруса (для периода выбора)», Заключительный отчет для НАСА / MSFC, Контракт № H -35191D Опционный период, Teledyne Brown Engineering Inc., Хантсвилл, Алабама, 11 мая 2004 г.
  • Г. Вулпетти, «Варианты траектории корабля для межзвездного зонда: математическая теория и численные результаты», Глава IV NASA / CR-2002-211730, Межзвездный зонд (ISP): траектории до перигелия и применение голографии , июнь 2002 г.
  • Г. Вулпетти, Миссия на корабле к Солнечной гравитационной линзе, STAIF-2000, Альбукерке (Нью-Мексико, США), 30 января - 3 февраля 2000 г.
  • Г. Вулпетти, "Общие трехмерные H-реверсивные траектории для высокоскоростных парусных судов", Acta Astronautica , Vol. 1999, 44, No. 1, pp. 67–73
  • CR McInnes, Solar Sailing: Technology, Dynamics, and Mission Applications , Springer-Praxis Publishing Ltd, Chichester, UK, 1999, ISBN  978-3-540-21062-7
  • Гента, Дж., И Бруса, Э., «Проект AURORA: новый план паруса», Acta Astronautica , 44, № 2–4, стр. 141–146 (1999).
  • С. Скаглионе и Г. Вулпетти, «Проект« Аврора »: удаление пластикового субстрата для получения цельнометаллического солнечного паруса», специальный выпуск журнала Acta Astronautica , т. 1999, 44, № 2–4, с. 147–150.

внешние ссылки