Napędy kosmiczne: Żagiel słoneczny

Podstawy

Intuicyjnie zakładamy że światło jest czymś niematerialnym i chociaż fotony faktycznie nie posiadają masy to posiadają pęd i przez to potrafią wywierać nacisk. Dokładniej światło słoneczne wywiera ciśnienie rzędu 1 kg / km^2. Żagle słoneczne w teorii mają wykorzystywać to zjawisko w celu napędzania pojazdów kosmicznych.

Aby wygenerować obserwowalne przyspieszenie na bazie światła słonecznego, żagiel musiał by być zaprojektowany tak by odbijał jak najwięcej światła słonecznego, co owocowało by rozmiarami rzędu setek jak nie tysięcy kilometrów kwadratowych. Gdyby wykonać taki żagiel z konwencjonalnych materiałów to konstrukcja była by bardzo ciężka a co za tym idzie przyspieszenie relatywnie małe, jedynym rozwiązaniem jest wykonanie żagla z mikroskopijnie cienkiego materiału. Jedna strona żagla powinna odbijać około 99% światła, natomiast druga strona powinna działać jak radiator w celu zapewnienia ze zaabsorbowana energia nie spowoduje nagrzania się żagla i utraty zdolności odbijania światła. Obecnie rozważa się możliwość wykorzystania kaptonu albo Mylaru ( rodzaj folii aluminiowej ) wzmocnionej plastikiem albo strukturą nanorurek węglowych.

Przyspieszenie uzyskane za pomocą żagla było by niewielkie, nawet wewnątrz układu słonecznego, czyli w obszarze gdzie natężenie światła jest stosunkowo wysokie. Dla porównania nacisk wywierany przez promienie słoneczne było by porównywalne z naciskiem jaki wywiera spinacz biurowy na metr kwadratowy i o ile wydaje się to mało, to należy pamiętać że w kosmosie niema praktycznie oporu oraz że energia zasilająca żagiel jest darmowa i praktycznie niewyczerpana. Niska wartość przyspieszenia jest jednak stała i pozwala osiągnąć olbrzymie prędkości w czasie kilku tygodni. Z pomocą żagla słonecznego osiągnięcie Marsa było by możliwe w czasie do dwóch lat.

Nośność żagla była by wyjątkowo mała w porównaniu z jego rozmiarami. Przykładowo aby unieść obiekt o wadze około 1200 ton ( teoretyczna masa modułu kosmicznego ) potrzebny był by żagiel o średnicy około tysiąca kilometrów. Nośność można zwiększyć przez zastosowanie światła o wysokim natężeniu, jak np. lasera. Narazi to jednak żagiel na punktowe naprężenia które mogą spowodować jego uszkodzenie.

Częstym błedem jest wyobrażenie że żagiel umozliwa tylko oddalanie się od gwiazdy. Faktycznie światło jest jest tylko jedną sił działających na pojazd, drugą siła jest grawitacja. Premieszczając się z wykorzystaniem żagla statek poruszał by się po orbitach słonecznych używając dodatkowej siły aby przyspieszać orbitowanie i tym samym przechodząc na wyższe odleglejsze od gwiazdy orbity, lub spowalniając orbitowanie powodując zmniejszenie moment pędu i tym samym opadanie w kierunku źródła grawitacji.

Nadzieją dla zastosowania żagla słonecznego jest fakt że słońce nie jest jedynym źródłem światła. Gigantyczne lasery czy inne projektory o zasięgach sięgających milionom kilometrów, umieszczone na orbitach czy w przestrzeni kosmicznej, mogą służyć jako swego linia napędowa dla statków wyposażonych w żagiel pozwalając na swobodne przyspieszanie i hamowanie.

Podstawową trudnością związaną z użyciem żagla jest konieczność zwijania i rozwijania utra-cienkiego materiału bez ryzyka uszkodzenia czy odkształcenia.

Kształty żagla

Żagiel stelażowy

Najprostsza forma żagla oparta o poprzeczne pręty swoją konstrukcją przypominający wielki latawiec. Materiał żagla jest utrzymywany w płaszczyźnie przez sztywne tyczki stelaża.
Żagiel obrotowy.

Żagiel obrotowy.

Konstrukcja linowa na której zamocowany jest żagiel miała by obracać się wokół własnej osi. Siła odśrodkowa miała by odpowiadać za utrzymanie żagla w płaszczyźnie. Poprzeczne linki miały by kompensować naprężenia powstałe przez ruch obrotowy i zabezpieczać materiał przed podarciem.

Rozwiązanie to jest dużo szybsze i mniej podatne na uszkodzenia od sztywnej konstrukcji żagla stelażowego, ale wymaga dużo więcej wysiłku i umiejętności podczas wykonywania manewrów.

Żagiel promieniowy ( Heliogyro )

Promieniowy żagiel miał by być działać w oparciu o długie prostokątne, stosunkowo wąskie długie na kilka kilometrów taśmy. Taśmy te miały by być przechowywane w rolkach, które po rozwinięciu wprawiały by statek w ruch.

To rozwiązanie wydaje się najbezpieczniejsze ze względu na łatwe naprawy wystarczy wymiana rolki) oraz brak utraty całości napędu w przypadku uszkodzenia jednej z rolek.

tłumaczenie z orginału

Reklamy

~ - autor: shareif w dniu Grudzień 15, 2009.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

 
%d blogerów lubi to: