Как Работи Технологията Solar Sail

{h1}

В тази статия WordsSideKick.com ще ви покаже как работи технологията за слънчеви платна, разгледайте задълбочено мисията на cosmos-1.

През 70-те години учените от НАСА предложиха да се изпрати сонда към кометата на Халей, която ще бъде задвижвана от натиска на слънчевата светлина срещу гигантско слънчево платно. Въпреки че предложението беше отхвърлено като твърде рисковано и недоказано, идеята за космически кораби, работещи със соларно платно, се издържа. През годините са проведени множество разработки и тестове на слънчеви платна, но никой не е проектирал, успешно изстрелвал и плавал такъв космически кораб.

През юни 2005 г. Планетарното общество, в сътрудничество с няколко руски космически организации, изстреля космическия кораб Космос-1 на земна орбита.

Какво е слънчево платно? Как можете да използвате слънчева светлина за придвижване на космически кораб в космическото пространство? В тази статия WordsSideKick.com ще ви покаже как работи технологията за слънчеви платна, разгледайте задълбочено мисията на Космос-1 и ще разберете какво означават слънчевите платна за бъдещото космическо пътуване.

Специални благодарности

Специални благодарности на Д-р Луис Фридман, Изпълнителен директор на Планетарното общество, за техническата му помощ.

Слънчеви платна

Квадратно слънчево платно

Квадратно слънчево платно

Слънчевите платна могат да предизвикат изображения на големи ветроходни плавателни съдове на стари, като кораби за подстригване или модерни състезателни яхти за купата на Америка. Принципите, конструкцията и експлоатацията на слънчевите платна обаче са доста различни от тези на платноходките.

Какво е слънчево платно?

А слънчево платно е много голямо огледало, което отразява слънчевата светлина. Докато фотоните на слънчевата светлина се удрят в платното и отскачат, те леко натискат платното заедно, прехвърляйки инерция към платното. Тъй като има толкова много фотони от слънчевата светлина и защото те постоянно удрят платното, върху платното се упражнява постоянно налягане (сила за единица площ), което произвежда постоянно ускорение на космическия кораб. Въпреки че силата върху космически кораб на слънчеви платна е по-малка от конвенционалната химическа ракета, като космическата совалка, космическият кораб на слънчевите платна постоянно се ускорява във времето и постига по-голяма скорост. Това е като да сравняваш ефектите на порив на вятъра срещу постоянен, лек бриз върху семе от глухарче, плаващо във въздуха. Въпреки че поривът на вятъра (ракетен двигател) първоначално изтласква семето с по-голяма сила, то умира бързо и семената се спуска само досега. За разлика от това, бризът слабо изтласква семето за по-дълъг период от време, а семето пътува по-далеч. Слънчевите платна позволяват на космическите кораби да се движат в рамките на Слънчевата система и между звезди без обемисти ракетни двигатели и огромни количества гориво.

От какво е направено слънчево платно?

За да може слънчевото платно да бъде практичен начин за задвижване на космически кораб, той трябва да има следните характеристики:

  • Голяма площ - Трябва да събира колкото е възможно повече слънчева светлина, защото колкото по-голяма е площта, толкова по-голяма е силата на слънчевата светлина.
  • Леко тегло - Платното трябва да е тънко и да има минимална маса, защото колкото повече маса, толкова по-малко ускорение, което слънчевата светлина придава на платното.
  • Устойчив и устойчив на температура - Той трябва да издържа на температурните промени, заредените частици и микрометеороидните опасности от космическото пространство.

За да отговарят на тези характеристики, повечето слънчеви платна са изработени от тънки, метални покрития, трайни пластмаси като Mylar или Kapton. Например слънчевото платно на Космос-1 е направено от алуминиево покритие Mylar, има дебелина 0,0002 инча или 5 микрона (обикновената Saran Wrap е с дебелина около 0,001 инча или 25 микрона) и площ от 6,415 квадратни фута (600 квадратни м).

Слънчевите платна се предлагат в три основни дизайна:

  • Квадратно платно - изисква стрели за поддържане на материала на платно
  • Хелиогиро платно - острие като хеликоптер, платното трябва да се завърти за стабилност
  • Дисково плаване - кръгово платно, което трябва да се контролира чрез преместване на центъра на масата спрямо центъра на налягане

Космос-1 има слънчево платно, което е кръстоска между квадратно платно и хелиогирово платно. Това е заоблено слънчево платно, което е разделено на осем триъгълни остриета с надуваеми стрели за опора. Платното не трябва да се върти за стабилност.

Круиз от слънчевата светлина

Маневрирането на космически кораб със слънчево платно изисква балансиране на два фактора: посоката на слънчевото платно спрямо слънцето и орбиталната скорост на космическия кораб. Променяйки ъгъла на платно по отношение на слънцето, вие променяте посоката на силата, упражнена от слънчевата светлина.

Това съдържание не е съвместимо на това устройство.

Маневриране на слънчево платно за промяна на орбитите (За илюстрация, промяната в орбитата, показана тук, става по-бързо, отколкото в действителност.)

Когато космическият кораб е в орбита около Земята или слънцето, той пътува по кръгова или елиптична пътека с дадена скорост и разстояние. За да отидете на по-висока орбита (пътувайте по-далеч от обекта), насочвате слънчевото платно по отношение на слънцето, така че налягането, генерирано от слънчевата светлина, да е в посока на вашето орбитално движение. Силата ускорява космическия кораб, увеличава скоростта на неговата орбита и космическият кораб се премества във по-висока орбита. За разлика от това, ако искате да отидете на по-ниска орбита (по-близо до обекта), насочвате ъгъла на платно по отношение на слънцето, така че налягането, генерирано от слънчевата светлина, да е противоположно на посоката на вашето орбитално движение. След това силата забавя космическия кораб, намалява скоростта на своята орбита и космическият апарат пада в по-ниска орбита.

Налягането на слънчевата светлина намалява с квадрата на разстоянието от слънцето. Следователно слънчевата светлина упражнява по-голям натиск по-близо до слънцето, отколкото по-далеч. Бъдещият космически кораб със слънчеви платна може да се възползва от този факт, като първо се спусне в орбита близо до слънцето - слънчева полета - и използва по-голямото налягане на слънчевата светлина, за да получи по-голям тласък на ускорението в началото на мисията. Това се нарича a захранван перихелионен маневр.

Налягане от слънчевата светлина

Използвайки следните уравнения и стойности, можете да изчислите силата на слънчевата светлина върху и ускорението на космическия кораб:

  • Сила (F) = 2 (P x A) / c
  • Ускорение (a) = F / M

При 1 астрономическа единица (AU) силата на слънчевата светлина е около 131 вата / фут2 (1400 вата / метър2). Космическият ни кораб тежи 2,2-фунтови (1 кг) и има площ на платно 0,38 мили2 (1 км2 или 1 милион m2), така:

  • P (мощност) = 1400 вата / м2
  • А (площ) = 1 милион m2
  • ° С (скорост на светлината) = 3x108 Госпожица
  • М (маса) = 1 кг

Това работи до сила (F) от около 2 фунта или 9 нютона (N). Тази сила води до ускорение (а) от около 29 фута / сек 2 (9 m / s2), малко по-малко от ускорението поради земното притегляне. За сравнение главният двигател на космически совалки може да генерира сила от 367 000 фунта (1,67 милиона N) по време на изтичане и 462 000 фунта (2,1 милиона N) тяга във вакуум.

Дизайн на космически кораби Cosmos-1

Едно острие на слънчевото платно

Едно острие на слънчевото платно

Първият космически кораб за слънчеви платна, наречен Космос-1, е разработен, изграден и тестван от Планетарното общество, частна организация с нестопанска цел, чиято цел е да насърчи изследването на нашата слънчева система. Планетарното общество сключи договор с руска космическа организация Космически център Бабакин, за изграждане, изстрелване и управление на космическия кораб. Цената на проекта е около 4 милиона долара и се финансира от Cosmos Studios, нова научно базирана медийна компания.

Това съдържание не е съвместимо на това устройство.

Космос-1 космически кораб

Самият космически кораб тежи 40 фунта (40 кг) и може да седи на плот. След изпитване на първа фаза, космическият кораб ще бъде изстрелян на земна орбита - 522 мили (840 км) перигей и 528 мили (850 км) апогей. Системите за космически кораби включват:

Слънчево платно

  • изработен от алуминизиран Mylar
  • дебелина 0,0002 инча (5 микрона)
  • площ от 6,415 квадратни фута (600 квадратни метра)
  • подредени в осем триъгълни остриета, всяка с дължина около 49 фута (15 m) и състоящи се от надуваеми пластмасови тръби, които поддържат платното (вътре в тръбите може да се използва пяна, която да ги държи неподвижно веднъж надути). Всяко острие може да се завърта (като острие на хеликоптер) от електрически двигатели, за да промени ъгъла си спрямо слънцето.

Разгръщане на слънчеви платна - Системата за пълнене с газ под налягане надува пластмасовите тръби.

Това съдържание не е съвместимо на това устройство.

Разгръщане на слънчеви платна

мощност - Малък масив от слънчеви клетки доставя цялата електрическа енергия.

  • навигация - За космическия кораб е важно да знае къде е и къде е слънцето по всяко време.
  1. Сензор разпознава положението на слънцето.
  2. Приемник на глобална система за позициониране (GPS) открива положението на космическия кораб. (От земята, орбитата на космическия кораб ще бъде определена от доплеровите проследяващи данни с помощта на бордови акселерометри, които ще обсъдим по-нататък.)
  3. Информацията от сензора за слънце и GPS приемника непрекъснато се предава на бордовия компютър на космическия кораб.
  4. Бордовият компютър управлява моторите, които завъртат платната на платната, за да поддържат правилната ориентация на остриетата на платната по отношение на слънцето.
  5. Бордовият компютър може да приема корекции или да отменя команди от земята.

комуникации - Излишните радиосистеми се използват за комуникация с полетни контролери на земята.

  • една UHF диапазон, 400 мегагерца
  • една S-диапазон, 2210 MHz

Бордови компютър

  • Два микропроцесора от серия 386EX: стари, но надеждни в суровата среда на космическото пространство; може да работи в режими с ниска мощност, подобно на лаптоп компютри; програмиран да управлява бордовите системи, препредава информация на земята и получава команди от земята
  • Софтуерна програма възлага задачи на всеки микропроцесор въз основа на натоварването и производителността (скорост, забавяне).
  • Всеки процесор има собствено малко количество памет само за четене (ROM) - достатъчно за зареждане на компютъра и зареждане на операционната система в памет с произволен достъп (RAM).
  • Три повторно записани ROM съдържат операционните системи и програми. Копиите на ROM се проверяват преди употреба за грешки, причинени от радиация във космическото пространство.
  • Налични са три RAM памет, които да приемат операционната система. Отново, целостта на всяка RAM се проверява за грешки преди зареждането.
  • ROM архитектурата позволява на програмистите на място да актуализират и рестартират софтуера на космическия кораб по всяко време. Освен това позволява на космическия кораб да функционира в случай на тежки радиационни повреди.
  • Данните се съхраняват в две отделни бази данни, свързани чрез серийни и паралелни системи.

инструменти

  • Две бордови камери за изображения (руски и американски) за документиране на мисията
  • Бордови акселерометри за измерване на ускорението на космическия кораб поради налягане на слънчевата светлина (негравитационно ускорение)

В следващия раздел ще обсъдим подробностите за мисията Космос-1.

Сгъваеми слънчеви платна

Оригиналният дизайн на острието на платно беше го сгънал на рула. Някои тестове обаче показват, че сгъването на платната на платната в конструкции, наподобяващи акордеон, може да бъде по-надеждно, което все пак ще бъде разгърнато чрез надуване на тръбите.

Мисия Космос-1

Cosmos-1 ще бъде изстрелян от подводница.

Cosmos-1 ще бъде изстрелян от подводница.

Стартирайте превозно средство

За да излезе Космос-1 на земната орбита, космическият кораб ще бъде натоварен в модифицирана междуконтинентална балистична ракета (ICBM) с руски дизайн, наречена Volna. ICBM ще бъде изстрелян от руска подводница в Баренцово море. Обикновено ICBM на Волна няма достатъчно тяга, за да достигне орбита, но ракетата, използвана за Космос-1, ще има добавен ракетен двигател (стадион за ритъм), който се използва за дебилитиране на спътници. Двигателят на стадиона ще даде допълнителната тяга, необходима за извеждане на Космос-1 в орбита.

След като излязат в орбита, слънчевите платна ще бъдат разгърнати. Мисията може да продължи от няколко дни до няколко месеца. Мисията ще се счита за успешна, ако космическият кораб може да се придвижи към по-висока орбита, използвайки слънчевите платна. Ако целта на мисията е постигната и ако мисията трае по-дълго от няколко дни, може да има допълнителен тест, който да определи дали лазерите, базирани на Земята, могат да доставят достатъчно светлина, за да избутат космическия кораб в орбита.

Как работи технологията Solar Sail: Solar

Стартиране (по-голяма версия на изображението)

Други мисии за слънчеви платна

Групи, различни от Планетарното общество, предложиха и разработват мисии на слънчеви платна. През август 2004 г. от Японската агенция за аерокосмически проучвания бяха пуснати и разположени в космоса две големи слънчеви платна. НАСА разработва космически кораб за слънчеви платна за изстрелване. Германската космическа агенция (DLR) и Европейската космическа агенция (ESA) също имат космически кораб със слънчеви платна в разработка, а университетът Carnegie Mellon работи върху хелиогирово слънчево платно.

Бъдещето на слънчевите платна

Основното предимство на космически кораб на слънчеви платна е способността му да пътува между планетите и до звездите, без да носи гориво. Космическият кораб за слънчеви платна се нуждае само от конвенционален ракетен апарат, за да влезе в орбита на Земята, където слънчевите платна могат да бъдат разгърнати и космическите кораби да бъдат изпратени на път. Тези космически кораби се ускоряват постепенно, за разлика от конвенционалните химически ракети, които предлагат изключително бързо ускорение. Така че за бързо пътуване до Марс космически кораб със слънчеви платна не предлага предимство пред конвенционална химическа ракета. Ако обаче трябва да носите голям полезен товар до Марс и не бързате, космически кораб със слънчеви платна е идеален. Що се отнася до изминаването на по-големите разстояния, необходими за достигане на звездите, космическият кораб на слънчеви платна, който има постепенно, но постоянно ускорение, може да постигне по-големи скорости от конвенционалните химически ракети и така може да измине разстоянието за по-малко време. В крайна сметка технологията на слънчеви платна ще направи междузвездни полети и совалки между планетите по-евтини и следователно по-практични от конвенционалните химически ракети.

Специфичен импулс

В науката за ракетата енергийната ефективност на ракетния двигател се измерва чрез неговия специфичен импулс. Специфичен импулс се отнася до единици на тяга на единици гориво, консумирани във времето, Тъй като космическият кораб на слънчеви платна не носи гориво, той има безкраен специфичен импулс.

Свързани връзки WordsSideKick.com

  • Как работи светлината
  • Как работят ракетните двигатели
  • Как работят спътниците
  • Как работят космическите совалки
  • Как работи Слънцето
  • Как ще работят космическите асансьори
  • Как ще работи лекото задвижване
  • Как ще работи надуваемият космически кораб
  • Как ще работи антиматериалният космически кораб
  • Как ще работи Fusion Propulsion
  • Как ще работят космическите асансьори

Други страхотни връзки

Планетарното общество

  • Планетарното общество
  • Проектът за слънчево платно на планетарното общество
  • Cosmos Studios, Inc.

Информация за слънчеви платна

  • Разширени концепции за задвижване на НАСА: Слънчеви платна
  • Разширени концепции за задвижване на НАСА: Междузвездно леко платно
  • Начална страница на германската космическа агенция (DLR) Solar Sail
  • Слънчеви платна
  • Слънчевото платно на Microlight
  • Университет Карнеги Мелън: Проект за слънчево платно на слънчевата лопатка
  • JPL Основи на космическия полет

Книги

  • „Starsailing: Слънчеви платна и междузвездно пътуване“ от Луис Фридман
  • „Космическо плаване“ от Джером Л. Райт
  • „Наръчникът за звездни полети: Пътеводител на пионерите за междузвездното пътуване“ от Eugene F. Mallove, Gregory L. Matloff (сътрудник)
  • „Соларно плаване: Технологии, динамика и мисии“ от Колин Робърт Макинес
  • „Да се ​​издигнеш от Земята: Лесен за разбиране наръчник за космически полет“ от Уейн Лий


Видео Добавка: The Choice is Ours (2016) Official Full Version.




Изследване


Завръщане На Гигантските Месоядни Хермафродитни Охлюви
Завръщане На Гигантските Месоядни Хермафродитни Охлюви

Сателитни Шпиони Тропическа Буря Гордън
Сателитни Шпиони Тропическа Буря Гордън

Наука Новини


Добре Е Да Отидете На Малко Ядки: Някои Могат Да Имат По-Малко Калории, Отколкото Са Мислели
Добре Е Да Отидете На Малко Ядки: Някои Могат Да Имат По-Малко Калории, Отколкото Са Мислели

Топ 10 Военни Технологии, Променящи Играта
Топ 10 Военни Технологии, Променящи Играта

Ускоряване На Разтопяването На Лед Гренландия
Ускоряване На Разтопяването На Лед Гренландия

Конкурсът На Наса Предлага „Подаръци От Космоса“
Конкурсът На Наса Предлага „Подаръци От Космоса“

Може Ли Масовите Земетресения Socal Да Задействат „Големия“ По Вина На Сан Андреас?
Може Ли Масовите Земетресения Socal Да Задействат „Големия“ По Вина На Сан Андреас?


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com