Hvordan Solar Sails Arbejde

{h1}

Lær hvordan solenergi sejlteknologi virker, tag et dybtgående kig på cosmos-1 mission og find ud af, hvad solsegler betyder for fremtidig rumrejse.

Hundredvis af rummissioner er blevet lanceret siden sidste månens mission, herunder flere dybe rumprober, der er sendt til kanterne af vores solsystem. Men vores rejser til rummet er blevet begrænset af kraften i kemiske raketmotorer og mængden af ​​raketbrændstof, som et rumfartøj kan bære. I dag er vægten af ​​en rumfærge ved lanceringen cirka 95 procent brændstof. Hvad kan vi opnå, hvis vi kunne reducere vores behov for så meget brændstof og tanke, der holder det?

Internationale rumbureauer og nogle private virksomheder har foreslået mange transportmetoder, der gør det muligt for os at gå længere, men en bemandet rummission har endnu ikke gået længere end månen. Den mest realistiske af disse rumtransport muligheder kræver eliminering af både raket brændstof og raketmotorer - erstatte dem med sejl. Ja, det har ret, sejl.

NASA er en af ​​de organisationer, der har studeret denne fantastiske teknologi kaldet solsejl, der vil bruge solens magt til at sende os ind i det dybe rum. I denne artikel viser WordsSideKick.com dig hvordan ideen om solsailing udviklet sig, hvor NASA og andre er ved at teste denne teknologi, og hvor langt og hurtigt solsigler kan tage os i universet.

Solar Sail Concept

Et enkeltkvadrant 10 meter solsystem er placeret fuldt ud i et vakuumkammer med 50 fods diameter ved NASAs Langley Research Center i Hampton, Va.

Et enkeltkvadrant 10 meter solsystem er placeret fuldt ud i et vakuumkammer med 50 fods diameter ved NASAs Langley Research Center i Hampton, Va.

For næsten 400 år siden var så stor del af Europa stadig involveret i maritim udforskning af verden, Johannes Kepler foreslog ideen om at udforske galaksen ved hjælp af sejl. Gennem hans observation, at komets haler blev sprængt af en slags solbrise, troede han, at sejl kunne fange den vind til at fremdrive rumfartøjer, som vindene flyttede skibe på oceanerne. Mens Keplers idé om en solvind er blevet modbevist, har forskerne siden opdaget, at sollyset udøver tilstrækkelig kraft til at bevæge objekter. For at udnytte denne kraft har NASA eksperimenteret med gigantiske solsejl, der kunne skubbes gennem kosmos af lys.

Der er tre komponenter til et solskibsdrevne rumfartøj:

  • Kontinuerlig kraft udøves af sollys
  • Et stort, ultratynt spejl
  • Et separat startkøretøj

Et solskibsdrevne rumfartøj behøver ikke traditionelt drivmiddel til kraft, fordi dets drivmiddel er sollys, og solen er dens motor. Lys består af elektromagnetisk stråling, der udøver kraft på genstande, som kommer i kontakt med. NASA-forskere har fundet ud af, at ved 1 astronomiske enhed (AU), som er afstanden fra solen til jorden, svarende til 93 millioner miles (150 millioner km), kan sollys producere ca. 1,4 kilowatt (kW) af kraft. Hvis du tager 1,4 kw og deler det med lysets hastighed, vil du opleve, at solenergiens kraft er omkring 9 newtons (N) / kvadratkilometer (dvs. 2 lb / km2 eller 78 lb / mi2). Til sammenligning kan en rumfartøjs hovedmotor producere 1,67 millioner N kraft under løft og 2,1 millioner N tryk i et vakuum. Til sidst kan sollysets kontinuerlige kraft på et solfangse dog fremdrive et rumfartøj til hastigheder fem gange hurtigere end traditionelle raketter.

Lad os nu se nærmere på disse sejl.

Implementering og lancering

NASAs solskib fremdriftshold og industri partner, har Able Engineering succesfuldt udnyttet deres solsysystem på Langley Research Center i en fem ugers testperiode fra april til maj 2004. Derefter i juli 2004, NASAs solskib fremdriftshold og industri partner, L'Garde, Inc., oplevede også en succesfuld indsættelse af deres solseglingssystem på Glenn Research Center.

I august 2004 blev to store solsegler lanceret og indsat i rummet af det japanske flyopdagelsesagentur.

Solar Sail Materials

Et firekvadrant solsysningssystem, der er oprettet af NASAs solskibs fremdrivningshold på Marshall Space Flight Center i Huntsville, Ala., Og dets industriselskab, L'Garde, Inc., sættes fuldt ud i et vakuumkammer på 100 fods diameter ved NASAs Glenn Research Center.

Et firekvadrant solsysningssystem, der er oprettet af NASAs solskibs fremdrivningshold på Marshall Space Flight Center i Huntsville, Ala., Og dets industriselskab, L'Garde, Inc., sættes fuldt ud i et vakuumkammer på 100 fods diameter ved NASAs Glenn Research Center.

Mens solsegl er blevet designet før (NASA havde et solafsejlingsprogram tilbage i 1970'erne), var materialer, der var tilgængelige indtil det sidste årti eller så, meget for tungt til at designe et praktisk solskibskøretøj. Ud over at være letvægt, skal materialet være meget reflekterende og i stand til at tolerere ekstreme temperaturer. De gigantiske sejl, der testes af NASA i dag, er lavet af meget letvægt, reflekterende materiale, der er op til 100 gange tyndere end et gennemsnitligt papirark. Dette "aluminiserede, temperaturbestandige materiale" kaldes CP-1. En anden organisation, der udvikler solsigsteknologi, planetariske samfund (en privat nonprofitgruppe med base i Pasadena, Californien) støtter Kosmos 1, som prale af solsegler, der er lavet af aluminiumforstærket Mylar og er ca. en fjerdedel af tykkelsen af ​​en plastikpose.

Sejlens reflekterende karakter er nøglen. Som fotoner (lette partikler) springer af det reflekterende materiale, skubber de forsigtigt sejlet sammen ved at overføre momentum til sejlet. Fordi der er så mange fotoner fra sollys, og fordi de konstant rammer seilet, er der et konstant tryk (kraft pr. Enhedsareal), der udøves på sejlet, der fremkalder en konstant acceleration af rumfartøjet.Selv om kraften på et solskibs rumfartøj er mindre end en konventionel kemisk rakett, som rumfærgen, accelererer solcylinderfartøjet konstant over tid og opnår en større hastighed.

Du kan måske undre sig over, hvad der sker, når rumfartøjet finder sig langt væk fra sollys. En indbygget laser kunne overtage den nødvendige fremdrift til sejlene.

Solkraft - check. Solar sejl - check. Men hvordan får vi sejlene og deres rumfartøjer ind i rummet? Lad os se.

Vil du have huller i sejl?

Les Johnson, fra Marshall Space Flight Center, besidder et stift, letvægts kulfiber materiale, der gav mange solskibsforskere pause for at tænke. Denne fiber var en afvigelse fra standard solsejlmateriale, fordi det er omkring 200 gange tykkere. Men tusindvis af små huller gør det muligt at veje omtrent det samme som de tyndeste solsejlmaterialer, der testes.

Solar Sail Launch

Et fire kvadrant 20 meter solsystem er fuldt implementeret under test på NASA Glenn Research Center's Plum Brook-anlæg i Sandusky, Ohio.

Et fire kvadrant 20 meter solsystem er fuldt implementeret under test på NASA Glenn Research Center's Plum Brook-anlæg i Sandusky, Ohio.

Med lige sollys som magt, ville et solsegl aldrig blive lanceret direkte fra jorden. Et andet rumfartøj er nødvendigt for at starte solseglen, som derefter ville blive udnyttet i rummet. En anden mulig måde at starte et solfangse ville være med mikrobølge- eller laserstråler, der leveres af en satellit eller andet rumfartøj. Disse energibjælker kunne rettes mod sejlet for at lancere det i rummet og give en sekundær strømkilde under rejsen. I et eksperiment på NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) blev sejl kørt til løft med mikrobølger, mens laserstråler blev brugt til at skubbe sejlet frem.

Når de først blev lanceret, er sejlene udplaceret ved hjælp af et oppusteligt bomsystem, der udløses af en indbygget implementeringsmekanisme.

Kosmos 1

Cosmos 1, planetariske samfunds solskibsdrevne rumfartøjer, vil blive lanceret fra en neddykket russisk del i Barentshavet. Når den første gang er lanceret, vil Cosmos 1 220,5 pund (100 kg) få et boost fra en "kick motor" - placerer den i en bane omkring 550 miles (885 km) over jorden.

Fremtidige rumrejser

Solar sejl vil sætte nye fart registreringer for rumfartøjer og vil gøre det muligt for os at rejse ud over vores solsystem.

Solar sejl vil sætte nye fart registreringer for rumfartøjer og vil gøre det muligt for os at rejse ud over vores solsystem.

Solar sejlteknologi vil i sidste ende spille en central rolle i NASA-missioner på langdistance. Men hvor langt vil disse solsejl være i stand til at tage os og hvor hurtigt vil de få os der?

Som vi fandt ud af i den sidste sektion, ville solsiglen først blive drevet af den mængde kraft, der bruges til at starte rumfærgen. NASA mener, at udforskningen af ​​rummet ligner fortællingen om "Skildpadden og Haren", hvor raketdrevne rumfartøjer er hare. I dette løb vil det raketstyrede rumfartøj hurtigt springe ud og bevæge sig hurtigt mod sin destination. På den anden side ville et raketløst rumfartøj, der var drevet af et solfangse, starte sin rejse med et langsomt, men stabilt tempo og gradvist optage hastigheden, da solen fortsætter med at udøve kraft på den. Før eller senere, uanset hvor hurtigt det går, vil raketskibet løbe tør for strøm. I modsætning hertil har solcraftfartøjet en endeløs strømforsyning fra solen. Desuden kan solseglen potentielt vende tilbage til Jorden, mens det raketdrevne køretøj ikke ville have noget drivmiddel til at bringe det tilbage.

Da det fortsætter med at blive skubbet af sollys, vil solfanget køretøjet opbygge hastigheder, som raketdrevne køretøjer aldrig ville kunne opnå. Et sådant køretøj ville til sidst rejse omkring 56 mi / sek (90 km / sek), hvilket ville være mere end 200.000 mph (324.000 kph). Denne hastighed er ca. 10 gange hurtigere end rumfærgenes omdrejningshastighed på 5 mi / sek (8 km / sek). For at give dig en ide om hvor hurtigt det er, kan du rejse fra New York til Los Angeles på mindre end et minut med et solcarsel køretøj, der kører i topfart.

Hvis NASA skulle lancere en interstellar sonde drevet af solsejl, ville det kun tage otte år at få fat i Voyager 1-rumfartøjet (det fjerneste rumfartøj fra jorden), der har været på rejse i mere end 20 år. Ved at tilføje en laser eller magnetisk strålesender, sagde NASA det kunne skubbe hastigheder til 18.600 mi / sek (30.000 km / sek), hvilket er en tiendedel lysets hastighed. Ved disse hastigheder ville interstellar rejse være næsten sikker.


Video Supplement: Is 'Oumuamua an Alien Solar Sail - Critical Analysis.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com