Kaip Veikia Saulės Burių Technologija

{h1}

Šiame straipsnyje „WordsSideKick.com“ parodys, kaip veikia saulės burių technologija, įsigilins į „cosmos-1“ misiją.

Aštuntajame dešimtmetyje NASA mokslininkai pasiūlė nusiųsti zondo signalą į Halio kometą, kurią pastumtų saulės šviesos slėgis prieš milžinišką saulės burę. Nors pasiūlymas buvo atmestas kaip per daug rizikingas ir neįrodytas, kosminio laivo, kuriuo varoma saulės energija, idėja išliko. Bėgant metams buvo atlikta daugybė saulės burių medžiagų tobulinimo ir bandymų, tačiau niekas nebuvo suprojektavęs, sėkmingai paleidęs ir neplaukęs tokio erdvėlaivio.

2005 m. Birželio mėn. „The Planetary Society“, bendradarbiaudama su keliomis Rusijos kosmoso organizacijomis, pakels kosminį laivą „Cosmos-1“ į Žemės orbitą.

Kas yra saulės burė? Kaip galite naudoti saulės spindulius, norėdami perkelti kosminį laivą į kosmosą? Šiame straipsnyje „WordsSideKick.com“ parodys, kaip veikia saulės burių technologija, įsigilins į „Cosmos-1“ misiją ir išsiaiškins, ką saulės burės reiškia būsimoms kelionėms į kosmosą.

Ypatingas ačiū

Ypatinga ačiū Daktaras Louisas Friedmanas, Vykdomasis direktorius Planetų draugija, už jo techninę pagalbą.

Saulės burės

Kvadratinė saulės burė

Kvadratinė saulės burė

Saulės burės gali sukelti senų didelių burlaivių, tokių kaip karpiniai, ar modernių „America's Cup“ lenktynių jachtų vaizdus. Tačiau saulės burių principai, konstrukcija ir eksploatacija visiškai skiriasi nuo burlaivių.

Kas yra saulės burė?

A saulės burė yra labai didelis veidrodis, atspindintis saulės šviesą. Kai saulės šviesos fotonai atsitrenkia į burę ir atsimuša, jie švelniai stumia burę tolyn, perduodant burės pagreitį. Kadangi yra tiek daug saulės spindulių fotonų ir todėl, kad jie nuolat smogia burę, burė patiria pastovų slėgį (jėgą ploto vienetui), kuris sukuria nuolatinį erdvėlaivio pagreitį. Nors saulės buriuke naudojamo erdvėlaivio jėga yra mažesnė nei įprastos cheminės raketos, tokios kaip kosminė šaudyklė, saulės burėsio erdvėlaivis laikui bėgant nuolatos įsibėgėja ir pasiekia didesnį greitį. Tai yra lyginti vėjo gūsio poveikį palyginus su pastoviu, švelniu vėjeliu ore plūduriuojančios kiaulpienės sėklos. Nors iš pradžių vėjo gūsis (raketinis variklis) išstumia sėklą su didesne jėga, ji greitai miršta, o sėkla pajuokauja iki šiol. Priešingai, vėjas per ilgesnį laiką silpnai stumia sėklą, o sėkla keliauja toliau. Saulės burės leidžia erdvėlaiviams judėti Saulės sistemoje ir tarp žvaigždžių be didelių gabaritų raketų variklių ir milžiniškų degalų.

Iš ko pagaminta saulės burė?

Norint, kad saulės burė būtų praktiškas būdas stumti erdvėlaivį, ji turi turėti šias savybes:

  • Didelis plotas - Jis turi surinkti kuo daugiau saulės spindulių, nes kuo didesnis plotas, tuo didesnė saulės šviesos jėga.
  • Lengvas svoris - Burė turi būti plona ir turėti kuo mažesnę masę, nes kuo daugiau masės, tuo mažesnį pagreitį buriai suteikia saulės spinduliai.
  • Patvarus ir atsparus temperatūrai - Jis turi atlaikyti temperatūros pokyčius, įkrautas daleles ir mikrometeoroidų keliamą pavojų kosmose.

Kad atitiktų šias savybes, dauguma saulės burių yra pagamintos iš plono, metalu dengto, patvaraus plastiko, pavyzdžiui, „Mylar“ ar „Kapton“. Pavyzdžiui, „Cosmos-1“ saulės burė pagaminta iš aliuminiu dengto „Mylar“, jos storis yra 0,0002 colio arba 5 mikronai (įprastas „Saran Wrap“ yra apie 0,001 colio arba 25 mikronų storis), o plotas 6415 kvadratinių pėdų (600 kvadratinių). metrai).

Yra trys pagrindinės saulės burės:

  • Kvadratinė burė - reikia, kad strėlės palaikytų burės medžiagą
  • „Heliogyro“ burė - peiliu kaip sraigtasparnis, norint stabilumui, burė turi būti pasukta
  • Disko burė - žiedinė burė, kurią reikia valdyti judinant masės centrą slėgio centro atžvilgiu

„Cosmos-1“ turi saulės burę, kuri yra kryžius tarp kvadratinės ir heliogyro burės. Tai yra suapvalinta saulės burė, kuri yra padalinta į aštuonis trikampius ašmenis su pripučiamais strėliais, kad juos palaikytų. Norint stabilumo, burė neturi būti pasukta.

Kreisimas saulės spinduliais

Norint manevruoti kosminiu laivu „Saulės burė“, reikia subalansuoti du veiksnius: saulės burės kryptį saulės atžvilgiu ir erdvėlaivio orbitinį greitį. Keisdami burės kampą saulės atžvilgiu, jūs keičiate saulės šviesos veikiamos jėgos kryptį.

Šis turinys šiame įrenginyje nesuderinamas.

Saulės burės manevravimas orbitoms pakeisti (iliustravimo tikslais čia parodyta orbitos kaita įvyksta greičiau nei iš tikrųjų).

Kai erdvėlaivis yra orbitoje aplink Žemę ar saulę, jis skrieja apskritimo ar elipsės keliu tam tikru greičiu ir atstumu. Norėdami eiti į aukštesnę orbitą (važiuokite toliau nuo objekto), pasukite saulės burę saulės atžvilgiu taip, kad saulės spindulių sukuriamas slėgis atitiktų jūsų orbitos judesio kryptį. Jėga pagreitina erdvėlaivį, padidina jo orbitos greitį ir erdvėlaivis pajuda į aukštesnę orbitą. Jei norite eiti į žemesnę orbitą (arčiau objekto), burę pasukite saulės atžvilgiu taip, kad saulės šviesos sukuriamas slėgis būtų priešingas jūsų orbitos judesio krypčiai. Tuomet jėga lėtina erdvėlaivį, sumažėja jo orbitos greitis ir erdvėlaivis nukrenta į žemesnę orbitą.

Saulės šviesos slėgis mažėja atsižvelgiant į atstumą nuo saulės. Todėl saulės spinduliai daro didesnį slėgį arčiau saulės, nei toliau. Būsimasis kosminis erdvėlaivis „Saulės burė“, pasinaudojęs šiuo faktu, pirmiausia galės nusileisti į orbitą, esančią arti saulės - saulės skrydžio metu - ir panaudodamas didesnį saulės šviesos slėgį, kad misijos pradžioje gautumėte didesnį pagreitį. Tai vadinama a varomas periheliono manevras.

Slėgis nuo saulės šviesos

Naudodami šias lygtis ir vertes, galite apskaičiuoti saulės spinduliavimo jėgą ir erdvėlaivio pagreitį:

  • Jėga (F) = 2 (P x A) / c
  • Pagreitis (a) = F / M

1 astronominiame vienete (AU) saulės šviesos galia yra apie 131 vatą / pėdai2 (1 400 vatų / metras2). Mūsų erdvėlaivis sveria 2,2 svaro (1 kg), o jo burės plotas yra 0,38 mi2 (1 km2 arba 1 milijonas m2), taigi:

  • P (galia) = 1 400 vatų / m2
  • A (plotas) = ​​1 milijonas m2
  • c (šviesos greitis) = 3x108 m / s
  • M (masė) = 1 kg

Tai veikia maždaug 2 svarų arba 9 niutonų (N) jėga (F). Ši jėga lemia maždaug 29 pėdų / s greitį (a) 2 (9 m / s2), šiek tiek mažesnis nei pagreitis dėl Žemės gravitacijos. Palyginimui, pagrindinis kosminis kosmoso variklis gali sukelti 367 000 svarų (1,67 milijono N) jėgos pakilimo metu ir 462 000 svarų (2,1 milijono N) jėgos vakuume.

Kosmoso-1 erdvėlaivio dizainas

Vienas saulės burės ašmenys

Vienas saulės burės ašmenys

Pirmąjį kosminį sklandytuvą nuo saulės burlaivio, pavadinto „Cosmos-1“, sukūrė, pastatė ir išbandė „The Planetary Society“ - privati, ne pelno siekianti organizacija, kurios tikslas yra skatinti mūsų saulės sistemos tyrinėjimą. Planetų draugija sudarė sutartį su Rusijos kosmine organizacija Babakino kosminis centras, norint sukurti, paleisti ir eksploatuoti erdvėlaivį. Projekto kaina yra apie 4 milijonai dolerių. Jį finansuoja nauja mokslo žiniasklaidos kompanija „Cosmos Studios“.

Šis turinys šiame įrenginyje nesuderinamas.

Kosminis-1 erdvėlaivis

Pats erdvėlaivis sveria 40 kg (88 svarus) ir gali sėdėti ant stalo. Po pirmojo etapo bandymo kosminis laivas bus paleistas į Žemės orbitą - 522 mylių (840 km) perigeja ir 528 mi (850 km) apogee. Erdvėlaivių sistemas sudaro:

Saulės burė

  • pagamintas iš aliuminizuoto „Mylar“
  • storis 0,0002 colio (5 mikronai)
  • plotas 6415 kvadratinių pėdų (600 kvadratinių metrų)
  • išdėstytos aštuoniuose trikampiuose ašmenyse, kurių kiekvienas yra apie 15 pėdų (49 pėdų) ir susideda iš pripučiamų plastikinių vamzdžių, kurie palaiko burę (vamzdžių viduje gali būti naudojama putplastis, kad jie būtų tvirti, kai tik pripūsta). Kiekvieną ašmenis gali pasukti (kaip sraigtasparnio ašmenis) elektros varikliais, kad pakeistumėte jo kampą saulės atžvilgiu.

Saulės burės diegimas - Suslėgta dujų pripildymo sistema pripučia plastikinius vamzdelius.

Šis turinys šiame įrenginyje nesuderinamas.

Saulės burės diegimas

Galia - Mažas saulės elementų komplektas tiekia visą elektros energiją.

  • Naršymas - Erdvėlaiviui visada svarbu žinoti, kur jis yra ir kur yra saulė.
  1. Jutiklis nustato saulės padėtį.
  2. Visuotinės padėties nustatymo sistemos (GPS) imtuvas nustato kosminio laivo padėtį. (Nuo žemės paviršiaus erdvėlaivio orbita bus nustatyta remiantis Doplerio stebėjimo duomenimis, naudojant borto akselerometrus, kuriuos aptarsime vėliau.)
  3. Informacija iš saulės jutiklio ir GPS imtuvo yra nuolat perduodama į erdvėlaivio borto kompiuterį.
  4. Borto kompiuteris valdo variklius, kurie suka burės ašmenis, kad burės ašmenys būtų tinkamai nukreipti į saulę.
  5. Borto kompiuteris gali priimti pataisymus arba nepaisyti komandų.

Ryšiai - Nereikalingos radijo ryšio sistemos yra naudojamos susisiekti su skrydžių valdytojais ant žemės.

  • viena UHF juosta, 400 megahercų
  • viena S juosta, 2210 MHz

Borto kompiuteris

  • Du 386EX serijos mikroprocesoriai: seni, bet patikimi atšiaurioje kosmoso aplinkoje; gali būti paleistas mažos galios režimais, panašiai kaip nešiojamieji kompiuteriai; užprogramuotas valdyti borto sistemas, perduoti informaciją į žemę ir priimti komandas iš žemės
  • Programinė įranga priskiria užduotis kiekvienam mikroprocesoriui, atsižvelgiant į darbo krūvį ir našumą (greitį, vėlavimą).
  • Kiekvienas procesorius turi savo nedidelį kiekį tik skaitomosios atminties (ROM) - pakanka paleisti kompiuterį ir įkelti operacinę sistemą į laisvosios kreipties atmintį (RAM).
  • Trijuose pakartotinai įrašomuose ROM yra operacinės sistemos ir programos. Prieš naudojimą, ROM kopijos yra tikrinamos, ar nėra klaidų, kurias sukelia radiacija kosmose.
  • Yra trys RAM, kad būtų galima priimti operacinę sistemą. Prieš įkeliant, dar kartą patikrinamas kiekvieno RAM vientisumas.
  • ROM architektūra suteikia galimybę žemėje esantiems programuotojams bet kuriuo metu atnaujinti ir iš naujo paleisti erdvėlaivio programinę įrangą. Tai taip pat leidžia erdvėlaiviui veikti esant stipriai radiacijos žalai.
  • Duomenys saugomi dviejose atskirose duomenų bazėse, sujungtose nuosekliosiomis ir lygiagrečiomis sistemomis.

Prietaisai

  • Dvi borto vaizdo kameros (rusų ir amerikiečių) misijai dokumentuoti
  • Borto akselerometrai, skirti matuoti erdvėlaivio pagreitį dėl saulės šviesos slėgio (ne gravitacinis pagreitis)

Kitame skyriuje aptarsime „Kosmosas-1“ misijos detales.

Sulankstomos saulės burės

Originalus burės ašmenų dizainas buvo sulankstytas į ritinius. Tačiau kai kurie tyrimai parodė, kad patikimesni gali būti burių ašmenų sulankstymai į panašias į akordeoną struktūras, kurios vis tiek būtų naudojamos išpūstant vamzdžius.

„Kosmosas-1“ misija

„Cosmos-1“ bus paleistas iš povandeninio laivo.

„Cosmos-1“ bus paleistas iš povandeninio laivo.

Paleisti transporto priemonę

Norėdami „Cosmos-1“ patekti į Žemės orbitą, erdvėlaivis bus pakrautas į modifikuotą rusiško dizaino tarpkontinentinę balistinę raketą (ICBM), vadinamą „Volna“. ICBM bus paleistas iš Rusijos povandeninio laivo Barenco jūroje. Paprastai „Volna“ ICBM neturi pakankamai traukos, kad pasiektų orbitą, tačiau „Cosmos-1“ naudojama raketa turės papildomą raketinį variklį (smūgio stadiją), kuris bus naudojamas palydovų orbitai debiutuoti. Pradinės stadijos variklis užtikrins papildomą trauką, reikalingą „Cosmos-1“ patekti į orbitą.

Patekę į orbitą, saulės burės bus išsklaidytos. Misija galėjo trukti nuo kelių dienų iki kelių mėnesių. Misija bus laikoma sėkminga, jei erdvėlaivis galės pakilti į aukštesnę orbitą naudodamas saulės burės. Jei misijos tikslas yra pasiektas ir jei misija trunka ilgiau nei keletą dienų, gali būti atliekamas papildomas bandymas, siekiant nustatyti, ar žemės lazeriai gali tiekti pakankamai šviesos, kad erdvėlaivis būtų stumiamas į orbitą.

Kaip veikia saulės burių technologija: saulės

Paleisti (didesnė paveikslo versija)

Kitos saulės burių misijos

Grupės, išskyrus „Planetų draugiją“, pasiūlė ir plėtoja saulės burių misijas. 2004 m. Rugpjūčio mėn. Japonijos aviacijos ir kosmoso tyrimų agentūra išleido ir išleido į kosmosą dvi dideles bures. NASA kuria kosminį laivą, skirtą saulės buriavimui. Vokietijos kosmoso agentūra (DLR) ir Europos kosmoso agentūra (ESA) taip pat turi kuriantį saulės burėsį erdvėlaivį, o Carnegie Mellon universitetas dirba prie heliogyro saulės burės.

Saulės burių ateitis

Pagrindinis saulės burių erdvėlaivio pranašumas yra galimybė keliauti tarp planetų ir į žvaigždes nešant degalus. Kosminiam saulės burlaiviui reikia tik įprastos paleidimo priemonės, kad patektų į Žemės orbitą, kur galėtų būti dislokuotos saulės burės ir siunčiamas pakeliui. Šie erdvėlaiviai įsibėgėja palaipsniui, skirtingai nuo įprastų cheminių raketų, kurios siūlo ypač greitą pagreitį. Taigi, norint greitai nuvykti į Marsą, saulės burlaivis neturi jokio pranašumo prieš įprastą cheminę raketą. Vis dėlto, jei jums reikia gabenti didelį naudingą krovinį į Marsą ir jūs niekur neskubate, kosminis laivas, skirtas saulės baterijoms, yra idealus. Einant didesniu atstumu, kurio reikia žvaigždėms pasiekti, saulės burlaiviai, turintys laipsnišką, bet nuolatinį pagreitį, gali pasiekti didesnį greitį nei įprastos cheminės raketos ir gali atstumą įveikti per trumpesnį laiką. Galiausiai dėl saulės burės technologijos tarpžvaigždiniai skrydžiai ir persėdimai tarp planetų bus pigesni, todėl praktiškesni nei įprastos cheminės raketos.

Specifinis impulsas

Raketų moksle raketinio variklio degalų efektyvumas matuojamas jo specifiniu impulsu. Konkretus impulsas nurodo per tam tikrą sunaudoto raketinio kuro vienetą traukos vienetai. Dėl to, kad kosminis laivas, plaukiantis saulės burėmis, neturi degalų, jis turi begalinį specifinį impulsą.

Susijusios „WordsSideKick.com“ nuorodos

  • Kaip veikia šviesa
  • Kaip veikia raketiniai varikliai
  • Kaip veikia palydovai
  • Kaip veikia kosminiai šaudmenys
  • Kaip veikia saulė
  • Kaip veiks kosminiai liftai
  • Kaip veiks šviesos variklis
  • Kaip veiks pripučiamas erdvėlaivis
  • Kaip veiks antimaterinis erdvėlaivis
  • Kaip veiks branduolių sintezės variklis
  • Kaip veiks kosminiai liftai

Kitos puikios nuorodos

Planetų draugija

  • Planetų draugija
  • Planetų draugijos Saulės burės projektas
  • „Cosmos Studios, Inc.“

Informacija apie saulės burę

  • NASA išplėstinės varomosios jėgos koncepcijos: saulės burės
  • NASA išplėstinės varomosios jėgos koncepcijos: tarpžvaigždinė lengvoji burė
  • Vokietijos kosminės agentūros (DLR) saulės burės pagrindinis puslapis
  • Saulės burės
  • „Microlight“ saulės burė
  • Carnegie Mellon universitetas: Saulės ašmenų saulės burės projektas
  • JPL Skrydžio kosmose pagrindai

Knygos

  • „Žvaigždžių buriavimas: saulės burės ir tarpžvaigždinės kelionės“, autorius Louisas Friedmanas
  • Jerome L. Wright „Kosminis buriavimas“
  • „Žvaigždžių skrydžio vadovas: tarpžvaigždinių kelionių pionierių vadovas“, autoriai Eugene F. Mallove, Gregory L. Matloff (bendraautoris)
  • „Saulės buriavimas: technologijos, dinamika ir misijos programos“, autorius Colinas Robertas McInnesas
  • Wayne Lee „Pakilti iš žemės: lengvai suprantamas skrydžio iš kosmoso vadovas“


Vaizdo Papildas: Aukščiausia Saulės Elektrinė Lietuvoje..




Tyrimas


Studentai Kuria Būdus, Kaip Išminkyti Mėnulį Raketų Degalams
Studentai Kuria Būdus, Kaip Išminkyti Mėnulį Raketų Degalams

Iš Kosmoso Aptiktos Žemės Atmosferos „Širdies Plakimas“
Iš Kosmoso Aptiktos Žemės Atmosferos „Širdies Plakimas“

Mokslas Naujienos


Kas Išrado Mikroskopą?
Kas Išrado Mikroskopą?

B. Rexas: Milžiniška Šarvuota Žuvis Buvo Karalius Prieš Dinozaurus
B. Rexas: Milžiniška Šarvuota Žuvis Buvo Karalius Prieš Dinozaurus

Kermitas - Varlė, Atrodanti Kaip 5 Naujos Neaptvertos Rūšys
Kermitas - Varlė, Atrodanti Kaip 5 Naujos Neaptvertos Rūšys

Zimbabvėje Dramblio Sutriuškintas Medžiotojas
Zimbabvėje Dramblio Sutriuškintas Medžiotojas

Turkijos Įkvėpti Jutikliai Galėtų Aptikti Toksinus
Turkijos Įkvėpti Jutikliai Galėtų Aptikti Toksinus


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com