Солнечный парус — приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата. Сила давления направлена перпендикулярно плоскости паруса и - в зависимости от его текущей ориентации - увеличивает или уменьшает орбитальную скорость КА. Изменяя угол наклона солнечного паруса относительно падающего на него света, можно легко управлять космическим кораблем, сколь угодно часто меняя его траекторию
Идея полетов в космосе с использованием солнечного паруса возникла в 1920-е годы в России и принадлежит одному из пионеров ракетостроения Фридриху Цандеру, исходившему из того, что частицы солнечного света — фотоны — имеют импульс и передают его любой освещаемой поверхности, создавая давление. Величину давления солнечного света впервые измерил русский физик Пётр Лебедев в 1900 году.
Давление солнечного света чрезвычайно мало (на Земной орбите — около 5·10−6 Н/м2) и уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Однако солнечный парус совсем не требует ракетного топлива, и может действовать в течение почти неограниченного периода времени, поэтому в некоторых случаях его использование может быть привлекательно.
Закон сохранения импульса устанавливает, что без отбрасывания рабочего тела изменить положение центра масс космического аппарата невозможно. Однако в космосе действуют гравитационные силы, магнитные поля и солнечная радиация. Несколько двигательных установок основаны на их использовании, но из-за распределения этих сил в пространстве, установки имеют большой размер.
Существует несколько двигателей, не требующих или требующих крайне малое количество рабочего тела. К ним относятся тросовые системы, солнечные паруса, использующие давление света, и магнитные паруса, отражающие солнечный ветер с помощью магнитного поля.
Космический аппарат подчиняется закону сохранения момента импульса, поэтому вместо вращения вокруг центра масс в качестве двигательной установки может быть использована часть этого аппарата, поворачиваемая в противоположную сторону. При этом не требуется расхода рабочего тела, однако на аппарат влияют внешние силы, например, гравитационные или аэродинамические,[из-за чего периодически требуется «разгрузка» основной двигательной установки другим способом, например, за счет реактивных двигателей. Реализацией данного принципа являются силовые гироскопы (гиродины).
21 мая 2010 года японский институт космонавтики (Institute of Space and Astronautical Science), подразделение национального космического агентства, произвёл запуск и развёртывание первого в мире солнечного паруса.
Область применения солнечного паруса и солнечного парусного корабля огромна. Они могут использоваться для:
- обнаружения плазменных штормов,
- исследования нашей Солнечной системы,
- ретрансляции энергии, теле и радиосвязи,
- освещению отдельных районов Земли,
- очистки космоса от технологического «мусора»,
- межпланетных перелетов под солнечным парусом,
- созданию крупных антенн в космосе для разведки полезных ископаемых и других полезных задач.
В настоящее время солнечный парус — самое перспективное устройство для передвижения в космосе, имеющее целый ряд преимуществ перед химическими ракетными двигателями.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Просмотр содержимого документа
«Математика - шаг в будущее »
Солнечный Парус
Что же это такое?
Солнечный парус– приспособление, использующее давление солнечного света на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.
Принцип работы солнечного паруса.
Идея проста — космический корабль разворачивает большое полотно (сотни квадратных метров или даже несколько километров (речь-то идет о космосе, вот и масштабы соответствующие) — парус - отражающий, либо поглощающий фотоны света. В настоящее время солнечный парус — самое перспективное устройство для передвижения в космосе, имеющее целый ряд преимуществ перед химическими ракетными двигателями.
Давление света
P=S(1-R)/c
S-плотность потока энергии
R-коэффициент отражения света
с- скорость света ( 3 x 10 8 м/с)
Солнечный парус NASA “Nano Sail”
Материал
милар
каптон
История
Идея солнечного паруса (СП), который использует в качестве движущей силы давление солнечного ветра, не нова. Она впервые возникла в 20-х годах и в течение десятков лет рассматривалась различными авиа и космическими организациями. Еще в 1873 году впервые физиком Джеймсом Клерком Максвеллом было доказано, что свет давит на зеркало. Значит, в вакууме свет может ускорять большой парус, с небольшим ускорением, которое способно со временем разогнать парус до требуемой скорости. К сожалению, давление света, к примеру, на орбите Земли на парус размером с футбольное поле, приблизительно равно весу камушка гальки. Поэтому парус должен иметь большие пропорции, или быть ближе к Солнцу.
Наш соотечественник Ф. А. Цандер, известный своими многочисленными трудами в области космонавтики, предложил выводить на орбиту космические зеркала (отражатели) передающие световую энергию Солнца на поверхность Земли для непосредственного использования.
Цандер Фридрих Артурович
Однако в силу многих причин тогда идея не привлекла особого внимания ученых и инженеров, лишь отдельные энтузиасты продолжали работать в этом направлении. Среди них были и немецкий профессор Г. Оберт и его ученик К. Эрике, внесшие огромный вклад в теоретические основы будущих космических систем. Затем идея оказалась на многие годы забытой...
Герман Оберт
IKAROS
В наше время наиболее активно исследуют солнечный парус Япония и США.
IKAROS
Диаметр цилиндра-1,6м
Высота цилиндра – 0,8м
Полная масса – 310кг
Длина стороны – 14 м
Диагональ – 20м
Япония запускает космическую яхту к Венере!
Ikaros - спутник, движущийся с помощью солнечного паруса. После испытаний, которые стали успешными, ученые из Японии собираются послать в космос космический аппарат – яхту, которая будет двигаться при помощи парусов за счет энергии фотонов – «солнечного ветра» . Так что японское космическое агентство может стать не только первым в мире, которому удастся создать орбитальное оригами, но и первую яхту в космосе с настоящими парусами, пусть немного не похожую на земную. Космическая яхта получит название «Икарус» и скоро будет запущена на орбиту с острова Танегасима. Затем следующие шесть месяцев он будет двигаться к Венере при помощи только паруса, который будет бомбардироваться фотонами. С каждой секундой полета его скорость будет нарастать и нарастать. Эксперимент японских ученых должен показать насколько эффективно и быстро будет двигаться корабль за счет паруса.
Солнечный парус для России (Cosmos-1)
Консорциум «Космическая регата» (дочерняя структура РКК «Энергия») 4 февраля 1993 года провел космический эксперимент «Знамя-2», продемонстрировав возможность развертывания тонкопленочных конструкций за счет центробежных сил. На грузовом корабле «Прогресс М-15» было успешно развернуто 20-метровое зеркало. Следующий эксперимент, «Знамя-2,5», 26 октября 1998 года был досрочно прекращен из-за ошибки в программе автоматического управления. Правда, целью этих экспериментов было не парусное «космоплавание», а подсветка ночной поверхности Земли отраженным солнечным светом.
Конструкция "солнечного паруса" Космос-1
Солнечный парус защитит от астероида
Очередной гипотетический конец света может ожидать нас в 2036 году, когда близ Земли промчится астероид 99942 Апофис. Есть вероятность того, что это небесное тело столкнется с нашей планетой. Группа ученых из Университета Цинхуа (Китай) придумала, как предотвратить столкновение: для этого предполагается использовать так называемый солнечный парус.
99942 Апофис
99942 Апофис (Apophis) был открыт в 2004 году в обсерватории Китт-Пик в Аризоне астрофизиками Д. Толеном и Р. Такером. Название получил в честь древнеегипетского бога Апопа, которого представляли в виде огромного змея, обитающего в подземном мире и пытающегося уничтожить Солнце.
99942 Апофис
Как стало известно, 99942 Апофис, максимальный диаметр которого не превышает 390 метров, в 2029 году будет находиться всего в каких-то 30 250-33 470 километрах от Земли.
Существует совсем мизерная вероятность (она составляет 0,0004 процента) того, что небесный странник пролетит через область пространства шириной в 600 метров, отстоящую на 30 399 километров от Земли, которую астрофизики называют "гравитационной замочной скважиной". Попав в эту зону, 13 апреля 2036 года астероид выйдет на траекторию столкновения с нашей планетой. Если столкновение все-таки произойдет, мощность взрыва составит 506 мегатонн.
99942 Апофис
Для сравнения: мощность взрыва при падении Тунгусского метеорита оценивается в 3-10 мегатонн, при извержении вулкана Кракатау в 1883 году — 200 мегатонн. Последствия могут варьироваться в зависимости от состава астероида, а также места и угла удара. Но, в любом случае, взрыв произведет колоссальные разрушения в радиусе тысяч квадратных километров от эпицентра. Это обрушение зданий и туннелей в метро, появление трещин в земле, разрывы трубопроводов.
Если остатки астероида упадут в моря или крупные озера, это чревато разрушительным цунами, который уничтожит все населенные пункты, расположенные на расстоянии 3-300 километров от эпицентра, в зависимости от рельефа зоны падения.
99942 Апофис
Разумеется, даже такая минимальная вероятность столкновения астероида с Землей вызывает опасения у паникеров. Сейчас НАСА планирует отправить к Апофису специальный космический аппарат, который проведет исследования его состава и установит радиомаяк, что позволит более точно определить его координаты. Кроме того, специалисты НАСА попытались разработать систему защиты от космического гостя. В частности, было высказано предложение нанести по астероиду кинетический удар при помощи зонда весом в 1 тонну на скорости 8 километров в секунду. Это разогнало бы небесное тело до скорости 90 километров в секунду и сместило бы его с "опасной" орбиты.
