Kelionių jūra romantiką pakeitė kosminių kelionių romantika. Tačiau, kaip bebūtų keista, burės, nekintamas pionierių atributas ir simbolis, turi vietą erdvėje. Šiandien kalbėsime apie kosminę burę.
Nuo XVIII amžiaus vidurio viso pasaulio mokslininkai (Euleris, Fresnelis, Beselis ir kt.) bandė išmatuoti šviesos slėgį. P. Lebedevas pirmasis tokius matavimus atliko 1899 m. Visiems iškart tapo aišku, kad saulės šviesa spaudžia ir kosminius kūnus. Netrukus sovietų mokslininkas F. Zanderis sugalvojo saulės burės idėją.
Saulės burė- Tai prietaisas, kuris naudoja Saulės šviesos slėgį, kad galėtų judėti kosmose.
Šviesos prigimties ir šviesos slėgio tyrimo istorija. Senas, bet labai aiškus filmas.
Jei erdvėje pastatysite veidrodinę metalinę plokštę, saulės srautas „spaus“ jos paviršių. Stipriai pūskite į delną – ar jaučiate, kaip oras spaudžia odą? Saulės šviesos slėgis ant metalinės plokštės bus milijardą kartų silpnesnis už tai, ką jaučiate. Ar manote, kad to nepakanka? Visai ne. Juk kosmose nėra oro pasipriešinimo jėgos, kaip Žemėje.
Kaip veikia saulės burė?
Jei į Žemės orbitą įdėsite folijos kvadratą, kurio matmenys yra tik 100 x 100 metrų, tada kas 10 sekundžių tokia „burė“ padidins greitį centimetru per sekundę! Vos per 40 dienų tokia burė įsibėgės nuo pirmojo iki antrojo kosminio greičio, o per šešis mėnesius – iki trečio kosminio greičio – greičio, kurio pakaktų visam laikui palikti Saulės sistemą. Bet svarbiausia, kad tai įvyks nenaudojant variklio degalų, tai yra, veltui. Tikrai tai neįkainojama gamtos dovana!
Erdvėlaivio Icarus maketas – tipiškas erdvėlaivio vaizdas su saulės bure
Kodėl tai svarbu? Pateikime tik vieną pavyzdį. Viršutinėje „Curiosity“ roverio pakopoje degalų svoris siekė 21 toną, o tai griežtai ribojo paties roverio svorį – ne daugiau kaip 900 kilogramų. Marsaeigio mokslinės įrangos svoris paprastai yra juokingas skaičius: 80 kilogramų. Tačiau daugiau pasiimti buvo neįmanoma: pritrūko degalų skristi į Marsą. Naudojant saulės burę kartu su įprastais varikliais, sunaudosite šiek tiek mažiau degalų, o tai reiškia, kad padidinsite roverio prietaisų svorį. Kiekvienas kosmose sutaupytas kilogramas yra dar vienas mokslinis instrumentas, dar vienas neįkainojamos informacijos apie mus supantį pasaulį dalelė, dar vienas žingsnis progreso kelyje. Yra daug panašių pavyzdžių.
Kokie erdvėlaiviai naudojo saulės burę?
Iki šiol buvo atlikti tik keli sėkmingi saulės burių bandymai. Pirmasis buvo 1993 m. Rusijoje. Tada saulės burė (20 metrų skersmens) buvo pritvirtinta prie kosminio sunkvežimio „Progress“, kuris atsikabino nuo Mir stoties. Eksperimento metu buvo tiriamas gebėjimas apšviesti tamsiąją Žemės pusę naudojant šį veidrodį.
1993 m. – pirmasis bandymas žmonijos istorijoje sukurti saulės burę. Eksperimentas „Znamya-2“
Tada 2010 m. amerikietiškas „NanoSail-D“ įrenginys sėkmingai dislokavo saulės burę, kai skrido žemoje Žemės orbitoje. Saulės burės tikslas buvo išstumti palydovą iš orbitos ir „palaidoti“ jį tankiuose atmosferos sluoksniuose. Tokiu būdu buvo išbandyta savo eksploatavimo laiką išnaudojusių palydovų savaiminio sunaikinimo galimybė, kad jie nekabintų aplink Žemę kaip nenaudingos kosminės šiukšlės.
Vaizdo įrašas: kaip išsiskleidė „NanoSail-D“ burė
Trečiasis erdvėlaivis, skridęs po burėmis, buvo japoniškas Icarus (ikaros), paleistas 2010 m. Svajingai užmerkę akis mokslininkai kukliai tikėjosi, kad prietaisas bent jau galės atverti burę (kuriame buvo įsiūti saulės vairai ir saulės baterijos) be trinkelių. Zondas kosmose ne tik sėkmingai išskleidė 200 kvadratinių metrų itin plonos kosminės burės sparnus, bet ir puikiai reguliavo jo greitį bei skrydžio kryptį. 2012 m. sausį „Icarus“ užsidarė dėl energijos trūkumo ir veikė ilgiau, nei tikėjosi mokslininkai.
Japonų „Ikaro“ judėjimo filmuota medžiaga
Išvada arba ateities planai
Padaryti realiai veikiantį ir konkrečias užduotis sėkmingai atliekantį erdvėlaivį naudojant saulės burę – tai išspręsti daugybę techninių problemų, apgalvoti ir įgyvendinti naujus inžinerinius sprendimus ir idėjas. Tai nėra lengva užduotis, kaip ir bet kuris darbas, susijęs su erdvėlaivių kūrimu. Tačiau sėkmingi kosminių burlaivių bandymai rodo, kad jei į tai žiūrėsite rimtai, viskas susitvarkys.
Kas žino, galbūt jūs, stovėdami misijos valdymo centre, vieną dieną įsakysite: „Pakelkite bures! – ir atkaklus saulės vėjas nuves erdvėlaivį nežinios link.
Mieli draugai! Jei jums patiko ši istorija ir norite neatsilikti nuo naujų leidinių apie astronautiką ir astronomiją vaikams, užsiprenumeruokite naujienas iš mūsų bendruomenių
Idėja, kad šviesa gali daryti spaudimą, priskiriama Johanesui Kepleriui, kurį 1619 m. įkvėpė plazdančios kometų uodegos, judančios aplink Saulę. 1873 metais Jamesas Maxwellas, remdamasis savo elektromagnetine šviesos teorija, teoriškai įvertino šio slėgio dydį, o 1900 metais mūsų tautietis, garsus fizikas Piotras Lebedevas, sugebėjo eksperimentiškai aptikti ir išmatuoti šviesos slėgio jėgą. Rusai pirmieji ryžosi panaudoti saulės jėgą – mokslinės fantastikos rašytojas Borisas Krasnogorskis apie saulės burę rašė dar 1913 m. Jo romane „Eterio bangose“ laivas „Space Conqueror“ judėjo kosmosu naudodamas saulės šviesą ir žiedinį veidrodį, pagamintą iš ploniausių poliruoto metalo lakštų. 20-ojo dešimtmečio viduryje taip pat Rusijoje šios idėjos ėmėsi mokslininkas ir išradėjas Friedrichas Zanderis, vienas iš kosminių skrydžių ir reaktyvinių variklių teorijos pradininkų. 1924 m. jis pateikė Išradimų komitetui originalią paraišką sukurti kosminę plokštumą, kuri naudotų didžiulius ir labai plonus veidrodžius, kad galėtų keliauti tarpplanetinėje erdvėje.
Tuo metu šios idėjos niekas rimtai nežiūrėjo – tinkamų medžiagų ir technologijų tiesiog nebuvo. Tačiau septintajame dešimtmetyje mokslinės fantastikos rašytojai grįžo prie saulės burių (garsus pavyzdys yra Arthuro C. Clarke'o istorija „Saulės vėjas“), o vėliau – inžinieriai. Aštuntajame dešimtmetyje NASA rimtai svarstė saulės burę kaip vieną iš variklio variantų zondui, leidžiančiam susitikti su Halio kometa. Šios idėjos buvo atsisakyta dėl įvairių priežasčių, tačiau ji nebuvo pamiršta.
2000 m. NPO pavadintoje NPO. Lavočkinas ir Rusijos mokslų akademijos Kosmoso tyrimų institutas (IKI) pradėjo dirbti su CASP programa (Solar Sail Spacecraft). Projektą rėmė Jungtinių Valstijų planetų draugija, kurią 1980 metais įkūrė trys mokslininkai – Caltech profesorius Bruce'as Murray'us, JPL darbuotojas Louisas Friedmanas ir astronomas bei rašytojas Carlas Saganas, ir visuomeninė organizacija „Cosmos Studios“, kuriai vadovauja našlė Ann Druyan. Carlo Sagano. Saulės burė – tai plona, 5 mikronų storio, poliesterio plėvelė, iš „saulės“ pusės padengta submikroniniu aliuminio sluoksniu (atspindžio koeficientas 0,85). „Tokia plėvelė yra gana tvirta, bet jei ją pažeidžia, pavyzdžiui, mikrometeoritas, plyšimas iš karto išplinta per visą paviršių“, – portalui „Popular Mechanics“ sakė projekto vadovas rusas Viktoras Kudriašovas. – Kad plėvelė neplyštų, ji sutvirtinta. Mūsų atveju burės audinys buvo sutvirtintas siauromis specialios juostelės juostelėmis, kurios stabdo plyšimus ir neleidžia jiems „šliaužti“ per visą burę.
Tarp galimų burių dizainų NPO pavadintoje. Lavočkinas nusprendė pasirinkti 8 žiedlapių „gėlę“. Kiekvienas trikampis, 75 kvadratinių metrų ploto žiedlapis turėjo išsiskleisti ir būti paremtas specialiu pneumatiniu rėmu, kuris pripildytas azoto tampa standus. Sulenktas žiedlapis dedamas į plytos dydžio indą – iš pradžių išsiurbiamas, pašalinant likusį orą, o paskui daug kartų sulankstomas pagal specialiai sukurtą klojimo modelį. Atidarius kosminį burlaivį, tai nedidelė (1 m ilgio) platforma, iš kurios „išauga“ 8 trikampiai žiedlapiai. „Erdvėlaiviui su saulės bure skrydis artimoje Žemės orbitoje turi savo ypatybes. Skirtingu metu jis gali būti apšviestas Saulės arba būti Žemės šešėlyje. Norint organizuoti aparato valdymą, visų pirma buvo numatyta burių žiedlapius sukti aplink kiekvieno iš jų ašį“, – sako Viktoras Kudrjašovas.
Kodėl reikalingos saulės burės? Galų gale, jų trauka yra labai maža (saulės šviesos slėgis žemės orbitos lygyje ant puikiai atspindinčio veidrodžio, kurio plotas 1000 m 2, yra tik 10 mN) ir nepalyginamas su galingais reaktyviniais varikliais. Tačiau cheminio kuro varikliai gali veikti šimtus sekundžių, plazminiai – tūkstančius valandų ir abu yra ribojami darbinio skysčio tiekimo. Tačiau burės gali užtikrinti trauką, kol jų paviršius yra apšviestas Saulės (astronomų teigimu, tai tęsis apie 5 milijardus metų), ir nenaudojama nei energijos, nei darbinio skysčio. Todėl saulės burėms atsiveria šviesios perspektyvos. Deja, saulės burlaivio skrydis su įgula dar tolimos ateities reikalas. Tačiau automatinės stotys su tokiu varikliu yra artimiausios ateities realybė. Burinės transporto priemonės rimtai svarstomos kaip zondai, skirti skristi į vidines Saulės sistemos planetas, į Plutoną ir kai kuriuos asteroidus bei kometas. Norint priartėti prie Saulės sistemos ribų, kur saulės šviesos intensyvumas gerokai sumažėja, jau pasirodo fantastiški burę „stumiančių“ orbitinių lazerių projektai.
 |
Šiandien erdvėlaivis su saulės bure gali išspręsti ne tik mokslines problemas. Viena iš realių jos pritaikymų galėtų būti NPO projektas, pavadintas vardu. Lavočkinas ir IKI RAS „Saulėtas oras“. Kalbame apie 30 kilogramų sveriančią kosminę observatoriją Saulei stebėti ir magnetinėms audroms nuspėti, esančią, pavyzdžiui, trijų milijonų kilometrų atstumu išilgai Žemės ir Saulės linijos. Tai yra du kartus arčiau Saulės nei libracijos taškas (ty gravitacinė pusiausvyra), kuriame kabo Europos ir Amerikos saulės observatorija SOHO. Naudodamas 1000 kvadratinių metrų burę, „Solar Weather“ kompensuos padidėjusią Saulės gravitacinę trauką, todėl apie magnetinę audrą bus galima įspėti ilgiau nei šiuo metu.
Rusijos saulės burei nepasisekė – 83-ią skrydžio sekundę įvyko gedimas pirmojoje Volnos pakopoje ir raketa nukrito į jūrą (toks pat likimas ištiko prototipą, kurį taip pat paleido Volna – 2001 m. parodyti galimybę panaudoti du „žiedlapius“) Tačiau projekto direktorius ir JAV planetų draugijos vykdomasis direktorius Louisas Friedmanas šios idėjos neketina atsisakyti: „Būna ir nesėkmių. Tačiau iškart po „Cosmos-1“ kritimo aš pradėjau gauti žinutes iš mokslininkų, inžinierių ir tiesiog entuziastų, ir visi vienbalsiai pasakė: „Pagaminkime dar vieną saulės burę ir paleiskime ją! Tai visiškai atitinka mūsų pačių planus. Žinoma, greičiausiai nešančiąją raketą teks keisti, o dabar svarstome du galimus variantus – „Sojuz-Fregat“ ir „Kosmos-3M“. Belieka rasti lėšų – visas projektas kainuos apie 4 mln. Tačiau šiuo metu pagal oficialią NPO svetainę, pavadintą. Lavočkino, naujos saulės burės projektas, deja, buvo įšaldytas.
„Saulės burės“ Cosmos-1 dizainas Erdvėlaivis su saulės bure (SASP), ant kurio išorėje sumontuoti specialiai sulankstyti burių žiedlapiai, yra nedidelis – maždaug 1 metro ilgio ir 100 kg svorio, tačiau tai netrukdo jame talpinti visas operacijai reikalingas sistemas. paties aparato ir burės. KASP konstrukcijos pagrindas – prietaisų platforma, ant kurios sumontuota greitinančioji varomoji sistema, 4 saulės baterijos, serviso įranga, foto ir televizijos kameros, antenos ir – svarbiausia – saulės burių blokas. Sulenkus kiekvienas iš 8 žiedlapių yra maža 30 cm x 20 cm x 20 cm pakuotė. Šios 8 pakuotės yra dviejose plokštumose – po 4 kiekvienoje. Žiedlapių išsiskleidimas vyksta dviem etapais: iš pradžių atsiskleidžia 4 vienoje plokštumoje gulintys žiedlapiai, o paskui 4 lapeliai guli kitoje. Kiekvienas žiedlapis, išsiplėtęs, yra lygiašonis trikampis, besiplečiantis nuo aparato išilginės ašies iki periferijos. Šie 8 žiedlapiai yra išdėstyti taip, kad išskleidus visus aštuonis, jie sudarytų beveik apskritimą, kurio skersmuo yra apie 30 m, o plotas - 600 kvadratinių metrų.
Saulės burės žiedlapiai pagaminti iš 5 mikronų storio polimerinės plėvelės, kurios viena pusė metalizuota (atsukta į Saulę). Išilgai dviejų ilgų kiekvieno žiedlapio kraštų yra pneumatinis rėmas, kuris yra 15 cm skersmens tuščiaviduris vamzdis, taip pat pagamintas iš polimerinės medžiagos, bet ne 5, o 20 mikronų storio. Rėmas būtinas norint organizuoti kiekvieno žiedlapio išskleidimo procesą (suspaustas azotas tiekiamas vamzdžio viduje, liepiant atidaryti burę, o palaipsniui išsiskleidžiantys vamzdeliai ištempia plonus žiedlapius) ir sukurti tvirtumą kiekvienai burės daliai. Kiekvienas žiedlapis turi galimybę tam tikru kampu suktis aplink tvirtinimo ašį. Saulės burės trauką užtikrina fotonai. Sugertos arba atsispindėjusios nuo saulės burės, jos perduoda savo impulsą (pirmuoju atveju – vieną, antruoju – dvigubą) erdvėlaiviui. Kosminę burę stumia lengvas, o ne saulės vėjas (skirtingai nei vėjo varomi burlaiviai). Saulės vėjas – tai plazmos srautas, santykinai lėtai (300–700 km/s) įkrautų dalelių, daugiausia protonų ir elektronų (yra helio branduolių ir net sunkesnių elementų jonų), surištų savo magnetinio lauko. Saulės vėjas kyla iš vainiko ir „pučia“ link Saulės sistemos ribų. Sąveikaudamas su Žemės magnetiniu lauku, jis sukelia šiaurės pašvaistę, o su kometomis – jų plazmos arba jonų uodegų susidarymą. Nors saulės vėjo dėl itin retumo (slėgis apie tūkstantį kartų mažesnis už šviesą) negalima „pajungti“ į erdvėlaivių bures, įdomu, kad būtent jis pasiūlė tokį judėjimo erdvėje būdą: XVII amžiuje Johannesas Kepleris, stebėdamas kometų uodegas, pasiūlė, kad burlaiviai galėtų judėti danguje. |
Saulės burė – tai dizainas, skirtas pakeisti įprastinius raketų variklius mūsų kelyje į tolimas žvaigždes.
Žmonija jau seniai naudojasi burių galimybe perkelti objektus per vandenį ar žemę, naudodama vėjo energiją. Kad ir kaip keistai tai skambėtų, bet kosmoso tyrinėjimų eroje mes vėl grįžome prie šio patikrinto įrankio. Šį kartą vietoj audinio naudojamas ploniausias veidrodinis paviršius, o vėjo vaidmenį atlieka saulės šviesos varomoji jėga.
Šio dizaino naudojimo pranašumas yra galimybė skristi be laiko apribojimų. Bet koks erdvėlaiviams naudojamas kuras ilgainiui baigsis, o saulės šviesos kvantai, siunčiantys impulsus į kūnų paviršių, nesibaigs kelis milijardus metų.
Kaip tai veikia?
Idėją sukurti erdvėlaivį naudojant saulės burę sukūrė sovietų mokslininkas, stovėjęs ties raketų mokslo ištakomis, Friedrichas Zanderis. 1924 m. parašė straipsnį „Skrydžiai į kitas planetas“, kuriame pateikė burės konstrukcijos schemą ir jos veikimo principus. Zanderis savo teoriją grindė P. N. Lebedevo eksperimentais, kurie patvirtino lengvo slėgio egzistavimą. Teorinį šio reiškinio pagrindą J. Maxwellas pagrindė 1873 m., tačiau tuo metu daugelis mokslininkų jį vertino skeptiškai. Tokį impulsą sukurianti dalelė yra fotonas. Jis turi elektromagnetinės bangos ir dalelių savybes, neturi krūvio ir yra šviesos kvantas. Fotonų srautas apšviestam paviršiui daro tam tikrą slėgį. Norint naudoti erdvėlaivyje, reikalinga maždaug kelių kvadratinių kilometrų burė.
Saulės šviesos (fotonų) srauto sukuriamas slėgis privers prietaisą atitolti nuo Saulės, nenaudojant raketų kuro. Analogiškai su jūros burėmis, vyksta manevravimas erdvėje. Keičiant konstrukcijos kampą, galima reguliuoti skrydžio kryptį. Burės naudojimo trūkumas yra galimybės judėti link Saulės trūkumas. Esant dideliam atstumui nuo mūsų žvaigždės fotonų srautas silpnėja proporcingai atstumo kvadratui, o ties sistemos riba jo stiprumas nukrenta iki 0. Todėl norint užtikrinti stabilų šviesos srautą ir pradinį burės pagreitį , reikalingi galingi lazeriniai įrenginiai. Šiandien buvo sukurtos dviejų tipų konstrukcijos: pagreitintos elektromagnetinėmis bangomis ir fotonų impulsais.
Iš ko pagaminta burė?
Tarpplanetiniams skrydžiams svarbus aspektas yra laivo svoris ir raketų kuro kiekis. Naudojant saulės burę kaip pakaitinį variklį, ši apkrova žymiai sumažės. Medžiaga jo gamybai turi būti lengva ir patvari bei turėti didelį atspindį. Pridėjus metalinių briaunų, padidėja naudojimo saugumas, nes drobė yra veikiama meteorito smūgių.
Kompozitinės pluoštinės medžiagos paviršiaus tankis neviršija 1 g/m3, o storis – keli mikronai. Iš esamų variantų perspektyviausios yra Kapton ir Mylar – ploniausios polimerinės plėvelės, padengtos aliuminiu. Naujų nanotechnologijų kūrimas atveria nuostabias saulės burių gamybos perspektyvas, jas galima padaryti perforuotas ir praktiškai besvores, o tai reiškia didesnį efektyvumą.
Pirmieji bandymai
Vykdant Rusijos projektą „Znamya-2“, sukurtą eksperimentuoti su atšvaitais, saulės burė pirmą kartą buvo dislokuota 1993 m. Iš plonos plėvelės su atspindinčia danga pagamintos konstrukcijos dydis buvo 20 metrų. Japonijos mokslininkai sukūrė saulės burės modelį, sudarytą iš keturių žiedlapių, panaudota itin plona 7,5 mikronų poliamido plėvelė. Konstrukcija buvo įdiegta palydove IKAROS, kurį nešėja į orbitą iškėlė 2010 m. gegužės 21 d. Saulės burės bandymai prasidėjo nuo jos išskleidimo, 200 kvadratinių metrų drobės. m buvo sėkmingai ištiesintas. Taip pat buvo atliktas antrasis misijos etapas, kurį sudarė greičio ir krypties valdymas.
Su JAV planetų draugijos NPO parama. Lavochkina sukūrė ir sukūrė saulės burės dizainą, susidedantį iš 8 žiedlapių. Jo paviršius buvo padengtas aliuminio sluoksniu, o tvirtumą užtikrino armatūra. Įrenginys buvo paleistas raketa „Volna“, kuri dėl techninio gedimo nukrito į jūrą. Tolesni projekto darbai kol kas sustabdyti.
Saulės burės naudojimo perspektyvos
2014 metais NASA į kosmosą paleido savo saulės burę, pagamintą iš karščiui atsparaus plastiko Kapton, galinčio atlaikyti temperatūros svyravimus nuo +400 iki -273 laipsnių Celsijaus. Šią medžiagą sukūrė chemijos įmonė „DuPont“. Rekordinis projektas, didžiausias iš visų iki šiol sukurtų, yra 1200 m2 ploto. Jie jį vadino Sunjammeriu. Jis turi išsiaiškinti praktinį saulės burės panaudojimo tarpplanetiniams skrydžiams efektyvumą. Manoma, kad atstumas nuo Žemės dėl fotonų srauto bus 3 milijonai km. Saulės vėjo stumiamas prietaisas juda link pirmojo Lagranžo taško.
Artimiausiuose mokslininkų planuose yra mūsų žvaigždės veiklą stebinčių erdvėlaivių aprūpinimas saulės burėmis. Jie galės laiku perspėti žemiečius apie Saulėje kylančius žybsnius ir kataklizmus. Rusijoje sukurtas konsorciumas „Space Regatta“, planavęs dalyvauti JAV Kongreso konkurse paleisti į orbitą laivus su saulės burėmis, sėkmingai dirba saulės atšvaitų panaudojimo dujų gavybos zonoms apšviesti srityje.
„(fotonų srautas, būtent tuo naudojasi saulės burė) ir „saulės vėjas“ (elementariųjų dalelių ir jonų srautas, kuris turėtų būti naudojamas skraidant elektrine bure – kito tipo kosmine bure).
Saulės šviesos slėgis yra itin mažas (Žemės orbitoje – apie 5·10 −6 N/m 2) ir mažėja proporcingai atstumo nuo Saulės kvadratui. Tačiau saulės burei visiškai nereikia raketinio kuro, ji gali veikti beveik neribotą laiką, todėl kai kuriais atvejais jos naudojimas gali būti patrauklus. Saulės burės efektas buvo kelis kartus panaudotas atliekant nedideles korekcijas erdvėlaivių orbitoje, kaip burė buvo panaudotos saulės baterijos arba termoreguliacijos sistemos radiatoriai. Tačiau iki šiol joks erdvėlaivis nenaudojo saulės burės kaip pagrindinio variklio.
Saulės burė žvaigždėlaivių projektuose
Saulės burė šiandien yra pati perspektyviausia ir tikroviškiausia žvaigždėlaivio versija.
Saulės burlaivio pranašumas yra tai, kad laive nėra kuro, o tai padidins naudingąją apkrovą, palyginti su reaktyviniu erdvėlaiviu.
Saulės burlaivio trūkumas yra tai, kad už Saulės sistemos ribų saulės šviesos slėgis priartės prie nulio. Todėl yra projektas, kaip pagreitinti saulės burlaivį naudojant lazerines sistemas iš kokio nors asteroido. Šis projektas kelia tikslią lazerių nukreipimo į itin didelius atstumus ir tinkamos galios lazerinių generatorių kūrimo problemą.
Jau dabar galima pastatyti tarpžvaigždinį zondą naudojant saulės vėjo slėgį.
Yra 2 saulės burlaivių variantai: dėl elektromagnetinių bangų slėgio ir dėl dalelių srauto.
Kosminė regata
20 metrų skersmens saulės burė, sukurta NASA
Saulės burės storis
1989 m. JAV Kongreso jubiliejinė komisija paskelbė konkursą Amerikos atradimo 500-osioms metinėms. Jo idėja buvo paleisti į orbitą keletą saulės burlaivių, sukurtų skirtingose šalyse, ir surengti lenktynes su burėmis į Marsą. Visą maršrutą planuota įveikti per 500 dienų. Paraiškas dalyvauti konkurse pateikė JAV, Kanada, Didžioji Britanija, Italija, Kinija, Japonija ir Sovietų Sąjunga. Paleidimas turėjo įvykti 1992 m.
Pretendentai dalyvauti beveik iš karto pradėjo mažėti, susidūrę su daugybe techninių ir ekonominių problemų. Tačiau Sovietų Sąjungos žlugimas nenutraukė vidaus projekto, kuris, pasak kūrėjų, turėjo visas galimybes laimėti. Bet regata buvo atšaukta dėl jubiliejinės komisijos finansinių sunkumų (o galbūt dėl daugybės priežasčių). Didysis pasirodymas neįvyko. Tačiau NPO Energia ir DKBA kartu sukūrė Rusijoje pagamintą saulės burę (vienintelę iš visų), kuri gavo pirmąjį konkurso prizą.
Erdvėlaivis naudojant saulės burę
Erdvėlaivio stabilizavimo schema
Sovietų mokslininkai išrado erdvėlaivio radiacinės-gravitacinės stabilizavimo schemą, pagrįstą saulės burės naudojimu.
Pirmasis saulės burės dislokavimas
Pirmasis saulės burės dislokavimas kosmose buvo atliktas Rusijos erdvėlaivyje „Progress“ 1993 m. vasario 4 d., įgyvendinant projektą „Banner“.
Taip pat žr
- Kosminė burė
- Magnetinė burė
Pastabos
Nuorodos
- Konsorciumas "Space Regatta" - Projektai - Saulės burės ir atšvaitai
Literatūra
- Eliasbergas P.E. Dirbtinių Žemės palydovų skrydžio teorijos įvadas. - M., 1965 m.
Wikimedia fondas.
2010 m.
Pažiūrėkite, kas yra „Saulės burė“ kituose žodynuose: Įrenginys (pavyzdžiui, metalizuotos burių plėvelės pavidalu), skirtas erdvėlaiviui varyti naudojant saulės spinduliuotės slėgį. Jis buvo naudojamas kaip automatinės tarpplanetinės orientacijos ir stabilizavimo sistemos vykdomasis elementas.
Didysis enciklopedinis žodynas Įrenginys (pavyzdžiui, metalizuotos burių plėvelės pavidalu), skirtas erdvėlaiviui varyti naudojant saulės spinduliuotės slėgį. Jis buvo naudojamas kaip automatinės tarpplanetinės orientacijos ir stabilizavimo sistemos vykdomasis elementas.
Saulės burė- (markizės) buvo naudojama vasarą amfiteatre, siekiant apsaugoti nuo saulės per ilgas valandas trunkančius pasirodymus. Užrašai ant sienų Pompėjoje, skelbiantys tokias idėjas, buvo pateikti su specialia pastaba: vela erunt prieinama S. p. Archeologai atrado ... Antikos žodynas
saulės burė- Light Sailor Light (saulės) burė Erdvėlaivio varomoji sistema, kuri gauna impulsą šviesos, krintančios ant plonos metalinės plėvelės, slėgio... Aiškinamasis anglų-rusų nanotechnologijų žodynas. – M.
Vienas iš galimų erdvėlaivio varymo įrenginių; yra nepermatoma didelio ploto plėvelė (pavyzdžiui, metalizuotas polimeras), sumontuota erdvėlaivyje ir naudojama skrydžio metu, galinti palaikyti ryšį... ... Didžioji sovietinė enciklopedija
Saulės burė- markizės, naudoti vasarą amfiteatre, siekiant apsaugoti nuo saulės daug valandų. pateikta Užrašai ant sienų Pompėjoje, skelbiantys. apie tokius vaizdus buvo pateikta speciali pastaba: yra S. p. Archeologai aptiko. specialistas. įtempimo konstrukcijos... Senovės pasaulis. Enciklopedinis žodynas
saulės burė- Įtaisas, pavyzdžiui, metalizuotos didelio ploto plėvelės pavidalo, naudojamas objektui (kūnui) perkelti erdvėje veikiant šviesos slėgiui iš saulės spindulių. Šiuolaikinėje astronautikoje tai kol kas vienintelis nereaktyvinis variklis. E... Aiškinamasis ufologinis žodynas su atitikmenimis anglų ir vokiečių kalbomis
Cosmos 1 Cosmos 1 Cosmos 1 (kompiuterinis modelis) Gamintojas ... Wikipedia
Šis terminas turi ir kitų reikšmių, žr. Burė (reikšmės). Burlaivis Burė yra prie transporto priemonės pritvirtintas audinys arba plokštė, kuri vėjo energiją paverčia judėjimu pirmyn ... Wikipedia
Erdvėlaivio variklio forma, kuri kaip traukos šaltinį naudoja saulės vėjo jonų impulsus. 2006 m. sugalvojo Suomijos meteorologijos instituto gydytojas Pekka Janhunen, ES valdžios institucijos rodo didesnį susidomėjimą... Wikipedia
Knygos
- Saulės burė. Mokslinė fantastika ar kosminių kelionių realybė? Su priedais. Saulės burių judėjimas netoli saulės regionuose. Rusų ir anglų kalbų šiuolaikinės terminijos vadovas, E. N. Polyakhova, V. V. Koblik. Šioje knygoje atsispindi pagrindiniai šiuolaikinės kosminės navigacijos teorijos dinaminiai principai, tai yra skrydis erdvėje po saulės bure, judančia veikiant šviesos slėgiui iš saulės...
Tiriamasis darbas
Apie temą
"Saulės burė"
Užbaigta:
Švetsas Nikolajus Igorevičius
10 klasės mokinys
MBOU "Vidurinė mokykla Nr. 25"
G. Tulūnas
Mokslinis vadovas:
fizikos mokytojas
Tatarnikova Nadežda Michailovna
TURINYS
Įvadas………………………………………………………………………………….3
Saulės burė………………………………………………………………………………3
Saulės burės taikymo sritis…………………………………………………………………………………………………..4
Bendros įmonės projektavimas…………………………………………………………………………………………………….6
Reikalingas pagreičio laiko skaičiavimas
pabėgti iš žemės gravitacijos sferos…………………………………………………………………………………………………. 8
MOB (interorbitinis vilkikas), naudojant SP…………………………………………………………………………………………………..9
Išvada……………………………………………………………………………………12
Literatūros sąrašas…………………………………………………………………………13
ĮVADAS
Šio darbo aktualumas yra tas, kad plačioji visuomenė mažai žino apie saulės burę, ši tema keliama labai retai, o jos labai nebanalumas, jau nekalbant apie konkrečią informaciją, yra įdomus.
Tyrimo tikslas – nustatyti SP panaudojimo efektyvumą mokslo ir technologijų srityse, taip pat palyginti SP efektyvumą su tradicinių erdvėlaivių efektyvumu, įrodyti, kad lyginamas erdvėlaivio po saulės bure pranašumas. erdvėlaiviui su raketiniu varikliu yra didesnis jo efektyvumas. Norint pasiekti šį tikslą, buvo nustatyti šie tyrimo tikslai:
1. Apsvarstykite klausimus, susijusius su SP naudojimu ir dabartine darbo padėtimi šioje srityje.
2. Apskaičiuokite skrydžio į Marsą laiką erdvėlaiviu su SP
3. Apsvarstykite bendros įmonės, pagrįstos pneumatiniais rėmais, projektą.
4. Susipažinkite su erdvėlaivio pagreičio laiko skaičiavimais po saulės bure nuo žiedinės orbitos iki antrojo pabėgimo greičio.
5. Pasiūlyti MOB pagreitinimo po saulės bure schemą naudojant pagalbinius orbitinius erdvėlaivius.
SAULĖS BURĖ
Saulės burės (SS) idėja, naudojanti saulės šviesos slėgį kaip varomąją jėgą, nėra nauja. Pirmą kartą jis atsirado praėjusio amžiaus 20-ajame dešimtmetyje ir dešimtmečius buvo svarstomas įvairių aviacijos ir kosmoso organizacijų. Mūsų tautietis F.A.Zanderis, žinomas daugybe darbų astronautikos srityje, pasiūlė į orbitą pastatyti veidrodžius (atšvaitus), kurie perduoda saulės šviesos energiją į Žemės paviršių, kad būtų galima tiesiogiai naudoti. Tolesni kosmoso tyrinėjimai ir tarpplanetiniai skrydžiai verčia dizainerius ieškoti iš esmės naujų sprendimų konstruojant erdvėlaivius. Vienas tarpplanetinio erdvėlaivio variantų yra saulės burė. Saulės burės pranašumas lyginant su lazerine bure yra tas, kad saulės burė nepriklauso nuo šviesos šaltinio, o trūkumas – saulės šviesa yra silpnesnė už lazerio šviesą. SP nenaudoja degalų įsibėgėjimui; erdvėje bures užpildo ne vėjas, o saulės šviesos dalelių – fotonų slėgis. Tai verčia
burlaivis nuolat greitėja (arba lėtina). Erdvėlaivis su saulės bure įsibėgės labai lėtai, tačiau laikui bėgant galės pasiekti neregėtą greitį. Fotonų slėgis pakankamai didelis, kad erdvėlaivis galėtų keliauti tarp planetų – nuo Merkurijaus iki Jupiterio; norint įveikti dar didesnius atstumus, į burę galima nukreipti lazerio spindulį, vėlgi maitinamą saulės energija. SP technologijos pritaikymo aspektai yra gana platūs: nuo palydovų nejudėjimo geostacionarioje orbitoje iki tolimųjų atstumų, gabenančių krovinius tarp planetų, asteroidų ir kometų. Skrisdami arti Saulės, ateities burlaiviai galės įsibėgėti iki milžiniško greičio, o tai leis jiems priartėti prie bet kurio Saulės sistemos objekto arba, kaip minėta aukščiau, nuskristi į žvaigždes. Bendros įmonės nauda milžiniška: studijos „Cosmos“ ataskaitoje teigiama, kad burlaivis teoriškai gali skristi 10 kartų greičiau nei Wouadeg-1 ir -2 stotys, pasiekusios trečiąjį pabėgimo greitį.
SAULĖS BURĖS TAIKYMO SRITIS
Saulės burių ir saulės burlaivių pritaikymas yra platus. Jie gali būti naudojami:
- geomagnetinių audrų aptikimas,
- mūsų saulės sistemos tyrinėjimas,
- perduoti energiją, televizijos ir radijo ryšius,
- tam tikrų Žemės sričių apšvietimas,
- patalpų valymas nuo technologinių „šiukšlių“,
- tarpplanetiniai skrydžiai po saulės bure,
- didelių antenų kūrimas kosmose mineralų žvalgymui ir kitoms naudingoms užduotims atlikti.
Saulės burė ir saulės burlaivis yra progresyvi Rusijos ir pasaulio kosmonautikos kryptis. Jis gali būti naudojamas plazminių audrų aptikimo sistemose. Yra žinoma, kad geomagnetinės audros gali sukelti erdvėlaivių praradimą, GPS (globalios padėties nustatymo sistemos) signalų gedimus ir net antžeminių elektros tinklų gedimus. Didelės energijos protonai gali būti net mirtini astronautams kosmose. Tiksliai tokius įvykius galima numatyti stebint saulės vėją. Tokie stebėjimai gali būti atliekami naudojant magnetometrus ir dalelių detektorius laive tarp Saulės ir Žemės. Tai galima padaryti naudojant saulės burlaivį. Be to, SP gali būti naudojamas tarpplanetiniams skrydžiams. Taigi, skrendant į Marsą, laivas pirmiausia nešančiosios raketos paleidžiamas į pradinę žemą Žemės orbitą maždaug 200 km aukštyje. Tada, naudojant bloką, jis perkeliamas į pradinę orbitą kelių tūkstančių kilometrų aukštyje.
Šių operacijų trukmė bus apie 48 valandas, po to burės išskleistos, o veikiamas saulės spindulių laivas pradeda greitėti spiraline trajektorija. Valdydami burės orientaciją, jie pasiekia orbitos transformaciją į elipsę su vis didėjančiu apogėjumi. Paskaičiuota, kad pagreičio iki Mėnulio trukmė tokiu atveju būtų apie 120 dienų. Paleidimo ir pagreičio laikai parenkami taip, kad burlaivis įplauktų į tam tikrą Mėnulio gravitacinio lauko sritį. Tai leis mums išspręsti kitą problemą – perkelti SPK į tarpplanetinio skrydžio į Marsą trajektoriją. Santykinė Žemės ir Marso padėtis šiame etape taip pat parenkama taip, kad pirmiausia būtų sumažintas heliocentrinės orbitos laikotarpis („stabdymas“), o po to padidintas orbitos afelis, kad pasiektų Marso orbitą („pagreitis“). “). Bendras laikas, reikalingas SPK pasiekti Marsą, bus apie 1,9 metų.
Šviesos slėgį Žemės orbitoje pažymėkime Po. Yra žinoma, kad šviesos slėgis keičiasi su atstumu pagal dėsnį: P ~ 1/R2. Raskime šviesos slėgį atstumo tarp Žemės ir Marso viduryje: P 1/2 = Po (Rз/0.5(Rз+Rм)) 1/2. Čia Rз yra Žemės orbitos spindulys = 1,5 * 10 11 m, Rм yra Marso orbitos spindulys = 2,28 * 10 11 m Paprastumo dėlei manysime, kad erdvėlaivio judėjimo iš Žemės į Marsas, Žemė ir Marsas yra toje pačioje tiesėje, nubrėžtoje nuo Saulės centro. Iš tikrųjų taip, žinoma, nėra. Darysime prielaidą, kad visame kelyje nuo Žemės iki Marso burę veikia pastovus šviesos slėgis, lygus P1/2. Tegul burės plotas lygus S. Tada burę (t.y. erdvėlaivį) veikianti jėga yra F = P1/2 S. Iš antrojo Niutono dėsnio randame pagreitį, su kuriuo masės erdvėlaivis M judės: a = F/M = P1/2 S/M. Naudodami gerai žinomą ryšį iš fizikos kurso (Mechanika) s = at2/2, kur s yra atstumas, nuvažiuotas per laiką t (mūsų atveju s = Rм – Rз), randame erdvėlaivio judėjimo iš Žemės laiką. į Marsą veikiant saulės šviesos slėgiui:
t = (2 (R m – R h)/ (P 1/2 S / M )) 1/2 = (2 (2,28*10 11 – 1,5*10 11)/0,0000045*10) 1/2 = 5887406s ~ 1,9 metų
BĮ STATYBA
Rotorinė saulės burė susideda iš aštuonių menčių. Kiekviena atidaryta yra membrana, ištempta ant pneumatinio 150 mm skersmens vamzdinio skerspjūvio rėmo, pagaminta iš 20 mikronų storio polietilenftalato plėvelės, kurios linijinis svoris 28 g/m2. Virš rėmo ištemptos membranos plotas yra 75 m2. Jis pagamintas iš polietiltetraftalato plėvelės, metalizuotos vienoje pusėje, 5 mikronų storio ir 7 g/m2 linijinio svorio. Metalizuotas membranos paviršius atsuktas į Saulę. Pneumatinis rėmas skirtas organizuoti saulės vėjo mentės išskleidimo procesą, išlaikant tam tikrą formą ir užtikrinant standumą perduodant jėgas ir momentus nuo saulės vėjo slėgio ant menčių. Pneumatinio rėmo standumą ir stabilumą užtikrina liekamasis darbinių dujų (azoto) slėgis pneumatinio rėmo viduje, kuris yra apie 7000 Pa. Ašmenys išsiskleidžia iš ritinio ir įgauna formą, kai įjungiami pirolockai.
Saulės burės paleidimo schema
kaip pavyzdį naudojant kosmosą -1
Įrenginys su SP kartu su viršutine varomoji sistema (RPU) ir apsauginiu korpusu yra paleidimo raketos galvos bloko (GB) dalis. KASP struktūrinis pagrindas – prietaisų platforma, ant kurios sumontuotas RDU su joje sumontuota atskyrimo sistema, apsauginiu korpusu, burių bloku, prietaisų ir aptarnavimo sistemomis. Prietaisų platforma montuojama ant paleidimo raketos adapterio (rėmo) ir sujungiama su pirolockais. Sandariame jo dugne yra RDU montavimo mazgai, 400 MHz antena, GPS antena, S juostos antenos, saulės jutikliai, dvi kameros, orientavimo ir stabilizavimo sistemos dujų purkštukai, fotoelektrinių keitiklių plokštės. Ant likusios laisvos dugno erdvės išorėje ir viduje dengiamos optinių savybių dangos, užtikrinančios reikiamas šilumines sąlygas. Platformos vidinėje pusėje yra DM ir S juostos radijo kompleksai, GPS imtuvas, borto kompiuteris, mikro pagreičio jutiklis, DUS blokas, baterija, du dujų balionai, imtuvas ir CO&S armatūra. Viršutiniame platformos flanše sumontuotas burių blokas - stovas, ant kurio yra burių mazgai su pavaromis, užpildymo sistema, tvirtinimo ir atkabinimo mechanizmai. Prieš įkišant į darbo orbitą, CASP uždengiamas apsauginiu radijo spinduliuotei permatomu korpusu. KASP masė prieš įjungiant apogėjaus variklį yra 130 kg, prieš išskleidžiant saulės burę - 63,7 kg.
PAGREITINIMO LAIKO, REIKALINGO IŠ ŽEMĖS GRAVITĖS SRITIES IŠLIEKTI, APSKAIČIAVIMAS
Kaip pavyzdį apsvarstykite erdvėlaivio, turinčio saulės burę, pagreitį iki parabolinio greičio, kai jis išvyksta iš geostacionarios orbitos. Tegu erdvėlaivio paleidimo masė lygi 2000 kg, erdvėlaivio plotas lygus 10 000 m2, o erdvėlaivio medžiagos tiesinė masė = 7 g/m2. Tada turime: mpar = S · SP = 10000 m2 · 7 g/m2 = 70000 g = 70 kg
Bendra jėga, veikianti bendrą įmonę, lygi F= S · p = 10000 · 10 -5 = 0,1 N; Nustatykime erdvėlaivio pagreitį F = m · a;
Raskime būdingą greitį, kurį erdvėlaivis turi išvystyti, kad išeitų iš Žemės gravitacijos sferos
Apskaičiuokime pagreičio laiką
MOB (tarporbitinis vilkikas) NAUDOJANT SP
MOB, naudojanti saulės burę, yra naujo tipo erdvėlaivis, kurio masė yra keli šimtai kilogramų ir kelių hektarų burės plotas, judantis veikiamas saulės spindulių, pagreitintas ir valdomas autonomiškai, nenaudojant variklio darbinio skysčio. Jo konstrukcijoje yra dvi žiedo formos berėmės plėvelinės burės, besisukančios skirtingomis kryptimis, išlaikančios savo formą veikiamos išcentrinių jėgų. Laivas valdomas ir orientuojamas naudojant giroskopines jėgas. Šiam erdvėlaiviui skristi kosmose nereikia didžiulio energijos kiekio. Mažos jėgos gali lėtai ir tolygiai pagreitinti transporto priemonę iki didžiulio greičio. Kadangi energija turi masę, saulės spinduliai, patekę į ploną plėvelę – saulės burę, suteikia tokią jėgą. Saulės gravitacija suteikia dar vieną jėgą. Lengvas slėgis ir gravitacija gali perkelti erdvėlaivius į bet kurią Saulės sistemos vietą. Metus įsibėgėjusi saulės burė gali pasiekti šimto kilometrų per sekundę greitį, todėl šiandienos raketos liko toli už nugaros. Dėl to, kad toks laivas negali paleisti iš Žemės, saulės burė turi būti pastatyta erdvėje. Nors rėmas ir užims didžiulį plotą, jis (kartu su medžiagomis) bus pakankamai lengvas, kad būtų iškeltas į orbitą per 1-2 kosminio erdvėlaivio skrydžius. Judant orbita aplink Žemę, burė gali pagreitinti erdvėlaivį tik vienoje apsisukimo pusėje (priešinis judėjimas Saulės atžvilgiu), burė turi būti išdėstyta pagal saulės spindulių kryptį; kad būtų išvengta stabdymo. Šio MOB ant saulės burės trūkumo galima išvengti, jei bus naudojami papildomi erdvėlaiviai, kurie surinks saulės šviesą ir nukreipia ją per siunčiančią anteną į MOB saulės burę. Naudojant kelis tokius pagalbinius, nuolat veikiančius erdvėlaivius, kurių priėmimo antenų plotas yra žymiai didesnis nei MOB, galima užtikrinti nuolatinį MOB pagreitį. Esant tokiai pačiai pradinių šviesos spindulių ir siunčiančios antenos sufokusuoto pluošto krypčiai, bendras impulsas, veikiantis pagalbinį erdvėlaivį, bus lygus nuliui. Jei spindulių kryptys nesutampa, tada, norint kompensuoti nesubalansuotą impulsą, pagalbiniuose erdvėlaiviuose reikia naudoti reaktyvinius variklius, pavyzdžiui, elektrinį variklį.
MOB skrydžio schema po saulės bure. 1- Pagalbinis erdvėlaivis. 2- Antenos saulės spinduliuotei priimti. 3 - Siuntimo antena. 4- MOB priėmimo antena. 5- MOB.
IŠVADA
Bendros įmonės idėja per beveik 100 gyvavimo metų patyrė tam tikrų pokyčių. Galimybė artimiausiu metu paleisti aukštųjų technologijų tarpžvaigždinį zondą saulės burėje didesniu nei 0,01 labai intriguoja. Zodo su saulės burėmis kaina yra daug dydžių mažesnė nei zondo su raketiniu varikliu.Teoriškai laivas su saulės bure gali pasiekti 100 000 km/s ar net didesnį greitį. Jei toks zondas būtų paleistas į kosmosą 2010 metais, tai (idealiomis sąlygomis) 2018 metais jis būtų pasivijęs Voyager 1, kuriam šiai kelionei būtų prireikę 41 metų. Šiuo metu „Voyager 1“ (paleistas 1977 m.) nuo mūsų yra nutolęs per 12 šviesos valandų ir yra toliausiai nuo Žemės esantis erdvėlaivis. Tai dar kartą įrodo, kad erdvėlaivis su SP yra daug efektyvesnis nei tradiciniai erdvėlaiviai.
Padaryti realiai veikiantį ir konkrečias užduotis sėkmingai atliekantį erdvėlaivį naudojant saulės burę – tai išspręsti daugybę techninių problemų, apgalvoti ir įgyvendinti naujus inžinerinius sprendimus ir idėjas. Ko gero, pati įdomiausia saulės energijos misija artimiausioje ateityje galėtų būti ta, kuri išskleis burę netoli Veneros ar net Merkurijaus orbitos, o paskui iškeliauja už Saulės sistemos ribų, kad per kelis dešimtmečius pasiektų heliopauzę. Šis įrenginys galės stebėti saulės sąveiką su galaktika vietoje. Tai nėra lengva užduotis, kaip ir bet kuris darbas, susijęs su erdvėlaivių kūrimu. Tačiau sėkmingi kosminių burlaivių bandymai rodo, kad jei į tai žiūrėsite rimtai, viskas susitvarkys.
