ソーラーセイルペイロード

ソーラーパネルがよりコンパクトで信頼性が高く、頑丈なものになったのを見て、私たちは潜在的に私たちの太陽系から物を牽引する折りたたみ可能な太陽帆を建てることができますか?私は、太陽帆の実現可能性と宇宙で効果的に簡単に「ジンバル」ができないことに取り組む多くの疑問を見てきました。これに加えて、ソーラーセイルは減速するのが難しいです。しかし、私は実際に太陽帆の実例を見たことがない、これを達成するには弱すぎるのか?

現在のソーラーセイル技術では、私たちの太陽系以外の探査機を「牽引」し、別のシステムに到達するとより良い制御を得るためにリリースすることが可能でしょうか?これが実行可能な場合、現在設計されているセイルが進行中の太陽帆搭載物を打ち上げる予定のミッションはどれか
s>?


編集:

A McKelvy has mentioned the solar sail mission “LightSail 2” as
described in the following link: http://www.planetary.org/blogs/jason-davis/2016/20160229-meet-lightsail-2.html

32メートルの帆のためにこの任務の最大可能なペイロードのためにそのチームによって行われた計算を誰かが持っていますか?それはこの質問のための良いtidビットです:)。

ベストアンサー

EDIT : I have added some more detail to my
answer in response to the OP’s comment.

あなたの最初の質問に答えるには:

はい、理論的には、ソーラーセイルを使用して宇宙船を太陽系からのエスケープ軌道上に置くことは可能です。これを達成するための鍵は、太陽の天底方向に対して斜めの角度で帆を置くのに十分な姿勢制御を有することである。これにより、半径方向外向きに必要な力成分を伴っていくらかのプログレードまたは逆行の力を加えることが可能になる。これを次の軌道上で同じ位置で行うと、軌道のサイズがゆっくりと増加することになります。コサイン係数がゼロになり、太陽圧力が最小になるように、「非推力」時間スパンの間、その表面が半径方向に垂直であるようにセイルの姿勢を変化させる必要がある。軌道がより偏心的になるにつれて、これに最も最適なプロセスがシフトしますが、軌道上の有用なデルタ-Vの源としては完全に実現可能です。

あなたの2番目の質問に答えるには:

このプロセスの理論上の質量制限はありません。十分に大きな帆、または十分に長いミッション時間では、どのような質量も、同じプロセスを様々な加速度で使用できます。現在設計されている帆は30-40平方メートルのオーダーであり、キューブ座を運ぶことを意図しているが、将来の帆の実装のためのテストベッドとしてのみ意図されている。私達は星間帆から数年離れています。

ソーラーセイルへの太陽放射圧による力は、次式で定義されます

$ F_ {net} = 2A_ {sail} frac {I_ {f}} {c} cos ^ 2(
alpha)$

ここで$ I_ {f}
$は入射放射照度、cは真空中の光の速度、Aはセイルの面積、αはセールノーマルが太陽放射状に作る角度です。地球の周りを周回する物体は太陽から約1
AUのところにあるため、太陽放射は1.361 kW/m ^
2です。簡単にするために、私はセールが最大の圧力と0度のアルファを意味する太陽に対して正方形であると仮定しています。これらの仮定を仮定すると、32平方メートルの帆に太陽が及ぼす力は約0.29mNです。これは非常に小さな力で、1ポンドの1/15000に相当します。利点は、特に軌道が高度に楕円形になると、長期間維持することができ、航空機が大量の燃料を運ぶ必要がないことです。最大有効ペイロードはほんの数キロのオーダーであると言うのは間違いありませんが、十分な忍耐力があれば常にパフォーマンスが低下した重いペイロードを置くことができます。力はエリアに直接比例するため、エリアを倍にするとペイロード容量が倍になります。

ソーラーセイルを開始するミッションがありますをご覧ください。
2015年には展開やシステムの問題で失敗しましたが、今年後半に2回目の試みが予定されています。この特定の使命は、3U立方体(レンガのサイズ程度)の32平方メートルの帆を使用しています。

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