RW Space

Все знают, что солнечная энергия здесь, на Земле, бесплатна и практически безгранична. То же самое верно и для космических кораблей, работающих во внутренней части Солнечной системы. Но в космосе Солнце может не только обеспечивать электрическую энергию; он также излучает бесконечный поток солнечного ветра.

Солнечные паруса могут использовать этот ветер и обеспечивать движение космических кораблей. НАСА собирается протестировать новую конструкцию солнечного паруса, которая может сделать солнечные паруса еще более эффективными.

Солнечное давление пронизывает всю Солнечную систему. С расстоянием оно ослабевает, но оно присутствует. Оно затрагивает все космические аппараты, включая спутники. Это существенно влияет на более продолжительные космические полеты.

Космический корабль, отправляющийся на Марс, может отклониться от курса на тысячи километров во время путешествия из-за солнечного давления. Давление также влияет на ориентацию космического корабля, и они предназначены для того, чтобы справляться с этим.

Хотя это и является помехой, солнечное давление можно использовать в своих интересах.

Несколько солнечных парусов космические корабли были запущены и испытаны, начиная с японского космического корабля Икарос в 2010 году. Икарос доказал, что радиационное давление Солнца в форме фотонов можно использовать для управления космическим кораблем.

Последним космическим кораблем с солнечным парусом является LightSail 2 Планетарного общества, запущенный в 2019 году. LightSail 2 был успешной миссией, продолжавшейся более трех лет.

Корабли с солнечным парусом имеют некоторые преимущества перед другими космическими кораблями. Их двигательные установки чрезвычайно легки и никогда не исчерпают топливо. Космический корабль с солнечным парусом может выполнять миссии дешевле, чем другие космические корабли, и может прослужить дольше, хотя у него есть ограничения.

Концепция солнечного паруса теперь доказала свою эффективность, но для того, чтобы технология была по-настоящему эффективной, необходимо развиваться. . Важнейшей частью космического корабля с солнечным парусом является его стрела. Гимы поддерживают материал паруса; чем они легче и прочнее, тем эффективнее будет космический корабль.

Хотя солнечные паруса намного легче других космических кораблей, вес стрел по-прежнему является помехой.

НАСА собирается представить новую конструкцию солнечного паруса с улучшенной опорной структурой. Названная усовершенствованной композитной солнечной парусной системой (ACS3), она жестче и легче, чем предыдущие конструкции стрел. Он сделан из углеродного волокна и гибких полимеров.

Хотя солнечные паруса имеют множество преимуществ, у них есть и существенный недостаток. Они выпускаются в виде небольших пакетов, которые необходимо развернуть, прежде чем они начнут работать. Эта операция может быть сопряжена с трудностями и вызывает стресс у бедных наземных бригад, которым приходится ждать и наблюдать, пройдет ли она успешно.

ACS3 будет запущен с двенадцатиблочным (12U) CubeSat, построенным NanoAvionics. Основная цель — продемонстрировать развертывание стрелы, но команда ACS3 также надеется, что миссия докажет, что их космический корабль с солнечным парусом работает.

Чтобы изменить направление, космический корабль поворачивает свои паруса под углом. Если развертывание стрелы окажется успешным, команда ACS3 надеется выполнить некоторые маневры с космическим кораблем, наклонив паруса и изменив орбиту космического корабля. Цель состоит в том, чтобы построить паруса большего размера, способные создавать большую тягу.

Конструкция стрелы ACS3 создана для решения проблем со стрелами: они либо тяжелые и тонкие, либо легкие и громоздкие.

«Стрелы, как правило, бывают либо тяжелыми и металлическими, либо изготовленными из легких материалов. Композитный материал с громоздкой конструкцией — ни один из них не подходит для современных небольших космических кораблей», — сказал Китс Уилки из НАСА. Уилк — главный исследователь ACS3 в Исследовательском центре Лэнгли.

«Солнечным парусам нужны очень большие, устойчивые и легкие гики, которые можно компактно сложить. Гики этого паруса имеют трубчатую форму, их можно сплющить и свернуть. как рулетка в небольшой упаковке, предлагая при этом все преимущества композитных материалов, например меньший изгиб и изгиб при изменении температуры.»

ACS3 будет запущен на ракете Electron со стартового комплекса Rocket Lab в Новой Зеландии. Он направится на солнечно-синхронную орбиту на высоте 1000 км (600 миль) над Землей.

Как только он прибудет, космический корабль развернет стрелы и развернет парус. Развертывание паруса займет около 25 минут, площадь сбора фотонов составит 80 квадратных метров или около 860 квадратных футов. Это намного больше, чем у LightSail 2, площадь парусов которого составляла 32 квадратных метра или около 340 квадратных футов.

По мере развертывания камеры космического корабля будут наблюдать и контролировать форму и симметрию. Данные маневров будут использоваться в будущих проектах парусов.

«Семь метров развертываемых стрел могут свернуться в форму, которая умещается в вашей руке», — сказал Алан Роудс, ведущий системный инженер миссии в НАСА. Исследовательский центр Эймса. «Мы надеемся, что новые технологии, проверенные на этом космическом корабле, вдохновят других использовать их способами, о которых мы даже не думали».

ACS3 является частью программы НАСА по технологиям малых космических аппаратов. Программа направлена ​​на быстрое развертывание небольших миссий, которые быстро продемонстрируют уникальные возможности.

Благодаря уникальным гикам из композитных материалов и углеродного волокна система ACS3 может поддерживать паруса площадью до 2000 квадратных метров, или около 21 500 квадратных футов. Это примерно половина площади футбольного поля. (Или, как ошибочно называют это место наши британские друзья, футбольное поле.)

Благодаря большим парусам типы миссий, которые они могут выполнять, меняются. Хотя солнечные паруса до сих пор были небольшими демонстрационными моделями, система потенциально может стать источником энергии для некоторых серьезных научных миссий.

«Солнце будет продолжать гореть миллиарды лет, поэтому у нас есть безграничный источник движения. запуская массивные топливные баки для будущих миссий, мы можем запускать более крупные паруса, которые используют уже имеющееся «топливо», — сказал Роудс.

«Мы продемонстрируем систему, которая использует этот обильный ресурс, чтобы предпринять следующие гигантские шаги в исследования и наука.»

Корабль с солнечным парусом не обладает мгновенной тягой, которую имеют химические или электрические двигательные установки. Но тяга постоянна и никогда не ослабевает.

Они могут делать то, что другим космическим кораблям трудно сделать, например, занимать уникальные позиции, позволяющие им изучать Солнце. Они могут служить системами раннего предупреждения о корональных выбросах массы и солнечных бурях, которые представляют опасность.

Новые композитные стрелы имеют и другие применения. Поскольку они такие легкие, прочные и компактные, они могут служить структурной основой для лунных и марсианских сред обитания.

Их также можно использовать для поддержки других структур, например систем связи. Если система работает, кто знает, каким еще приложениям она может служить?

«>

«Демонстрация возможностей солнечных парусов и легких композитных бонов – это следующий шаг в использовании этой технологии для вдохновения на будущие миссии».

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите оригинал статьи.