Las velas solares (también llamado luz del navega o las velas del fotón del, especialmente cuando utilizan fuentes ligeras con excepción Sun ) son una forma propuesta de la propulsión de la nave espacial usar los espejos grandes de la membrana que la presión de radiación del es pequeña y que disminuye por el cuadrado de la distancia de la fuente de luz (e. sol), pero desemejante de los cohetes, las velas solares no requieren ninguna masa de la reacción. Aunque el empuje sea pequeño, continúa mientras la fuente de luz brille y se despliega la vela. En teoría un lightsail accionado por un laser Tierra-basado se puede incluso utilizar para decelerar la nave espacial mientras que se acerca a su destinación.

Los colectores solares, los paneles del temperature-control y las cortinas del sol se utilizan de vez en cuando como velas solares convenientes, para ayudar a la nave espacial y a los satélites ordinarios para hacer correcciones de menor importancia a su actitud y a la órbita sin usar el combustible. Esto conserva el combustible que sería utilizado de otra manera para maniobrar y el control de actitud. Algunos incluso han tenido pequeñas velas solares especialmente diseñadas para este uso. Por ejemplo, el EADS Astrium construyó los paneles solares de la vela de Eurostar E3000 de comunicaciones del uso geoestacionario de los satélites atados a sus órdenes de la célula solar para sacar datos el ímpetu angular transversal, de tal modo ahorrando el combustible (el ímpetu angular se acumula en un cierto plazo mientras que el ímpetu giroscópico rueda control la actitud de la nave espacial - este exceso de ímpetu se debe sacar datos para proteger las ruedas contra overspin). Un poco de nave espacial acobardada (tal como marino 10 ) ha ampliado substancialmente sus vidas de servicio con esta práctica.

La ciencia de velas solares bien-se prueba, pero la tecnología para manejar las velas solares grandes es todavía subdesarrollada. Los planificadores de la misión todavía no están queriendo arriesgar misiones multimillonarias del dólar en las direcciones solares sin probar del despliegue y de la vela. Esta negligencia ha inspirado a algunos entusiastas que intenten el desarrollo privado de la tecnología, tal como el cosmos 1 .

El concepto primero fue propuesto por el alemán Johannes Kepler del astrónomo en el siglo XVII. Fue propuesto otra vez por el Friedrich Zander en los últimos años 20 y refinado gradualmente durante las décadas. El interés serio reciente en lightsails comenzó con un artículo por el Roberto L. delantero del ingeniero y del autor de la ciencia ficción en 1984.

Cómo trabajan

La nave espacial despliega un espejo grande de la membrana que refleje la luz del Sun o de una cierta otra fuente. La presión de radiación sobre el espejo proporciona una cantidad minúscula de empuje reflejando los fotones. La inclinación de la vela reflexiva en ángulo del Sun produce normal del empuje en ángulo a la vela. En la mayoría de los diseños, la dirección sería hecha con las paletas auxiliares, actuando como pequeñas velas solares para cambiar la actitud de la vela solar grande (véase las paletas en la ilustración etiquetada el cosmos del 1, abajo). Las paletas serían ajustadas por los motores eléctricos.

En teoría un lightsail conducido por el laser o la otra viga de la tierra se puede utilizar para decelerar una nave espacial que se acerca a una estrella o a un planeta distante, separando la pieza de la vela y usándola para centrarse la viga en la superficie hacia adelante del resto de la vela.

Las velas se mueven en órbita alrededor, y por lo tanto no necesitan asomar o moverse directo hacia o lejos del sol. Casi todas las misiones utilizarían la vela para cambiar órbita, algo que empujando directo lejos de un planeta o del sol. La vela se gira lentamente mientras que las órbitas de la vela alrededor de un planeta así que del empuje están en la dirección del movimiento orbital a moverse a una órbita más alta o contra ella a moverse a una órbita más baja. Cuando una órbita está suficientemente lejos lejos de un planeta, la vela después comienza maniobras similares en órbita alrededor del sol.

La mejor clase de misiones para una vela solar implica una zambullida cerca del sol, donde está intensa la luz, y las eficacias de la vela son altas. Por esta razón, la mayoría de las velas se diseñan para tolerar temperaturas mucho más altas que uno pudo esperar. El ir cerca del Sun se puede hacer para diversas punterías de la misión: para explorar los postes solares de una distancia corta, para observar el Sun y su ambiente cercano de una órbita circular nonKeplerian el plano cuyo puede ser cambiado de puesto algunos radios solares, para vuelo-por el Sun tales que la vela consigue un muy de alta velocidad. Una característica insospechada, hasta que la primera mitad de los años noventa, de la propulsión solar de la vela sea permitir que un sailcraft escape la Sistema Solar con una velocidad de la travesía más arriba o aún mucho más arriba que una nave espacial accionada por un sistema nuclear del cohete eléctrico. La masa de la nave espacial para navegar cociente del área no necesita alcanzar valores ultrabajos, aunque la vela debe ser una vela toda de metal avanzada. Este modo del vuelo también se conoce como la navegación solar rápida. Probado matemáticamente (como muchos otros artículos astronáuticos mucho antes de sus lanzamientos reales), tal modo de la navegación ha sido considerado por NASA/Marshall como una de las opciones para una punta de prueba interestelar del precursor futuro (NASA/CR 2002-211730, el capítulo IV) que explora el espacio interestelar cercano más allá del heliosphere.

Los estudios más teóricos de misiones interestelares con un plan solar de la vela para empujar la vela con un laser muy grande Viga-accionaron la viga directa del impulso de la propulsión. El vector (espacial) del vector del empuje por lo tanto estaría lejos del Sun y hacia la blanco.

Limitaciones de velas solares

Las velas solares no funcionan bien, si en absoluto, en órbita de tierra baja debajo de la altitud de los cerca de 800km debido a la erosión o a la fricción del aire. Sobre esa altitud dan las aceleraciones muy pequeñas que tardan meses para aumentar hasta velocidades útiles. Las velas solares tienen que ser físicamente grandes, y el tamaño de la carga útil es a menudo pequeño. Desplegar las velas solares también está desafiando alto hasta la fecha.

Las velas solares deben hacer frente al sol para decelerar. Por lo tanto, en aways de los viajes del sol, deben arreglar colocar detrás del planeta externo, y deceleran en la luz del sol.

Algunas autoridades han demandado que las velas solares no pueden ir hacia su fuente de luz. Particularmente, las velas pueden ir hacia el sol empujando contra su movimiento orbital. Esto reduce la energía de su órbita, torciendo en espiral la vela hacia el sol.

Diseños investigados de la vela

" Parachutes" tendría masa muy baja, pero los estudios teóricos demuestran que se derrumbarán de las fuerzas puestas por las cubiertas. La presión de radiación no se comporta como la presión aerodinámica.

Los diseños más altos de la empujar-a-masa sabidos (2007) eran diseños teóricos desarrollados por el Eric Drexler . Él diseñó una vela usar los paneles reflexivos de la película de aluminio fina (30 100 al Nanometres densamente) apoyada por puramente una estructura extensible . Giró y tendría que estar continuamente bajo empuje leve. Él hizo y manejó las muestras de la película en el laboratorio, pero el material es demasiado delicado sobrevivir doblar, el lanzamiento, y el despliegue, por lo tanto el diseño confió en la producción espacial de los paneles de la película, ensamblándolos a una estructura desplegable de la tensión. Las velas en esta clase ofrecerían a aceleraciones una orden de la magnitud más arriba que los diseños basados en las películas plásticas desplegables.

Alto-empujar para formar los diseños para las estructuras desplegables tierra-montadas son velas cuadradas con los mástiles y líneas del individuo en el lado oscuro de la vela. Generalmente hay cuatro mástiles que separan las esquinas de la vela, y un mástil en el centro para sostener los alambres de guía. Una de las ventajas más grandes es que no hay puntos calientes en el aparejo de arrugar o del empaquetamiento, y la vela protege la estructura contra el sol. Esta forma puede por lo tanto ir absolutamente cerca del sol, donde está presente el empuje del máximo. El control utilizaría probablemente las pequeñas velas en los extremos de los mástiles.

En el JPL de los años 70 hizo estudios extensos de la lámina giratoria y de las velas giratorias del anillo para una misión a la cita con el cometa de Halley. La intención era que tales estructuras serían atiesadas por su ímpetu angular, eliminando la necesidad de puntales, y ahorrando Massachusetts. En todos los casos, las granes cantidades de fuerza extensible eran asombrosamente necesarias hacer frente a las cargas dinámicas. Velas más débiles ondularían u oscilarían cuando la actitud de la vela cambió, y las oscilaciones agregarían y causarían falta estructural. La diferencia en el cociente de la empujar-a-masa casi era tan nada, y los diseños estáticos eran mucho más fáciles de controlar.

El diseño de la referencia de JPL fue llamado el " heliogyro" e hizo las láminas de la plástico-película desplegar de los rodillos y ser sostenido hacia fuera por las fuerzas centrípetas mientras que giró. La altitud y la dirección de la nave espacial debían ser controladas totalmente cambiando el ángulo de las láminas de varias maneras, similar al ciclo y a la echada colectiva de un helicóptero . Aunque el diseño no tuviera ninguna ventaja total sobre una vela cuadrada, seguía siendo atractivo porque el método de desplegar la vela era más simple que un diseño puntal-basado.

" también investigado de JPL; sails" del anillo; (Vela de giro del disco en el diagrama antedicho), los paneles atados al borde de una nave espacial giratoria. Los paneles tendrían boquetes leves, el cerca de un a cinco por ciento de la superficie total. Las líneas conectarían el borde de una vela con la otra. Los pesos en los middles de estas líneas tirarían de las velas tensas contra la formación en cono causada por la presión de radiación. Los investigadores de JPL dijeron que esto pudo ser un diseño atractivo de la vela para las estructuras servidas grandes. El anillo interno, particularmente, se pudo hacer para tener gravedad artificial áspero igual a la gravedad en la superficie de Marte.

Una vela solar puede servir una función dual como antena high-gain. Los diseños diferencian, pero modifican más el patrón de la metalización para crear una lente o un espejo monocromática olográfica en las radiofrecuencias del interés, incluyendo luz visible.

Progreso actual

La NASA ha probado con éxito tecnologías del despliegue en las velas de la pequeña escala en cámaras de vacío.

No se ha desplegado ningunas velas solares con éxito como sistemas de propulsión primarios, pero la investigación en el área está continuando. El el el 9 de agosto, el japonés ISAS 2004 desplegó con éxito dos velas solares del prototipo de un cohete de sondeo. Un tipo vela del trébol fue desplegado en 122 kilómetros de altitud y un tipo vela del ventilador fue desplegado en 169 kilómetros de altitud. Ambas velas utilizaron 7.5 la película gruesa del micrómetro .

Un proyecto privado común entre la sociedad planetaria, estudios y Academia de Ciencias rusa del cosmos puso en marcha el cosmos 1 el el 21 de junio, 2005, de un submarino en el mar de Barents, pero el cohete de Volna fallado, y la nave espacial no podida para alcanzar órbita. Una vela solar habría sido utilizada para levantar gradualmente la nave espacial a una órbita de tierra más alta. La misión tendría duró para un mes. Una prueba suborbital del prototipo del grupo falló en 2001 también, también debido a falta del cohete.

Una vela solar de 15 metro-diámetros (SSP, carga útil solar del submarino de la vela, soraseiru del sabupeiro-hacen ) fue lanzada junto con el ASTRO-F en un cohete del milivoltio el el 21 de febrero, 2006, y lo hizo para moverse en órbita alrededor. Desplegó de la etapa, pero se abrió incompleto.

Materiales de la vela

El material más conocido es probablemente un acoplamiento fino del aluminio con los agujeros menos que ½ la longitud de onda de la mayoría de la luz. Nanometre - " clasificado; antennas" emitiría energía térmica como infrarrojo. Aunque se hayan creado las muestras, es demasiado frágil revelar o desenrollarse con tecnología sabida.

El material más común de diseños actuales es 2 película aluminizada del Kapton del µm . Resiste el calor de un paso cerca del Sun y todavía sigue siendo razonablemente fuerte. La película reflectora de aluminio está en el lado de Sun. Las velas del cosmos del 1 fueron hechas de la película aluminizada del ANIMAL DOMÉSTICO.

La investigación del Dr. Geoffrey Landis en 1998-9, financiado por el instituto de la NASA para los conceptos avanzados, demostró que los varios materiales tales como alúmina para los lightsails del laser y fibra del carbón para los lightsails empujados microonda eran materiales superiores de la vela al aluminio o a las películas previamente estándar del Kapton.

En 2000, los laboratorios de ciencia de la energía desarrollaron un nuevo material de la fibra del carbón que pudo ser útil para las velas solares. El material está sobre 200 diseños solares que convencionales de la vela de las épocas más densamente, pero es tan poroso que tiene el mismo peso. La rigidez y la durabilidad de este material podrían hacer las velas solares que son perceptiblemente más robustas que las películas plásticas. El material podía uno mismo-desplegar y debe soportar temperaturas más altas.

Ha habido una cierta especulación teórica sobre usar técnicas moleculares de la fabricación para crear avanzado, fuerte, material de la vela de la hiperactivo-luz, basado en el acoplamiento de Nanotube teje, donde el " de la armadura; spaces" están menos que ½ la longitud de onda de la luz que afecta a la vela. Mientras que tales materiales como--todavía de solamente se han producido en condiciones del laboratorio, y los medios para fabricar tal material en una escala industrial no están todavía disponibles, tales materiales podrían pesar menos de 0.1 g/m ² que le hacían el alumbrador que cualquier material actual de la vela por un factor de por lo menos 30. Para la comparación, 5 el material grueso de la vela de Mylar del micrómetro pesa 7 g/m ², las películas aluminizadas del Kapton pesan hasta 12 g/m ², y material de la fibra del carbón de los laboratorios de ciencia de la energía el nuevo pesa adentro en los 3g/m ². El ímpetu generado por esta evaporación podía aumentar perceptiblemente el empuje generado en las velas solares, como forma de la propulsión ablativa del laser ligero.

Para centrarse más lejos la energía en una vela solar distante, los diseños han considerado el uso de una placa de zona grande . Esto sería colocada en una localización entre el laser o el MASER y la nave espacial. La placa se podía entonces propulsar hacia fuera usar la misma fuente de energía, así manteniendo su posición para centrarse la energía en la vela solar.

La nave espacial cabida con las velas solares se puede también colocar en las órbitas cercanas sobre el Sun que son inmóviles con respecto al Sun o a la tierra, un tipo de satélite llamado un Statite . Esto es posible porque la propulsión proporcionada por la vela compensa el potencial gravitacional del Sun. Tal órbita podía ser útil para estudiar las características del Sun sobre duraciones largas.

Tal nave espacial se podía concebible colocar directo sobre un poste del Sun, y permanece en esa estación para las duraciones muy largas. Asimismo una nave espacial vela-equipada solar podía también quedar orientada estación casi sobre el adaptador polar de un planeta tal como la tierra inclinando la vela al ángulo apropiado necesario apenas para contrariar la gravedad del planeta. Además, ha sido teorizada por el contribuidor T. Pesando del proyecto de Da Vinci que la nave espacial vela-que utilizaba solar acertada en recorrido interestelar se podría utilizar para llevar sus propias placas o quizás incluso MASER de zona que se desplegarán durante flybys en las estrellas próximas. Tal esfuerzo podía permitir que el arte solar-navegado futuro utilice con eficacia energía enfocada de otras estrellas algo que de la tierra o del Sun, así propulsándolos más rápidamente a través de espacio y quizás incluso a estrellas más distantes. Sin embargo, el potencial de tal teoría sigue siendo si no dudoso incierto debido a la precisión de alta velocidad implicada y a las cargas útiles posibles requeridas.

Visiones futuras

A pesar de la pérdida de cosmos del 1 (que era debido a una falta del lanzador), los científicos y los ingenieros en todo el mundo siguen animados y continúan trabajando en las velas solares. Mientras que la mayoría los usos directos creados hasta ahora se preponen utilizar las velas como barato los modos de transporte de cargo, algunos científicos están investigando la posibilidad de usar las velas solares como medio para el transporte de seres humanos. Esta meta se relaciona fuerte con la gerencia (es decir bien sobre 1 kilómetro ²) de superficies muy grandes en espacio y la vela que hace adelantos. Así, en la propulsión cercana/a medio plazo, solar de la vela está dirigido principalmente a lograr un número muy elevado de misiones non-crewed en cualquier parte de la Sistema Solar y más allá.

Velas solares en la ficción

Sunjammer del por el Arturo C. Clarke, una narración breve (en el viento de la antología de Sun ) que describe una raza solar de la Tierra-Luna del arte de la vela. Fue publicada original bajo el nombre " Sunjammer" pero cuando Clarke aprendió de la narración breve del mismo nombre por el Pablo Anderson, él lo cambió rápidamente.
El polvo del de los soles lejanos, por el Gato Vance, también publicado como vela 25 del, representa a equipo de los cadetes del espacio en una misión de entrenamiento a bordo de un arte solar malfuncionamiento-montado de la vela.
el la mota de polvo en el ojo (1975) de dios por el Larry Niven y el Jerry Pournelle representa una nave espacial extranjera interestelar conducida por las velas ligeras laser-accionadas.
el Rocheworld del por el Roberto L. remite, una novela sobre una misión interestelar conducida por las velas ligeras laser-accionadas.
En el Tron de la película, los carácteres Tron, Flynn y Yori están utilizando un modelo de ordenador de un sailer solar para escaparse del MCP.
Las velas solares aparecieron en el episodio II de Star Wars: El ataque de las copias, en las cuales la cuenta Dooku tiene un Hyperdrive de la combinación y nave espacial del starsail dobló el Sailer solar.
En el Star Trek IV del de la película: El hogar del viaje, un oficial a bordo de una nave espacial lisiada discute un plan para construir una vela solar para llevar su nave el puerto más cercano.
Una vela solar aparece en el Star Trek del : " del episodio del espacio profundo nueve ; Explorers", como el sistema de propulsión primario del " " del recipiente de la solar-vela de Bajoran;. El recipiente excede inadvertidamente la velocidad de la luz navegando en una corriente Tachyons
The Soul de señora Who Sailed por el Cordwainer Smith, una narración breve (parte de el redescubrimiento de la colección del hombre ) que describe viaja en arte solar de la vela.
En el alcance del cielo de David Brin, las máquinas sensibles están utilizando las velas solares para cosechar el carbón de una atmósfera roja de la estrella gigante para reparar una esfera de Dyson - como la construcción.
El Accelerando libro por el Charles Stross representa un arte solar de la vela accionado por una serie de lasers muy de gran alcance que son utilizados para entrar en contacto con las inteligencias extranjeras fuera de nuestra Sistema Solar.
El Stargazer, un juego móvil GSX-401FW sobre todo sin tripulación de Gundam de la cronología cósmica de la era de los metaseries de la semilla de Gundam, emplea un " doblado del sistema de propulsión; Voiture Lumière " cuál utiliza una vela solar de la nano-partícula.
La herencia del de R., vista en el " de la película de Disney; " del planeta del tesoro;, fue accionado enteramente por las velas solares.
Una vela solar aparece en un episodio temprano de la encarnación más reciente del " el " externo de los límites ; (estación una, " El Message"). La descripción le refiere como planeta, quizás para evitar ser un " spoiler".
El 1983 la aclaración serial del doctor Who representa una raza a través de la Sistema Solar usar las naves solares de la vela.
Título video original japonés “ Odin de la animación del

1985 - la luz de las estrellas de Sailer del espacio del fotón”, dirigida por Eiichi Yamamoto y Takeshi Shirado, ofrece un vehículo espacial que viaje en haces de luz, con sus velas masivas, sobre grandes distancias en espacio.

el nuevo 2006 de la ciencia-ficción Le Papillon Des Étoiles (encendido. El la mariposa de las estrellas ), por el Bernard Werber, cuenta la historia de una comunidad de seres humanos que se escapen de la tierra y fijen apagado hacia un nuevo planeta habitable a bordo de una nave espacial grande tirada por una vela solar gigantesca (un millón kilómetros cuadrados de grande cuando está desplegado).

Malentendidos

Los críticos de la vela solar sostienen que las velas solares son imprácticas para las misiones orbitales e interplanetarias porque se mueven en un curso indirecto. Sin embargo, cuando en órbita de tierra, el combustible toma a la mayoría de masa en la mayoría de las misiones interplanetarias. Una vela solar robótica podía por lo tanto multiplicar una carga útil interplanetaria por varias veces reduciendo esta masa significativa del combustible, y crea una nave espacial reutilizable, para misiones múltiples. La mayoría de las misiones planetarias a corto plazo implican el arte robótico de la exploración, en el cual la franqueza del curso es poco importante comparada a los ahorros de la masa del combustible y a los tiempos de tránsito rápidos de una vela solar. Por ejemplo, la mayoría de las misiones existentes utilizan las catapultas gravitacionales múltiples para reducir la masa necesaria del combustible, para ahorrar tiempo de tránsito en el coste de la franqueza de la ruta.

Hay también un malentendido que las velas solares capturan energía sobre todo de las partículas cargadas de alta velocidad del viento solar emitidas del sol. Estas partículas impartirían una pequeña cantidad de ímpetu sobre el pulso de la vela, pero este efecto pequeño sería comparado a la fuerza debido a la presión de radiación de la luz reflejada de la vela. La fuerza debido a la presión ligera es cerca de 5000 veces más fuertes que que debido al viento solar. Un tipo mucho más grande de vela llamado un magsail emplearía el viento solar.

Críticas técnicas del concepto solar de la vela

Se ha propuesto que el intercambio de ímpetu de la reflexión de fotones es un efecto sin probar que puede violar la regla termodinámica de Carnot. Estas críticas fueron levantadas por el oro de Thomas de Cornell, llevando a un debate público en el resorte de 2003. Estas críticas han sido refutadas por Benjamin Diedrich que precisaba que la regla de Carnot no se aplica a un sistema abierto. La explicación adicional de los resultados del laboratorio que demuestran se proporciona. El James Oberg también ha refutado análisis del Dr. Gold's: " Pero la navegación solar del `' no es teórica en absoluto, y la presión del fotón se ha calculado con éxito para toda la nave espacial grande. Las misiones interplanetarias llegarían los millares de kilómetros de curso si está correcto las ecuaciones no habían sido utilizadas. El efecto para una vela solar del `genuino' será aún más spectacular."

Otra solución alegada es que cuando es reflejado por una vela solar, un fotón experimenta un cambio de Doppler ; su longitud de onda aumenta (y las disminuciones de la energía) en un dependiente del factor en la velocidad de la vela, transfiriendo energía del sistema del sol-fotón a la vela.

Ver también

Navegación solar rápida
Vela magnética
Vela eléctrica
Cosmos 1
Propulsión de la nave espacial
Pinzas ópticas

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Zenithic

Canucks Sports and Entertainment

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