Күн парусу – жылдыз чыгарган жарыктын жана жогорку ылдамдыктагы газдардын басымы (күн нурунун басымы деп да аталат) аркылуу космос кемесин кыймылга келтирүү жолу. Келгиле, анын түзмөгүн кененирээк карап чыгалы.
Перустун колдонуу мөөнөтүн узартуу менен бирге арзаныраак космоско саякаттоо дегенди билдирет. Көптөгөн кыймылдуу бөлүктөрдүн жоктугунан, ошондой эле отунду колдонуу зарылдыгынан улам, мындай кеме пайдалуу жүктөрдү жеткирүү үчүн кайра колдонууга мүмкүн. Кээде жарык же фотон парус деген аталыштар да колдонулат.
Түшүнүк окуя
Иоганнес Кеплер бир жолу кометанын куйругу Күндөн алыстаганын байкап, бул эффектти ошол жылдыз деп ойлогон. 1610-жылы Галилейге жазган катында ал мындай деп жазган: «Кемеге күндүн шамалына ылайыкташтырылган парус менен камсыз кыл, ошондо бул боштукту изилдөөгө батынгандар болот». Балким, бул сөздөрү менен ал так "комета куйругу" кубулушун айткандыр, бирок бул темадагы басылмалар бир нече жылдан кийин пайда болгон.
Джеймс К. Максвелл XIX кылымдын 60-жылдарында электромагниттик талаа теориясын жананурлануу, анда ал жарыктын импульсу бар экенин жана ошону менен объекттерге басым жасай аларын көрсөткөн. Максвеллдин теңдемелери жарык басымдагы кыймылдын теориялык негизин түзөт. Ошондуктан, 1864-жылы эле физика коомчулугунун ичинде жана тышында күндүн нуру объекттерге басым жасаган импульс алып келери белгилүү болгон.
Биринчиден, Петр Лебедев 1899-жылы жарыктын басымын эксперименталдык түрдө көрсөткөн, андан кийин Эрнест Николс менен Гордон Халл 1901-жылы Николс радиометринин жардамы менен ушундай көз карандысыз эксперимент жүргүзүшкөн.
Альберт Эйнштейн масса менен энергиянын эквиваленттүүлүгүн таанып, башка формуланы киргизген. Эми биз жөн эле p=E/c дегенди импульс, энергия жана жарыктын ылдамдыгы ортосундагы катыш катары жаза алабыз.
Сванте Аррениус 1908-жылы жылдыздар аралык аралыкка тирүү спораларды алып жүрүүчү күн радиациясынын басымынын ыктымалдыгын жана натыйжада панспермия түшүнүгүн айткан. Ал жарык жылдыздардын ортосунда объекттерди жылдырат деп ырастаган биринчи илимпоз болгон.
Фридрих Зандер күн парусунун техникалык анализин камтыган макаласын жарыялады. Ал "чоң жана өтө жука күзгү барактарын колдонуу" жана "космостук ылдамдыкка жетүү үчүн күн нурунун басымы" жөнүндө жазган.
Бул технологияны иштеп чыгуу боюнча биринчи расмий долбоорлор 1976-жылы Реактивдүү кыймыл лабораториясында Галлинин кометасы менен сунуш кылынган жолугушуу миссиясы үчүн башталган.
Күн парустары кантип иштейт
Жарык планетанын орбитасында же ичиндеги бардык унааларга таасирин тийгизетпланеталар аралык мейкиндик. Мисалы, Марска жөнөгөн кадимки космостук аппарат Күндөн 1000 км алыстыкта болмок. Бул эффекттер 1960-жылдардагы эң биринчи планеталар аралык космостук аппараттан бери космостук саякат траекториясын пландаштырууда эске алынган. Радиация унаанын абалына да таасирин тийгизет жана бул факторду кеменин конструкциясында эске алуу керек. Күн парусундагы күч 1 Ньютон же андан аз.
Бул технологияны колдонуу жылдыздар аралык орбиталарда ыңгайлуу, бул жерде кандайдыр бир иш-аракет төмөнкү темпте ишке ашат. Жеңил парустун күч вектору күндүн сызыгы боюнча багытталган, бул орбитанын энергиясын жана бурчтук импульсту жогорулатып, кемени күндөн алысыраак жылышын шарттайт. Орбитанын жантайышын өзгөртүү үчүн күч вектору ылдамдык векторунун тегиздигинен тышкары болот.
Позицияны башкаруу
Космостук аппараттын Аттификатты башкаруу системасы (ACS) Ааламды кыдырып жүргөндө каалаган абалга жетүү жана өзгөртүү үчүн керек. Аппараттын белгиленген абалы абдан жай өзгөрөт, планеталар аралык мейкиндикте суткасына көбүнчө бир градустан аз. Бул процесс планеталардын орбиталарында алда канча тезирээк жүрөт. Күн парусун колдонгон унааны башкаруу системасы бардык ориентация талаптарына жооп бериши керек.
Башкаруу идиштин басым борбору менен анын масса борборунун ортосундагы салыштырмалуу жылышуу аркылуу ишке ашат. Буга башкаруу канаттары, жеке парустарды жылдыруу, башкаруу массасын жылдыруу же чагылдыруучуну өзгөртүү аркылуу жетүүгө болот.жөндөмдөр.
Тур турган абалда таза моментти нөлдө кармап туруу үчүн ACS талап кылынат. Парустун күч моменти траектория боюнча туруктуу эмес. Күндөн алыстыкка жана бурчка жараша өзгөрөт, бул парустун валын оңдоп, колдоочу түзүлүштүн айрым элементтерин буруп, күч менен моменттин өзгөрүшүнө алып келет.
Чектөөлөр
Күн желкени Жерден 800 км төмөн бийиктикте иштей албайт, анткени бул аралыкка чейин абанын каршылык күчү жарык басымынан ашып кетет. Башкача айтканда, күн басымынын таасири начар байкалат жана ал жөн эле иштебейт. Парустук кеменин айлануу ылдамдыгы орбитага шайкеш келиши керек, бул көбүнчө дисктин конфигурацияларында гана көйгөй болуп саналат.
Иштетүү температурасы күндүн алыстыгына, бурчка, чагылтуучулукка жана алдыңкы жана арткы радиаторлорго көз каранды. Парустун температура анын материалдык чегинде сакталган жерде гана колдонулушу мүмкүн. Эгер кеме ошол шарттарга кылдаттык менен иштелип чыккан болсо, аны демейде күнгө бир топ жакын колдонсо болот, болжол менен 0,25 AU.
Конфигурация
Эрик Дрекслер атайын материалдан күн парусунун прототибин жасады. Бул калыңдыгы 30дан 100 нанометрге чейинки жука алюминий пленкасынын панели бар кадр. Парус айланат жана дайыма басым астында болушу керек. структуранын бул түрү бирдик массасына жогорку аянты бар, демекжайгаштырылган пластикалык пленкалардын негизинде ылдамдатуу "элүү эсе тез". Бул парустун караңгы тарабында мачталары жана кош сызыктары бар төрт бурчтуу парус. Зымдарды кармап туруу үчүн кесилишкен төрт мачта жана борборго бир перпендикуляр.
Электрондук дизайн
Пекка Янхунен электр парусун ойлоп тапкан. Механикалык жактан алганда, анын салттуу жарык дизайны менен жалпылыгы аз. Парустар кеменин айланасында радиалдык жайгаштырылган түздөлгөн өткөргүч кабелдер (зымдар) менен алмаштырылат. Алар электр талаасын түзүшөт. Ал курчап турган күн шамалынын плазмасына бир нече ондогон метрге чейин созулат. Күн электрондору электр талаасы тарабынан чагылдырылат (салттуу күн парусундагы фотондор сыяктуу). Зымдардын электр зарядын жөнгө салуу аркылуу кемени башкарууга болот. Электр парусунун узундугу 20 кмдей болгон 50-100 түздөлгөн зымдары бар.
Ал эмнеден жасалган?
Дрекслердин күн желеси үчүн иштелип чыккан материал калыңдыгы 0,1 микрометр болгон жука алюминий пленкасы. Күтүлгөндөй, ал космосто колдонуу үчүн жетиштүү күч жана ишенимдүүлүк көрсөттү, бирок бүктөлүү, учуруу жана жайылтуу үчүн эмес.
Заманбап дизайндагы эң кеңири таралган материал 2 микрон өлчөмүндөгү «Каптон» алюминий пленкасы. Ал Күнгө жакын жогорку температурага туруштук берет жана жетиштүү күчтүү.
Кээ бир теориялык бар болчуНанотүтүктүү кездемеден жасалган торлордун негизинде өркүндөтүлгөн, күчтүү, ультра жеңил парустарды түзүү үчүн молекулярдык өндүрүш ыкмаларын колдонуу боюнча спекуляциялар жарыктын толкун узундугунун жарымынан азыраак. Мындай материал лабораторияда гана жаралган жана өнөр жайлык масштабда өндүрүү үчүн каражат азырынча жок.
Жеңил парус жылдыздар аралык саякат үчүн чоң перспективаларды ачат. Албетте, мындай космостук кеменин дизайны адамзат үчүн кадимки нерсеге айланган Ааламды кыдырып чыгуудан мурун дагы көптөгөн суроолор жана көйгөйлөр бар.
