Pređi na sadržaj

Solarni jedrenjak

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Solarni jedrenjak IKAROS
Solarni jedrenjak Kosmos1

Solarni jedrenjak ili solarno jedro je oblik pogona svemirskih letelica, gde se koristi pritisak elektromagnetnog zračenja Sunca ili lasera, za potisak jako tankog ogledala, do velikih brzina. IKAROS je bila prva svemirska letelica koja je koristila taj pogon 2010. godine.[1]

Osnova pogona[uredi | uredi izvor]

Postoje dva izvora Sunčevih sila. Prvi je pritisak elektromagnetnog zračenja, a drugi Sunčev vetar. Pritisak elektromagnetskog zračenja stvara mnogo veći potisak. 1924. godine ruski inženjer Fridrih Zander je otkrio da Sunčevo svetlo stvara vrlo malu količinu potiska, koje bi se moglo iskoristiti za svemirske letelice i mogle leteti bez goriva. Albert Ajnštajn je tvrdio, što su eksperimenti i potvrdili, da fotoni stvaraju impuls sile p = E/c, tako da svaki foton kojeg neka površina upije ili odbije s površine, vrši mali pritisak elektromagnetnog zračenja.[2] U Zemljinoj orbiti, taj pritisak iznosi oko 4,57x10-6 N/m², a ako je zračenje sasvim odbijeno sa površine, i dvostruko veći je pritisak.[3] To je dokazao ruski fizičar Peter Lebedev 1900. [4] i neki drugi naučnici, koristeći Nikolsov radiometer.[4]

Sunčev vetar i geomagnetske oluje, mogu indukovati električnu struju u dalekovodima i stvaraju rep komete suprotno od Sunca te je njegov pritisak na Zemljinu atmosferu oko 3,4×10-9 N/m², što je dosta manje od pritiska elektromagnetskog zračenja. Ipak, Sunčev vetar prevladava kod nekih pojava, jer je poprečni prijerez toka vetra puno veći od veličine fotona.[5]

Iako su oba pritiska veoma mala, delujući na velike Sunčeve jedrilice, u početku stvaraju malo ubrzanja, ali nakon dužeg vremena, brzina kretanja bi bila značajna. Promena smera bi se mogla izvesti na dva načina. Prvo, ako se menja ugao nagiba Sunčevog jedra prema Suncu ili koristeći mala krilca na krajevima jedra, za nežnu promenu smera. Drugo, može se koristiti gravitaciona sila planete ili meseca za skretanje svemirskog broda.[6]

Laserski pogon[uredi | uredi izvor]

Većina teoretskih studija smatra da bi se za pogon mogao koristiti i laserski zrak. To bi bilo povoljno, jer bi se laserski zrak mogao koristiti i za kočenje letelice, sa pogodno nameštenim ogledalom.[7]

Ograničenje Sunčeve jedrilice[uredi | uredi izvor]

Sunčeve jedrilice ne rade dobro u orbitama ispod 800 km od površine Zemlje zbog sile gravitacije.[8] Iznad toga dobija se malo ubrzanje i trebaju meseci da se dobije puna brzina. Sunčeve jedrilice moraju biti jako velike, a korisni teret mali, pa to prestavlja veliki izazov za graditelje svemirskih letelica.

Različite konstrukcije[uredi | uredi izvor]

Sunčeve jedrilice moraju imati što manju masu, ali se pokazalo da je glavni tehnički problem spoj sa nosačima i metalnim užetom. Konstrukciju sa najvećim odnosom pogonske sile i mase je razvio 2007. Erik Drekler. Koristi reflektivni panel od tankog aluminijumskog filma (30-100 nm) i napregnutu konstrukciju. Ona bi trebalo da rotira sa laganim potiskom. Uzorci materijala su napravljeni u laboratoriji, ali teško savladava savijanja i pregibe.[9]

Dosad najveći odnos pogonske sile i mase je napravljen za kvadratno Sunčevo jedro, s jarbolima i konopcima na neozračenoj strani jedra. Obično su 4 jarbola na uglovima kvadrata, a nosač jarbola u sredini, zategnut sa konopcima. Najveća prednost je što nema naboranih i vrećastih delova jedra, i jedro štiti nosače od Sunca. Zato ovaj tip može ići u blizini Sunca, gde postoji najveći potisak na Sunčevo jedro.[10]

1970-tih NASA laboratorija je razvila konstrukciju sa rotirajućim krilima za susret halejevoj kometi. Težnja je da se konstrukcija učvrsti s ugaonim impulsom, bez potrebe za dijagonalama, što smanjuje masu. Nedostatak je što se stvaraju velika zatezna naprezanja i preslabi nosači dovode do vibracija, koje mogu dovesti do pucanja strukture. Kasnije je nastala varijanta Sunčevog helikoptera, sa plastičnim krilcima. Iako konstrukcija nema bolji odnos pogonske sile i mase od kvadratne konstrukcije, prednost je lakša ugradnja. NASA je istraživala i konstrukciju sa rotirajućim diskom. Ta konstrukcija ima otvore oko 5% od ukupne površine.

Meteorološki institut iz Finske je razvio električnu Sunčevom vetrenjaču, koja se potpuno razlikuje po konstrukciji od dosadašnjih oblika. Ona ima 50-100 dugačkih električnih konopa, dugačkih oko 20 km, koji su smešteni radijalno od centra. [12] Slična ideja je magnetna Sunčeva jedrilica, koja koristi Sunčev vetar Ispitivanje Sunčevih jedrilica u svemiru

Sve do 2010. nijedno Sunčevo jedro nije upotrebljeno za pogon svemirskih letelica. Japanska svemirska agencija JAKSA lansira letelicu IKAROS, koja je upotrebila 200 m² poliimidno probno jedro 10. juna 2010. i letela je 6 meseci do Venere, da bi nastavila prema Suncu. [[11]

Solarni jedrenjak NanoSejl2

Korišćenje pritiska elektromagnetskog zračenja za kontrolu položaja[uredi | uredi izvor]

Svemirska letelica Mariner 10, koja je letela pokraj Merkura i Venere, koristili su pritisak elektromagnetnog zračenja za kontrolu položaja, da bi sačuvala gorivo. 1993. letelica Znamia 2 je testirala uspešno ugradnju Sunčanog jedra, na svemirskoj stanici Mir, ali nije je koristila za pogon. 1999. Evropska svemirska agencija je uspešno testirala ugradnju Sunčevog jedra u Kolnu.[12] 2004. japanska svemirska agencija ISAS je testirala ugradnju 2 probna Sunčeva jedra na visini 122 km, debljina materijala je bila 7,5 μm, ali nije koristila za pogon. 2010. NASA je lansirala malu letelicu NanoSejl-D2 i uspešno je instalirala Sunčevo jedro (10 m²) i iskoristila za pogon na kratko vreme.[13]

Izvori[uredi | uredi izvor]

  1. ^ [1][mrtva veza] Japan's Solar Sail Is the Toast of Space Science|
  2. ^ [2] hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  3. ^ Marcelo Alonso, Edward J. Finn: Fundamental University Physics, Volume II Fields and Waves, Addison-Wesley 1967 (Ninth printing 1978)
  4. ^ „Celebration of the Legacy of Physics at Dartmouth”. Arhivirano iz originala 08. 03. 2021. g. Pristupljeno 14. 03. 2021. 
  5. ^ Nicole Meyer-Vernet: How Does the Solar Wind Blow? A Simple Kinetic Model. http://www.lesia.obspm.fr/perso/nicole-meyer/papiers/ejpwind.pdf
  6. ^ Jerome Wright: "Space Sailing", chapter 1, 1992.
  7. ^ Forward, R.L. (1984). „Roundtrip Interstellar Travel Using Laser-Pushed Lightsails”. J Spacecraft. 21 (2): 187.—195. doi:10.2514/3.8632. 
  8. ^ http://www.launchloop.com/isdc2002energy.pdf%7C[mrtva veza] Keith Lofstrom: "Launchloop's discussion of launch altitudes" 2002
  9. ^ Drexler, K.E. (1977). „Design of a High Performance Solar Sail System, MS Thesis,” (PDF). Dept. of Aeronautics and Astronautics, Massachusetts Institute of Techniology, Boston. Arhivirano iz originala (PDF) 04. 06. 2011. g. Pristupljeno 28. 12. 2015. 
  10. ^ http://solarsails.jpl.nasa.gov/introduction/design-construction.html Arhivirano na sajtu Wayback Machine (11. mart 2005) |"Design & Construction" NASA
  11. ^ NASA. „Solar Sails Could Send Spacecraft 'Sailing' Through Space”. 
  12. ^ „Full-scale deployment test of the DLR/ESA Solar Sail” (PDF). 1999. 
  13. ^ „Cosmos 1 - Solar Sail (2004) Japanese Researchers Successfully Test Unfurling of Solar Sail on Rocket Flight”. 2004. Arhivirano iz originala 03. 02. 2006. g. Pristupljeno 28. 12. 2015. 
Solarni jedrenjak na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Соларни_једрењак&oldid=27754786”