Можете ли вы лавировать против солнца, используя солнечный парус?

Нет, потому что нет ничего лучше воды, против которой мог бы работать киль.

В водном плавании есть два вектора силы : вектор от реакции ветра на парус и вектор от киля и руля на воду. Эти векторы складываются, чтобы привести парусник в движение. Это работает практически для любого направления по компасу, за исключением того, откуда дует ветер, или около 45 градусов в любую сторону от него. «Бьется по ветру», как упоминает @geoffc, приближается к этому пределу. "Лавирование" зигзагообразное - движение некоторое время на 45 градусов по часовой стрелке от ветра, а затем некоторое время на 45 градусов против часовой стрелки. Работая против ветра.

В солнечном плавании есть только один вектор силы , потому что есть только одна среда, солнечные фотоны, как упоминает @Craig. С одним вектором ограничения направления становятся более чем на 90 градусов в любую сторону от того места, откуда исходит солнечный свет. Так что никаких зигзагов, никаких зигзагов, ничего похожего на лавирование.

Теперь, возможно, гравитация может быть использована в качестве другого вектора с помощью орбитальной механики, как упоминают @Pearson и @SF, и, возможно, однажды это назовут «галсированием», но физика полностью отличается от киля в воде.

ОБНОВЛЕНИЕ, выпуск The Economist от 23 сентября 2017 г., стр. 73 :

В некотором смысле электронный парус [сделанный из 20-километровых тросов с положительным зарядом, отталкивающих частицы солнечного ветра] напоминает солнечный парус, конкурирующую идею для дешевого движения кораблей в космосе. Солнечный парус обеспечивает движение, потому что солнечный свет, который он отражает, оказывает давление на парус, толкая его вперед. Но у E-парусов есть важное преимущество перед солнечными парусами. После развертывания нет простого способа остановить корабль с набирающим скорость солнечным парусом. Кораблю с электронным парусом можно запретить ускорение, просто выключив его электронную пушку. Это означает, что он может вернуться на Землю под действием гравитации Солнца.

Вы не можете напрямую двигать солнечный парус к солнцу.

Солнечный «парус» — это, по сути, зеркало. Аналогия ветра и парусов на кораблях бесполезна для понимания того, как работают солнечные паруса.

Каждый фотон солнца, падающий на парус, отражается. Каждый фотон сообщает небольшое количество импульса. Если парус направлен прямо на солнце, то к парусу добавляется удвоенный импульс фотона. Если вы наклоняете парус, то вы отправляете каждый фотон в направлении, а не прямо к солнцу; Это дает вам чистую силу в одну сторону. Таким образом, вы можете контролировать вектор суммарной силы отражающих фотонов, но чистое направление всегда больше 90 градусов от солнца. Когда зеркало приближается к солнцу ребром, суммарный вектор силы приблизится к 90 градусам от солнца и упадет до нуля.

(Обратите внимание, что давление солнечных фотонов применимо ко всему. Это не обязательно должен быть спроектированный парус. Орбитальная механика в настоящее время учитывает «световое давление» для точного определения орбит космических кораблей.)

Вы можете изменить свою орбиту, используя солнечный парус.

Вы можете использовать импульс солнечного паруса, чтобы изменить эксцентриситет орбиты, чтобы переместить часть орбиты ближе к солнцу и т. д.

Если вы хотите пойти прямо к солнцу с земли, вам не нужна сила, толкающая вас прямо к солнцу. Вам нужна сила, толкающая против вашего нормального направления орбиты. Это уменьшает ваш угловой момент относительно солнца, и вы падаете к солнцу из-за гравитации.

На самом деле это несколько проще, чем вы думаете. В мире Orbital Dynamics вам нужно всего лишь ускорить или замедлить свою орбиту, чтобы приблизиться или отдалиться от объекта, вокруг которого вы вращаетесь. Итак, все, что вам нужно сделать, это создать чистый импульс, который подталкивает к замедлению вашей орбитальной скорости.

Тем не менее, большая часть того, что заставляет лавировать работать, заключается в том, что вы заставляете воду действовать как средство трения против ветра, по сути, заставляя его замедлять вас.

Я не эксперт в таких движениях, но я считаю, что конфигурация, как показано ниже, будет работать, гарантируя, что стрелка является направлением орбитального движения, а парус - Т-образным элементом. Направление может быть смещено на 90 градусов, чтобы это произошло, и это может не сработать очень близко к солнцу, но, по крайней мере, оно должно привести вас в правильном направлении.

^{Источник: Бен Дидрих , SolarSailWiki , CC BY-SA 3.0 .}

На самом деле это уже сделано японским зондом под названием « Икарос » . Он плыл с помощью Солнца к Венере с околоземной орбиты и таким образом продемонстрировал, что это возможно.

Хотя вы не можете делать обычные для обычных парусов трюки из-за нехватки воды, чтобы ваш киль не сносило в сторону, и обычно позволяете кораблю двигаться против ветра, вы все же можете извлекать силу по диагонали к радиусу солнца (угол падения равен угол отражения; результирующая сила перпендикулярна поверхности), направленная за пределы Солнечной системы.

Теперь это не позволит вам двигаться внутрь, за исключением... - вы можете приложить указанную силу с боковой составляющей, направленной против вашего вектора орбитальной скорости. Таким образом, несмотря на то, что параллельная составляющая выталкивает вас наружу, против гравитации Солнца, ваша орбитальная скорость и результирующая центробежная сила падают; и в то время как внешний компонент толчка солнечного паруса является только мгновенным, ваша потеря орбитальной скорости накапливается и приводит к постоянному уменьшению вашего орбитального радиуса.

Другими словами: Солнечный парус позволяет изменять орбитальную скорость. Солнечная гравитация может заставить вас двигаться к Солнцу, в зависимости от указанной скорости.

В парусном спорте лавирование используется для того, чтобы плыть как можно ближе к ветру (очевидно, не прямо против него, хотя лодка Кубка Америки с жестким крылом могла бы это сделать), при этом создавая подъемную силу в парусе. Для обычных лодок это означает в лучшем случае угол 25-30 градусов к ветру. Таким образом, вы плывете зигзагом, и вам нужно лавировать, иначе вы собьетесь с курса.

Ветровые паруса не работают под давлением ветра, толкая их, за исключением ситуаций, когда они идут прямо по ветру, или старых квадратных парусов, которые вы видите в фильмах о пиратах и ​​т. д.

Современные паруса имеют кривизну и подъем и работают как вертикальные крылья, создавая подъемную силу за счет перепада давления, создаваемого воздушным потоком с разной скоростью над двумя сторонами крыла.

Солнечные паруса не обладают такой способностью, поскольку фотоны не ведут себя как молекулы воздуха в атмосфере. Таким образом, им нужно плыть прямо «по ветру».

Да. Используя гравитационный градиент от близлежащих планет и Солнца. Парус не отдаляется от Солнца. Он также находится на орбите вокруг Солнца, поскольку при его движении все, что нужно парусу, — это большое тело или угол радиационного давления в направлении движения, чтобы замедлить его скорость до того места, где его притягивает гравитация Солнца.

Ладно, те сторонники теории «Дельта: орбитальная скорость» ( изменяющаяся орбитальная скорость ), которая является удовлетворительным ответом на «солнечную лавировку», не учитывают кое-что очень важное: попытка построить дугу орбиты от дальнего солнечного тела к внутреннему не является проблема... это время , которое может занять такой маршрут путешествия. Орбитальный подход по сравнению с более прямым подходом не подходит для живых существ, у которых может не быть желания проводить годы в пути, когда гораздо более желательны всего несколько месяцев. Чем длиннее такое путешествие для живых существ, чем важнее такие вещи, как жизнеобеспечение, переработка и утилизация, а также пища и вода, тем больше пространство и вес в приоритете, и тем уже становится поле для ошибки.

Разговоры о возможности «солнечной лавировки» не просто о том , можно ли это сделать, а о том, осуществимо ли это или нецелесообразно ? Это как в старой поговорке: если вы можете что-то сделать, это не значит, что вы должны это делать .