Сохранение идеальной кривизны (плоскостности) солнечного паруса

Если солнечный парус должен быть полезен, он должен быть жесткой конструкцией и поддерживать свою идеальную кривизну и ориентацию, иначе он в конечном итоге сложится над своим центром масс, как зонтик при сильном ветре, из-за увеличения крутящего момента. радиально с расстоянием до его геометрического центра. Более того, чтобы солнечный парус мог эффективно передавать слабую импульсную силу радиационного давления на свою жесткую конструкцию, он должен быть абсолютно огромным, что еще больше увеличивает его радиус, и в идеале центр его массы должен располагаться вдоль оси движения в его геометрической точке. центр на двумерной плоскости, перпендикулярной источнику излучения, в противном случае его полный крутящий момент преобразуется во вращение.

Таким образом, это означает, что, хотя мы говорим об относительно небольшой силе, приложенной к его квадратной площади, чем она больше (чтобы увеличить результирующую силу на ней), тем больше ее радиальное расстояние по отношению к ее центральной оси и дифференциал крутящего момента с ней. . Таким образом, чем больше он становится, тем прочнее должен быть его каркас, удерживающий его вместе, что, учитывая большую площадь, полезную для любых миссий разумной продолжительности , означает, что мы быстро приближаемся к пределам максимальных стрессовых нагрузок на любые материалы, известные человеку. . Либо так, либо мы увеличиваем его способность справляться со структурными нагрузками, добавляя к нему больше массы (укрепляя конструкцию), сводя на нет смысл наличия огромного солнечного паруса. Таким образом, мой вопрос.

Как сохранить плоскостность большого солнечного паруса, чтобы он не согнулся в неидеальную вогнутую/выпуклую тарелку или не сложился сам в себя? Какие опорные структуры предлагаются для поддержания этой плоскостности, каковы ограничения (максимальный размер) таких предлагаемых материалов, и могут ли эти ограничения быть несколько расширены за счет использования, скажем, электроактивных полимеров (EAP) , например, углеродных нанотрубок . для ионных EAP, которые также являются одними из самых прочных материалов, известных науке, чтобы поддерживать свою плоскостность / идеальную кривизну, прикладывая напряжение к каркасу?

Идеальная кривизна равна нулю для всех практических применений (иначе закон потому что ( α ) поднимает свою уродливую голову, что приводит к потерям тяги).
@DeerHunter Ну да, но это ничего не меняет в вопросе о том, как поддерживать его по мере увеличения размера паруса. Это всего лишь означает, что идеальная кривизна = 0. Не плюс и не минус. Так как вы в этом уверены?
Провода, в основном. Помимо развертывания, ключевой проблемой является обеспечение (и преодоление) крутящего момента во время периапсов, чтобы получить максимальную отдачу. Δ В от эффекта Оберта. Мы не могли справиться с тросами, не говоря уже о гибких парусах такого размера.
Я думаю, что ключ в том, чтобы сбалансировать размер рамы с линейными разъемами. Если у вас есть рама и парус, которые сохранят свою форму на единицу размера, и вам нужно девять единиц размера, чтобы обеспечить тягу, то у вас есть 18 соединительных линий к 18 углам 9-элементной сетки (общие углы в квадратном узоре). . Каждая линия должна быть подключена к отдельной «лебедке», что позволит регулировать.
@james jenkins Вы описываете научно-фантастический рассказ откуда-то вроде «Жизни мальчиков» 1960-х годов, контролируя десятки строк и все такое. Что касается решения, периметр, который наклонен внутрь или назад, чтобы обеспечить силу, которая вытягивается из центра. Или представьте, что по мере того, как парус из плоского превращается в зонтик, углы отражения будут создавать силы, направленные наружу. Работал ли Tethers Unlimited над этим?

Ответы (1)

Поверните парус. Центробежная сила поможет сохранить плоскостность. Если нет каких-либо инженерных требований, которые диктуют иное, вероятно, лучше будет вращать и корабль, и парус. Доведение вращения корабля до скорости перед раскрытием паруса должно помочь. Демонстрационный образец солнечного паруса IKAROS от JAXA использовал ротационное развертывание.

Однако существует серьезный разрыв между популярной концепцией солнечных парусов и проектами выполняемых или предполагаемых миссий. Как упомянул К. Таун Спрингер в своем комментарии выше, многие люди думают о солнечных парусах, развернутых линиями перед кораблем, как в «Санджаммере » Артура Кларка .

Обложка Boys Life
В конструкции межзвездных солнечных парусов, управляемых лучом, Роберта Форварда также использовались буксирные тросы. Однако на практике проекты солнечных парусов выглядели примерно так:

Парус NanoSail-D

IKAROS, NanoSail-D и LightSail-1 Планетарного общества имеют эту конструкцию, парус с квадратным вооружением, разворачиваемый из корпуса корабля с помощью раскладывающихся стрел.

Если подумать о том, как раскрывается атмосферный парашют, становится очевидной непрактичность имитации этой конструкции для проверки концепции солнечного паруса. Обычно тормозной парашют захватывает воздух и начинает вытягивать основной парашют, который (надеюсь) расширяется до желаемой формы и натягивает стропы. Для солнечного парусника нет такого механизма эквивалентного порядка величины.

В этом свете конструкция с плоской поверхностью, перпендикулярной оси, механически проще в развертывании. Более сложные парусные суда вполне могут использовать другие силы для развертывания своих продаж, такие как электростатическая или центробежная сила, как в этом ответе , но в ближайшем будущем ожидайте конструкции, которые больше обязаны зонту, чем традиционному парашюту.