Я могу представить себе спутник с солнечным парусом, который катится, когда он находится на ночной стороне Земли, а затем разворачивается ближе к «полудню», приводимый в движение каждую прошлую его «закатную сторону» путешествия. Будет ли такая система жизнеспособным методом удержания спутника на орбите в течение неопределенного времени (или до тех пор, пока приводы не выйдут из строя) или какие-то другие факторы (например, атмосферное сопротивление) сделают это невозможным?
Во-первых, на парусник действует несколько сил.
Если вы отправитесь куда-нибудь ниже 770 км, атмосферное сопротивление будет самой большой силой, которая стянет ваш апоцентр вниз.
Цитируя Вулпетти (2008) :
При развертывании на НОО сопротивление паруса, создаваемое его полетом через эту остаточную атмосферу, может быть очень высоким; больше по величине, чем тяга, которую испытывает парус, отражая солнечный свет. Проще говоря, парус, летящий на НОО, очень быстро потеряет энергию из-за взаимодействия с ионосферой (несмотря на то, что он получает ускорение за счет отраженного солнечного света) и окажется на траектории входа в атмосферу. Несложно подсчитать, что парус должен работать дальше 700 км (номинально); если принять во внимание изменения в верхней атмосфере, прежний нижний предел увеличивается до 750—770 км.
Во-вторых, развертывание паруса — рискованный и не до конца изученный маневр. Вы же не хотите складывать и разворачивать его повторно.
В-третьих, когда нет солнечного давления, вам не нужно убирать парус. Если вы работаете за пределами 770 км, единственное, что вам нужно сделать, это повернуть парусник. Теперь обеспечение необходимых скоростей вращения (управление ориентацией) является проблемой, если принять во внимание, что весь парусник должен быть очень легким, чтобы полагаться на давление солнечного излучения.
Между атмосферным сопротивлением на протяжении почти 1000 км возникает проблема, заключающаяся в том, что солнечный свет и солнечный ветер пересекаются при переходе в тень планеты.
Поскольку это направляет больше энергии на солнечную сторону, даже для высоких орбит, парус, если он пассивно развернут, делает орбиту более эллипсоидной и отталкивает ее к планете на обращенной к Солнцу доле.
Давайте предположим, что плоский парус перпендикулярен ветру: когда вы приближаетесь к солнцу, он замедляет вас, опуская ваш перицентр как за счет замедления, так и за счет прямой тяги, и немного увеличивая ваш апоцентр, но меньше, из-за тени.
Теперь мы наклоняем его для поворота наружу на входе: вы все еще замедляете, расширяете и мельчаете входную дугу. На выходе он тянет вас к планете, сужая ее и немного ускоряя назад. В ближайшем к солнцу куске он разгоняет вас на противоположной орбите; это замедляет вашу орбиту и опускает перицентр. Вдали от солнца его скорость увеличивается, за исключением тени, поэтому она не равна величине дуги, направленной от них к солнцу. Это искажает длинную ось орбиты, но все же снижает перицентр.
Наклон в другую сторону приводит к приближению вниз и против вращения, более радикально опуская перицентр, а сторона, обращенная к солнцу, и половина отступления - это ускорение; движение вдали от солнца замедляется, но прерывается, слегка увеличивая апоцентр. Он также искажает длинную ось эллипса орбиты.
Теперь, даже если он повернут правильно (приближающаяся рука наружу, наша направляющая рука наружу, солнечная сторона направлена по вращению), она все равно постоянно толкает к планете. Возможно, если орбита будет достаточно высокой, он подтолкнет апоцентр вверх и сохранит достаточное ускорение, чтобы преодолеть внешнюю силу солнечной энергии.
Как пассивная система, она в конечном итоге вытолкнет вас в атмосферу, и в этот момент она становится помехой.
В качестве активной системы теоретически его можно использовать для увеличения орбитальной скорости на большей части орбиты и медленного ускорения наружу. Теоретически это можно было бы даже использовать для разгона до отрыва, при условии, что вы стартуете на орбите значительно выше 1000 км и сможете достаточно быстро повернуть парус, чтобы не создавать проблем при развороте паруса в крайнем направлении к солнцу.
Существует также проблема эксцентриситета — ускорение только на одной стороне планеты, насколько я знаю, постепенно увеличивало бы ваш эксцентриситет, пока в конечном итоге она полностью не покинула бы орбиту, на которой находилась. Впрочем, я не специалист, поэтому легко могу ошибаться.
Охотник на оленей
СФ.
Охотник на оленей
AlanSE
Охотник на оленей
СФ.
ПирсонИскусствоФото