Żagiel słoneczny - Polski Serwis Naukowy

Artystyczna wizja sondy IKAROS w trakcie lotu

Wygląd satelity Cosmos 1 z żaglem słonecznym (wizja artysty).

Żagiel słoneczny – urządzenie napędowe statków kosmicznych, wykorzystujące ciśnienie światła słonecznego oraz w mniejszym stopniu ciśnienie wywierane przez cząstki wiatru słonecznego.

Wiatr – poziomy lub prawie poziomy ruch powietrza względem powierzchni ziemi. Wiatry są wywołane przez różnicę temperatur oraz różnice w ukształtowaniu powierzchni. Termin wiatr jest używany w meteorologii prawie wyłącznie na określenie horyzontalnej składowej wiatru. Istnieje jednak składowa pionowa wiatru i wtedy jest tak nazywana. Wiatr może wiać z obszarów wyższego ciśnienia do obszarów niższego ciśnienia, ale w średnich szerokościach geograficznych, ze względu na siłę Coriolisa, wiatr wieje zazwyczaj równolegle do linii takiego samego ciśnienia (wiatr geostroficzny). Wiatr jest jednym ze składników pogody, w tym celu podaje się prędkość wiatru (w m/s lub km/h) i kierunek, z którego wieje. Należy zachować uwagę przy używaniu terminologii kierunku wiatru: meteorolodzy pod nazwą wiatry zachodnie rozumieją wiatr wiejący z zachodu, podczas gdy "zachodni prąd oceaniczny" to prąd płynący na zachód (czyli różnica o 180 stopni w definicji kierunku).

Księżyc (, nieco więcej niż 1/4 średnicy Ziemi. Oznacza to, że objętość Księżyca wynosi około 1/50 objętości kuli ziemskiej. Przyspieszenie grawitacyjne na jego powierzchni jest blisko 6 razy słabsze, niż na Ziemi. Księżyc wykonuje pełny obieg wokół Ziemi w ciągu 27,3 dnia (tzw. miesiąc syderyczny), a okresowe zmiany w geometrii układu Ziemia-Księżyc-Słońce powodują występowanie powtarzających się w cyklu 29,5-dniowym (tzw. miesiąc synodyczny) faz Księżyca.

W założeniach żagiel słoneczny ma być rozpostartą w przestrzeni konstrukcją pokrytą połaciami folii z mylaru lub kaplonu. Grubość takiej folii to kilka mikrometrów. Światło i cząstki odbijając się lub będąc pochłaniane przez folię, wywierają na nią nacisk. W takiej odległości od Słońca, w jakiej znajduje się Ziemia, ciśnienie wynosi 4,6 μPa przy pochłonięciu światła i dwa razy tyle przy całkowitym odbiciu.

Cząstka – bardzo mała ilość (pyłek, okruch) lub stosunkowo niewielka część większej całości (Galaktyka jest cząstką kosmosu). W naukach przyrodniczych (fizyka, chemia) cząstka oznacza mały fragment materii (np. cząstka kurzu), który ma zwarty kształt, w odróżnieniu od nici czy włókna.

Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:

Pierwszą sondą wyposażoną w taki napęd była japońska misja IKAROS. Drugim satelistą testującym żagiel słoneczny był należący co NASA NanoSail-D2 wyniesony na orbitę 20 listopada 2010. NanoSail-D2 spędził na orbicie 240 dni, „żeglując” wokół Ziemi. Misja satelity została określona jako bardzo udana, po zakończeniu misji NanoSail-D2 spłonął w atmosferze ziemskiej 17 września 2011.

Układ Słoneczny – , pięć planet karłowatych i miliardy małych ciał Układu Słonecznego, do których zalicza się planetoidy, obiekty pasa Kuipera, komety, meteoroidy i pył okołoplanetarny.

Wiatr słoneczny – strumień cząstek wypływających ze Słońca, składających się przede wszystkim z protonów i elektronów o dużej energii. Protony spokojnej fazy wiatru mają energię około 0,5 keV, zaś podczas rozbłysków rejestrowane są cząstki o energii do 1 GeV. Rozchodzą się one promieniście we wszystkich kierunkach. Badania sondy Ulysses wykazały, że w płaszczyźnie słonecznego równika prędkość wiatru jest średnio ponad dwukrotnie mniejsza, niż na szerokościach heliograficznych obszaru polarnego. Podczas szczytu aktywności słonecznej, gdy zanikają polarne dziury koronalne, prędkość wiatru emitowanego w kierunku bliskim osi obrotu Słońca zmniejsza się.

Zalety takiego sposobu napędu to:

znikome koszty związane z budową urządzenia,

zerowy wydatek energetyczny napędu.

Wady:

bardzo mała siła ciągu, a przez to długi czas rozpędzania,

nierozwiązana kwestia hamowania.

możliwość uszkodzenia przez „okruszki” kosmiczne

Najprawdopodobniej ten rodzaj napędu zostanie użyty do napędu sond dalekiego zasięgu (ang. deep space exploration).

Futurystyczne plany zakładają również budowę wielkiego lasera umieszczonego w przestrzeni lub np. na Księżycu służącego do napędu statków kosmicznych w obrębie Układu Słonecznego.

Słońce (łac. Sol) – gwiazda centralna Układu Słonecznego, wokół której krąży Ziemia, inne planety oraz mniejsze ciała niebieskie. Słońce to najjaśniejszy obiekt na niebie i główne źródło energii docierającej do Ziemi.

NanoSail-D2 – mały satelita eksperymentalny zbudowany przez NASA, umieszczony na orbicie 20 listopada 2010 o godz. 01:25 czasu UTC. Pierwsze urządzenie w przestrzeni kosmicznej napędzane przez żagiel słoneczny.

Rozważa się też przymocowanie żagli słonecznych do sztucznych satelitów Ziemi. Żagle miałby za zadanie przesuwać je z orbity geostacjonarnej o 10-50 km, ponieważ zaczyna na niej brakować miejsca na nowe obiekty.

Przypisy

Zobacz też

IKAROS - eksperymentalna sonda z żaglem

Słońce

wiatr

żagiel