Смотрим на солнечный парус

[dims]

Именно равнодействующая этого веса и нормали к парусу силы давления света даст силу в нужном направлении.

Почему? Если "веса" нет, то будет только лучше.

[Pluto]

По этой схеме - лет через 1000. Не чуйствуете, что природа поставила естественные границы для наших эксприментов?

Не согласен. Солнечный парус перспективная штука и никаких принципиальных трудностей здесь нет, есть технологические трудности. Главная из них - невозможность испытания и доводки гигантских парусных конструкций в наземных условиях. Робкие эксперименты по испытанию таких конструкций в космосе уже проводились.

Расчетное время раскрутки КА с солнечным парусом до второй космической и разумными параметрами паруса (диаметр 1-2 км) и относительно небольшой массой аппарата (непилотируемого) составляет от нескольких суток до месяца.
Продолжительность полета на Марс мало отличается от времени для традиционных двигателей.

[dims]

А если быть поточнее то сначала погасить скорость с 30 до 21км/с, а потом погасить с 61 до 47км/с.

А что означают вторые две цифры?

[Diletant]

Ну лкадно, дайте свое определение слову "вес" и будем им пользоваться. Я пока буду говорить "нескомпенсированная сила притяжения". Насчет полета парусника вокруг Земли, там сложно (тень и пр.) когда -то на форуме было. Проще - вокруг Солнца. Если парусник на орбите и вес, пардон, сила притяжения полностью скомпенсирована центробежной, то лучше это или нет, смотря что нам нужно. Повернуть парус не удастся, и никакие маневры невозможны. Аппарат неуправляем. Если после набора некоторой радиальной скорости отбросить парус, то груз окажется на некоторой эллиптической орбите. Если парус отбросить позже, то груз окажется на более вытянутой (менее изогнутой в данной точке) эллиптической траектории. Т.о. парусник при движении попадает на участки траектории с уменьшающийся кривизной, что есть - спираль. Если же надо лететь к Солнцу, достаточно набать 11 км. в сек. назад по орбите Земли. Мы получим примерно треть нескомпенсированного притяжения груза, что даст возможность повернуть парус против движения и начать тормозиться.

[Stepa]

Diletant, вы космонавтов видели по телевизору?
Со спутником ( в том числе и с парусом) ситуация аналогичная.

[dims]

и вес, пардон, сила притяжения полностью скомпенсирована центробежной,

А центробежной силы тоже нет

Делайте так. Встаньте мысленно на точку зрения неподвижного Солнца и никогда с неё не сходите. Тогда у Вас будет всего ДВЕ силы, с которыми будет проще думать. Первая сила -- сила притяжения Солнца. Вторая сила -- сила от паруса. Первая сила всегда направлена к Солнцу, вторая -- перпендикулярно парусу, но не к Солнцу. Комбинируя эти две силы, можно попасть в любую точку Солнечной системы, но придётся "петлять".

Повернуть парус не удастся, и никакие маневры невозможны. Аппарат неуправляем.

С какой стати?

[Pluto]

Ну ладно, дайте свое определение слову "вес" и будем им пользоваться. Я пока буду говорить "нескомпенсированная сила притяжения".

Зачем свое, есть определение в любом школьном учебнике физики. Я уже его приводил выше.

Насчет полета парусника вокруг Земли, там сложно (тень и пр.) когда -то на форуме было. Проще - вокруг Солнца.

Тень не сильно мешает. Зачем нам орбита вокруг Солнца? Отправная точка для межпланетных путешествий – орбита Земли, с нее и будем начинать.
Здесь никаких вопросов нет, тоерия полета с парусом разработана еще со времен Цандера. В любом учебнике по космической баллистике и космонавтике ее можно найти.

Если парусник на орбите и вес, пардон, сила притяжения полностью скомпенсирована центробежной, то лучше это или нет, смотря что нам нужно. Повернуть парус не удастся, и никакие маневры невозможны. Аппарат неуправляем.

Неуправлямый парус никому не нужен, парус должен быть управляемым. Простейший закон управления при движении по орбите вокруг Земли – релейный. Парус разворачивается перпендикулярно солнечным лучам на участке движения от Солнца и параллельно (ребром) при движении к Солнцу. Таким образом, на половине траектории аппарат получает ускорение.
Есть закон “половинного угла”, когда парус вращается вокруг своей оси с угловой скоростью, равной половине скорости вращения вокруг Земли. Равнодействующая сила также позволяет набирать скорость. В обоих случаях аппарат движется по раскручивающейся спирали, пока в апогее не наберет вторую космическую, которая , кстати, на таких расстояниях значительно меньше 12 км/c.

[Diletant]

Stepa, не знаю что ответить. Вопроса не понял.
dims, так ведь сила притяжения не всегда заставляет груз двигаться к Солнцу, а только при отсутствии орбитального движения.
Давайте все же чтобы сумбур не устраивать, только один вопрос оставим. Можно ли в невесомости держать парус под углом к ветру. Заметьте, парус плоским быть не может. Он будет выпуклым, как парашют.
Чертеж я завтра сделаю. 

[Pluto]

Можно ли в невесомости держать парус под углом к ветру. Заметьте, парус плоским быть не может. Он будет выпуклым, как парашют.

Почему не может? Конструкция может быть многоэлементной с жестким каркасом. Более того, для больших парусов она другой быть не может.

[Diletant]

По этой схеме - лет через 1000. Не чуйствуете, что природа поставила естественные границы для наших эксприментов?

 и разумными параметрами паруса (диаметр 1-2 км)

Сколько же тонн будет масса рамки для него?

[dims]

http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_sail

[Pluto]

Сколько же тонн будет масса рамки для него?

Масса конструкции может быть очень мала. Сама пленка должна быть микронной толщины + легчайшая опорная конструкция. Не забывайте, что парус находится в невесомости, веса нет. Ускорение от тяги самого паруса чрезвычайно мало – тысячные доли g. Статические и динамические нагрузки крайне малы, прочность не нужна.


P.S. По ссылке dims можно найти такие конструкции.

[ivanij]

Сколько же тонн будет масса рамки для него?

Масса конструкции может быть очень мала. Сама пленка должна быть микронной толщины + легчайшая опорная конструкция. Не забывайте, что парус находится в невесомости, веса нет. Ускорение от тяги самого паруса чрезвычайно мало – тысячные доли g. Статические и динамические нагрузки крайне малы, прочность не нужна.


P.S. По ссылке dims можно найти такие конструкции.

  позволю себе усомниться, что прочность (видимо расчёт на прочность?)так уж не нужна. Ведь даже малая удельная масса при больших размерах приводит к заметным напряжениям и деформациям.  Хорошо бы проверочный расчётик сделать. Нормы прочности плёнки (т.е.паруса) говорят нам о том, что прочность зависит от удельной массы. Т.е. чем тоньше парус, тем менее он прочен. Кроме того в местах закрепления возникают местные напряжения иногда (по порядку величины) в 10...15 раз выше номинальных. Поэтому в любой парусной конструкции большое внимание уделяется местам крепления. Просто гвоздями ведь парус не прибьёшь. Парусные моряки это хорошо знают. А как дело обстоит в Космосе?   

[Pluto]

позволю себе усомниться, что прочность (видимо расчёт на прочность?)так уж не нужна.

Я не точно выразился.
Расчет нужен, большая прочность не нужна. Такие расчеты существут. Кстати, первоначально полет к комете Галлея планировался с помощью КА с солнечным парусом. Были проведены серьезные проработки конструкции, однако по ряду не очень технических причин проект не пошел.
Сравнение с обычным парусом естественно, но динамика совершенно разная. Земной ветер способен развивать гигантские силы за короткое время (порывы ветра). Солнечный парус существует в условиях чрезвычайно малых динамических нагрузок. Все происходит как в сильно замедленном фильме. Сам процесс развертывания и “наполнения” паруса может занимать сутки. Все это позволяет применять чрезвычайно легкие, паутинные, ажурные конструкции, которые просто не могут существовать в условиях земного тяготения. Кроме того, стабильность паруса может поддерживаться динамически с помощью микродигателей малой тяги, расположенных по краям паруса и управляемых компьютерной системой управления.
Еще раз – парус имеет очень малую динамику, он не предназначен для выполнения сколь нибудь сильных маневров. Его назначение – маршевый двигатель на протяженных по величине и времени участках траектории. Его сверхмалая тяга компенсируется практически неограниченным временем работы, что позволяет развивать достаточно большие скорости для космических путешествий.

[Quest]

Что интересно - плотность энергии солнечного света падает обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Но и сила тяготения - тоже! Значит ускорении получаемое от паруса, не будет от него зависеть! (От расстояния до Солнца). Или же я не прав?

[ivanij]

Что интересно - плотность энергии солнечного света падает обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Но и сила тяготения - тоже! Значит ускорении получаемое от паруса, не будет от него зависеть! (От расстояния до Солнца). Или же я не прав?

  Вот что верно, то верно! У меня тоже такая мысль мелькнула. В любом случае применгение солнечного паруса ограничено предельным расстоянием до Солнца, которое, очевидно определяется равновесием светового потока падающего на парус со всех сторон. Грубо говоря, порядок этой величины определяется той точкой расположения аппарата, расстояние от которой до ближайших к Солнцу звёзд и самого Солнца примерно одинаково, а на самом деле, видимо, ещё меньше. Что же касается тяготения. то замечу, что здесь следует учитывать и то, что существуют не светящиеся, но тяготеющие объекты, например, кометы или что-нибудь в этом роде, которые могут повлиять на этот аппарат и тогда, когда солнечный ветер никакого влияния иметь не будет.

[Quest]

Что интересно - плотность энергии солнечного света падает обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Но и сила тяготения - тоже! Значит ускорении получаемое от паруса, не будет от него зависеть! (От расстояния до Солнца). Или же я не прав?

  Вот что верно, то верно! У меня тоже такая мысль мелькнула. В любом случае применгение солнечного паруса ограничено предельным расстоянием до Солнца, которое, очевидно определяется равновесием светового потока падающего на парус со всех сторон. Грубо говоря, порядок этой величины определяется той точкой расположения аппарата, расстояние от которой до ближайших к Солнцу звёзд и самого Солнца примерно одинаково, а на самом деле, видимо, ещё меньше. Что же касается тяготения. то замечу, что здесь следует учитывать и то, что существуют не светящиеся, но тяготеющие объекты, например, кометы или что-нибудь в этом роде, которые могут повлиять на этот аппарат и тогда, когда солнечный ветер никакого влияния иметь не будет.

В продолжение темы: при межзвёздном перелёте, отлетая от Солнца корабль будет разгонятся его светом, а подлетая к цели - тормозиться уже её световым потоком. А если светимость звезды, к которой и происходит полёт - выше, то часть паруса можно будет свернуть. Вот только если меньше, придётся удлинять время перелёта, не раскрывая полностью парус при разгоне.

[Diletant]

Необходимость жесткой рамки и абсолютно плоского паруса указана вероятно все таки как согласие, что выпуклый парус не повернуть. Если пленка растянется и выгнется куполом, то и рамка не нужна (купол сам себя держит). А если пленка нерастягиваемая, то сила стягивания теоретитически бесконечно больше силы давления.

[Al]

При обсуждении конструкции солнечного паруса почему то не учитывается несколько важных факторов:
- магнитные поля,
- статическое электричество,
- гравитационные моменты.

 При некоторой проводимости материала паруса и поддерживающей конструкции солнечного паруса при пересечении магнитных силовых линий будет наводится ЭДС (а магнитное поле в околосолнечном пространстве есть, не говоря про около земное), а учитывая скорость пересечения магнитных силовых линий и электрическую емкость паруса площадью квадратные километры энергия и заряды запасенная в этом "конденсаторе" будет огромна!
Короче упаси господи-боже от пробоя! Да и весьма возможно парус сомнет одними электростатическими силами...
 При сворачивании о разворачивании паруса, он опять же будет работать как электростатическая машина, были проекты надувных парусов, течение газа по длинным каналам то же вырабатывает статическое электричество, короче на мой взгляд каркас солнечного паруса должен в первую очередь должен быть расчитан на больбу с проявлениямистатического электричества и магнитного поля...
 Так же для такой протяженной конструкции важно иметь одинаковые моменты инерции по всем осям иначе его будет разворачивать гравитационными силами (если конечно парусом не будут управлять именно таким образом)...

[Diletant]

Пленку несложно сделать изолирующей. Статический заряд, если появится, будет скорей всего одного знака. Хотя если заряжаться будет только часть паруса - это станет проблемой.
Вообще на мой взгляд, развернуть в космосе можно будет только надувную конструкцию. Например, оболочку каплеобразной формы, зеркальную в широкой и прозрачную в узкой части. Газ потом можно будет выпустить, т.к. давление света на края купола будет его растягивать.
А управлять реально будет именно гравитацией.