Решение за излишен проблем - Колку сончево може да плови до сонцето - Бернд
Плови сонцето заостанаа нешто како алтернативен погон во последните неколку децении. Од друга страна, јонските погони се повеќе се користат. Дефинитивно има причини за тоа. Од една страна, напредокот во снабдувањето со енергија (преку соларни ќелии) го направи јонскиот погон попривлечен. Од друга страна, недостасуваат проекти кои покажуваат разумна употреба на соларни едра.
Сончевите едра секогаш имаат една предност - тие не трошат никакво гориво и нивната „потисна сила“ се зголемува колку што се приближувате до сонцето. Значи, тие би биле алтернатива за мисиите во внатрешниот соларен систем. Во моментов има три - Соларен орбитер, Паркер соларна сонда и Бепиколомбо. Исто така, би било замисливо. да се приближи многу до сонцето и да забрза понатаму за време на отстранувањето и на тој начин да добие доволно напон за екскурзија во надворешниот соларен систем.
Но, колку може да се доближите до сонцето?
Секој може логично да разбере дека енергијата што паѓа на плови. Колку повеќе се приближувате до сонцето, тоа станува сè поголемо - бидејќи областа над која се дистрибуира постојаното зрачење од површината на сонцето станува сè помала и помала. На Меркур има температура до 425 ° C.
Врската помеѓу растојанието и апсорбираната енергија е релативно едноставна:
Телото е опкружено со сферична сфера врз која паѓа целата енергија на сонцето. Областа на оваа сфера може да се пресмета според:
r: радиус = растојание од површината на сонцето
σ: Константа на Стефан-Болцман
Поедноставено: Енергијата по единица површина се зголемува квадратно. Ако ја знаете енергијата што паѓа на еден квадратен метар на одредено растојание, можете да ја пресметате енергијата за која било област и кое било растојание. На 149,6 милиони км (просечно растојание од земјата до сонцето) е 1355 W/m².
Според законот Стефан-Болцман, температурата на црното тело може да се пресмета:
Постојаната Стефан-Болцман σ = 5,67 × 10 -8 W/m²/K 4, се однесува на растојанието на земјата. 1 m² површина (F) и 1355 W/m² (P) се пресметуваат како 393 K = 120 ° C. Тоа е значително повеќе од температурата на самата земја. Бидејќи горенаведениот закон важи за идеално, црно тело, тело кое го апсорбира целото зрачење, не рефлектира ниту едно и се загрева сè додека не настане рамнотежа помеѓу емитираното и апсорбираното зрачење. Земјата се врти, сепак, што значи дека зрачењето се дистрибуира и на задниот дел, што не е директно осветлено, и тоа е сфера, а не круг. Круг со големина на земјата има површина од Пири, но една хемисфера има површина од 2 2 пи × р². Атмосферата исто така се загрева и придонесува за дистрибуција, но исто така делува како извор на топлина и, последно, но не и најважниот, најважниот фактор: Земјата не го апсорбира целото зрачење, инаку би било само црн круг кога ќе се гледа од вселената.
Треба да го додадете степенот на рефлексија. Изразено е во тоа што само дел од енергијата се апсорбира. Остатокот се рефлектира назад во вселената. Земјата има рефлексија од околу 36%, Месечината е значително потемна со 12% и затоа е и потопла на Месечината (меѓу другите фактори како што е бавната ротација). Највисок степен на рефлексија на природните површини има свежо паднат снег, кој може да достигне и до 90%. Секој знае дека во зима кога сте заслепени од снежни површини на светло сонце. Постои дури и болест наречена слепило од снег.
Соларните едра претежно се состојат од Каптонова фолија обложена со депонирана од алуминиум или пареа. Каптон е пластика од која може да се произведат многу тенки фолии и затоа е особено погодна за оваа намена.
Логично е да можете да се приближите до сонцето сè додека температурата на едрата не биде толку висока што материјалите не се оштетат. Алуминиумот може да издржи 500 ° C без проблеми, Каптон како пластика е исто така отпорен на пластика, се споменуваат и до 400 ° C. Но, ова се врвни вредности за кратко време. Најмалку 260 ° C се можни на долг рок. Алуминиумот како облога го рефлектира најголемиот дел од зрачењето, што е пожелно, затоа што ја зголемува нагонот (двојно се зголемува со рефлексија 1 во споредба со црното тело). Алуминиумот има рефлексија од 0,9 над широк опсег на бранови.
Горенаведената формула, користена за рефлексија од 0,9, дава температура од 221 ° С. Тоа е за 170 ° C помалку отколку со целосна апсорпција на зрачењето. Форматирајте еден за да влезете во снименото зрачење:
P = T 4 × σ/(1-рефлексија)
Со T = 523 K (260 ° C), степен на рефлексија = 0,9, P = 45760 W/m²
Растојанието ни дава споредба со зрачењето на растојание од земјата и ние влегуваме во коренот поради квадратното зголемување на зрачењето:
r = 149,6 милиони км/корен (45760/1355)
r = 25,8 милиони км
Тоа е многу близу, нешто повеќе од една третина од просечното растојание од Меркур до Сонцето и помалку од половина од минималното растојание. Енергијата е неопходна за потиснување и е 33 пати поголема отколку во близина на земјата, така што забрзувањето е исто така 33 пати поголемо.
Постојат два случаи. Ако сакате да влезете во внатрешниот соларен систем, предностите се очигледни. Или ќе стигнете на растојание со бројни замавнувања (седум со сончевата сонда Паркер, дури девет со соларниот орбитер) или со јонски погони (Бепиколомбо). Јонските мотори исто така имаат корист од намалувањето на оддалеченоста од сонцето, бидејќи електричната енергија се создава од сончевите ќелии, но тие ја губат енергијата кога ќе станат премногу жешки. Можно е околу двапати поголема моќност близу до земјата, тогаш треба да ја поставувате сè повеќе наклонета за да избегнете прегревање. Сончево едро со 50% носивост и денешна технологија (површина на површина 14 g/m² потпори: 120 g/m, квадратна едра) достигнува растојание од 26 милиони км за 1 година 244 дена. Ако започнете со вишок од 3 km/s - со почетна брзина од Земјата, ова е само околу 400 m/s, тоа е само 1 година 4 дена. За споредба: на Бепи Коломбо му требаат повеќе од 5 години за да стигне до Меркур.