Wenden eines Sonnensegels, um die Dauer der Beschleunigung zu verlängern

Da die Nützlichkeit eines Sonnensegels abnimmt, je weiter es von der Sonne entfernt ist (max. Entfernung ~50 AE), kann es umso länger beschleunigen, je länger es näher an der Sonne bleiben kann.

Ist es theoretisch möglich, ein Sonnensegel anzuwinkeln, um eine heliozentrische Umlaufbahn zu erzeugen, so dass die Zeitdauer der Beschleunigung über eine anhaltende Winkelbeschleunigung verlängert werden kann? Oder drückt der photonische Radialdruck das Segel nur nach außen, weg von der Sonne, unabhängig von der Ausrichtung des Segels?

Antworten (2)

Richtiges Wenden bedeutet, schräg gegen den Wind zu segeln. Dies ist im Weltraum nicht möglich. Sie können nicht wie ein Boot wenden, weil ein Boot mit seinem Kiel gegen das Wasser drückt und dem Wind eine Gesamtgeschwindigkeit verleiht. Es gibt im Weltraum kein Medium, gegen das das Raumschiff drücken könnte, daher kann man nicht wie ein Boot wenden.

"damit die Zeitdauer der Beschleunigung verlängert werden kann ..."

Nein. Es ist nicht möglich, Energie so zu speichern. Ich nehme an, Sie stellen sich vor, das Segel bleibt in der gleichen Umlaufbahn und wird immer schneller, bevor es plötzlich mit hoher Geschwindigkeit abfliegt. Leider funktioniert es ohne ein Medium, das dagegen ankämpft, nicht so. Die Form/Größe der Umlaufbahn und die Umlaufgeschwindigkeit sind absolut miteinander verbunden. Sie können das eine nicht ändern, ohne das andere zu ändern. Das Sonnensegel verleiht dem Fahrzeug also eine Beschleunigung, und diese Beschleunigung vergrößert die Größe der Umlaufbahn. Die übertragene Bruttoenergie wird immer nach außen gerichtet sein, da der Wind immer nach außen weht.

Es ist möglich, diese nach außen gerichtete Kraft abzulenken und mit einer "Bombe zu tauchen", um näher an die Sonne heranzukommen, aber das schleudert Sie auf der anderen Seite hoch hinaus, sodass nur die Form der Umlaufbahn verändert und exzentrischer gemacht wird. Um in eine völlig niedrigere Umlaufbahn zu gelangen, muss man an Geschwindigkeit abbauen, und das kann das Segel nicht, da es immer von der Sonne weg beschleunigt wird.

In Ihrer Frage schlagen Sie vor, dass diese Beschleunigung nach außen verwendet werden kann, um das Fahrzeug in einem konstanten Abstand zu halten, um mehr von dieser Beschleunigung zu erhalten, um noch länger zu halten, funktioniert einfach nicht.

Ich schätze Ihre Antwort und korrigiere mich wegen meines Missbrauchs der Arbeit "Heften". Ich meinte etwas in der Art der Winkelablenkung. Ich habe den Wortlaut meiner Frage geändert, um dies widerzuspiegeln. Vielen Dank!
@solarisra Es ist möglich, das Segel zur Winkelablenkung zu verwenden und sich der Windquelle zu nähern, indem man die Periapsis der Umlaufbahn dreht. Allerdings erhöht dies auch die Apoapsis. Es ist nicht möglich, in eine allgemeine niedrigere Umlaufbahn zu gelangen, dies erfordert eine Verlangsamung in prograder Richtung. Sie sollten die andere Antwort nicht akzeptieren, sie ist falsch.
Um also eine niedrigere Sonnenumlaufbahn beizubehalten, darf das Raumfahrzeug die Fluchtgeschwindigkeit für diesen Umlaufradius nicht überschreiten. Alles, was schneller als die orbitale Fluchtgeschwindigkeit ist, wird das Fahrzeug von der Sonne wegschleudern, es sei denn, es wird von einer stärkeren, entgegenwirkenden Kraft eingewirkt. Da die Fluchtgeschwindigkeit aus der Umlaufbahn mit zunehmendem Abstand von der Sonne abnimmt, muss eine Gegenkraft exponentiell stärker werden, wenn das Raumfahrzeug beschleunigt, um eine stabile Umlaufbahn aufrechtzuerhalten. Da eine so starke Gegenkraft nicht vorhanden wäre, ist eine stabile Umlaufbahn bei zunehmender Beschleunigung unmöglich. Ist das richtig?
Ich stelle mir dann vor, dass in einem bestimmten Abstand, abhängig von der Größe des Segels, mehr Beschleunigung erzeugt werden kann, wenn man sich linear von der Sonne bewegt (mit dem Segel senkrecht zur Sonne) als bei einer spiralförmigen Umlaufbahn (mit einem geneigten Segel) zwischen denselben Schnittpunkte von Spirale und Linie.

Ein Sonnensegel kann in jedem Winkel auf das Sonnenlicht treffen, und das ist im Wesentlichen die einzige Möglichkeit, es zu betreiben, da der Lichtdruck zu gering ist, um Sie beliebig weit wegzublasen. Und indem Sie Ihren Ablenkwinkel wählen, könnten Sie in höhere oder niedrigere Umlaufbahnen gehen oder Ihre Umlaufebene ändern - Sie könnten schließlich überall im Sonnensystem hingehen.

Die coolste Methode, die ich zur Lageregelung gesehen habe, ist das Ikaros-Sonnensegel der japanischen Luft- und Raumfahrtbehörde. Sie verwendeten LCDs an den Rändern des Segels, um das Reflexionsvermögen zu steuern und dadurch Drehmomente aufzubringen.

https://www.space.com/25800-ikaros-solar-sail.html

Das ist kein Heften. Und er fragte nicht nach Einstellungskontrolle, Sie könnten diesen irrelevanten Teil entfernen.
Das ist Wenden, wie es das OP definiert hat. Aber Sie haben Recht, dass es nicht so ist, wie es das Wörterbuch definieren würde, und ich habe meine Antwort angepasst, um dies widerzuspiegeln. Was die Einstellungskontrolle betrifft, so wird es gemacht, und ich verstehe nicht, warum das Thema vermieden werden sollte. Es scheint relevant zu sein, um den Prozess zu verstehen, und es ist eine sehr clevere Technik, also habe ich es drin gelassen.
Diese Antwort sollte nicht akzeptiert werden. Es ist nicht möglich, das zu tun, was diese Antwort vorschlägt. Eine Bewegung gegen den Sonnenwind (dh eine Absenkung der Umlaufbahn) ist nicht möglich.
Auch. falsch, dass ein Segel in jedem Winkel auf den Sonnenwind treffen kann. Es kann den Wind nur in einem Winkel von 180 Grad treffen, was bedeutet, dass die resultierende Kraft immer von der Windquelle entfernt ist.
Während es möglich sein mag, mit einem Segel überall im Sonnensystem hinzugehen, ist es nicht möglich, beliebige Umlaufbahnen zu erreichen, insbesondere niedrigere.
Nach weiteren Recherchen fand ich heraus, dass der Schub abhängig von der Einstellung und Albedo des Segels vektorisiert werden kann. Eine stabile Umlaufbahn kann jedoch nicht mit konstanter Beschleunigung aufrechterhalten werden.
Sonnensegel funktionieren durch leichten Druck, nicht durch Sonnenwind. Die maximale Beschleunigung eines Sonnensegels bei 1 AE beträgt etwa 1,5 mm/s^2, während die Gravitationsbeschleunigung mit etwa 6 mm/s^2 viermal höher ist. Sowohl die Lichtintensität als auch die Schwerkraft nehmen mit dem umgekehrten Quadrat der Entfernung ab, sodass dieses Verhältnis im gesamten Sonnensystem gilt. Das heißt, ein zunächst ruhendes Sonnensegel fällt in die Sonne; es würde sicherlich nicht einfach wie ein Drachen wegblasen. Sie würden eine niedrigere Umlaufbahn erreichen, indem Sie Licht in Richtung Ihrer Umlaufbahn reflektieren, langsamer werden und sich fallen lassen.
Wenden eines Sonnensegels, um die Dauer der Beschleunigung zu verlängern
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