Wie groß dürfen Sonnensegel sein?

Wenn es Ihnen wirklich, wirklich egal ist, schnell von einem Ort im Weltraum zum anderen zu gelangen, kann ein Sonnensegel eine gute Option sein. Ein Sonnensegel ist leicht (kein Wortspiel beabsichtigt) und benötigt keinen Bordtreibstoff. Auf den ersten Blick klingt es wie der Traum eines Luft- und Raumfahrtingenieurs. Das große Problem ist jedoch, dass es lange dauert, um auf sinnvolle Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Das Problem kann ein wenig gezähmt werden, indem das Sonnensegel größer gemacht wird, aber das bedeutet, dass es unhandlich (und damit schwieriger zu entfalten) und ein wenig schwer in eine Rakete zu stopfen ist. Also noch einmal, hier gehe ich mit einer "Größen" -Frage:

Wie groß können Sonnensegel vernünftigerweise werden (bei endlichen Ressourcen)? Was sind die größten, die derzeit auf dem Reißbrett sind?

Schließlich könnte man, wie call2voyage betont hat, mit „einem Asteroiden und einem 3-D-Drucker“ ein sehr großes Sonnensegel herstellen. Ist weltraumgestützte Fertigung eine vernünftige Option?

Was wäre, wenn ich dir sagen würde, dass du es nicht in eine Rakete stopfen musst? Gib mir einen Asteroiden und einen 3-D-Drucker und ich mache dir ein so großes Segel, wie es Ressourcen und Statik erlauben.
@called2voyage Haha. Ich dachte mir, jemand würde die weltraumgestützte Fertigung zur Sprache bringen, wenn auch vielleicht mit anderen Methoden. Ich werde die Frage bearbeiten, um zu sehen, ob ich diese Lücke schließen kann.
Weltraumgestützte Fertigung ist keine vernünftige Option ... noch nicht.
@briligg Sie beziehen sich auf Schlussfolgerungen in einer kürzlich veröffentlichten Studie des National Research Council ? Weil es weithin wegen mangelnder Vision kritisiert wurde und vorschlug, dass noch mehr Boards, Panels, Foren und dergleichen eingerichtet werden sollten, um die Bemühungen der NASA in der weltraumgestützten additiven Fertigung zu „unterstützen“. Sie scheinen es vorzuziehen, dass die NASA nur mehr Bürokratie im Weltraum in 3D drucken würde. Und wir alle wissen, dass Bürokratie kein besonders gutes Sonnensegel ausmacht. Man erreicht den Weltraum nicht, indem man in Washington ankert.
Diese Frage hat eine enge Abstimmung als "primär meinungsbasiert" - dh Fakten wären schwer zu finden. Kann der Wähler das begründen? Scheint im Prinzip ähnlich zu sein wie space.stackexchange.com/questions/819/…
@HDE226868 Es kann sein, dass der Downvoter Probleme mit dem Wort "angemessen" hat. Ich bin mir aber nicht sicher warum, was die Hauptfrage angeht. Es ist ziemlich klar, dass Sie über die Grenzen dessen sprechen, was gestartet werden kann. Die Frage, ob eine weltraumgestützte Fertigung sinnvoll ist, ist allerdings, wie formuliert, etwas subjektiver.
Was meinen Kommentar angeht, so denke ich gerne an eine ferne Zukunft, jenseits eines Wendepunkts, an dem der Weltraum ein wirtschaftlicher Nettoverlust ist. Spucke darüber, warum die Frage eine enge Abstimmung erhalten könnte und nicht beantwortet wurde - hängt es nicht stark davon ab, wie dünn Sie Ihr Material machen können? Hängt es also nicht weitgehend von Ihrer Herstellungstechnik und Ihrem Budget ab? Und was ist mit der Montage von Abschnitten im Weltraum? Vielleicht leidet diese Frage darunter, dass sie so zukunftsorientiert ist, dass sie schwer einzugrenzen ist (wie es auch meine Fragen tun).
Obwohl ich die Grenzen nicht kenne, kann ich sehen, dass es Grenzen geben würde. Je größer Ihr Segel ist, desto länger müssen die Schnüre sein, die das Segel mit Ihrem Raumschiff verbinden. Diese Schnüre haben Gewicht. Je größer also Ihr Segel ist, desto geringer ist das Verhältnis von Segelfläche zu Gesamtgewicht.
@LorenPechtel, aber das ist eine theoretische Grenze, die selbst davon abhängt, wo das Segel verwendet wird - wenn es zur Venus geht, kann es ein niedrigeres Verhältnis tolerieren als wenn es zum Jupiter geht.
Bei extrem großen Sonnensegeln müssten sie gedreht werden, um ihre Form beizubehalten, und Sie können ihren Widerstand ohnehin auf Impulsänderungen übertragen. Ich würde also sagen, dass die Größengrenze durch die Zugfestigkeit des Gewebes definiert wäre, wobei seine Außenkanten ständig radial zu seiner Mitte beschleunigen, dh die sogenannte Zentrifugalkraft erzeugen. Es könnte zwar durch Stützstrukturen verstärkt werden, aber das kann nicht ewig so weitergehen und irgendwann stößt man an materielle oder Massengrenzen. Die Fragen sind dann, von welchen Materialien sprechen wir, wo würde es eingesetzt werden und muss es irgendwo hin?

Antworten (1)

Dies ist keine vollständige Antwort (es gibt wirklich keine, da das, was als "angemessen" angesehen wird, von der antwortenden Person abhängt), aber:

Mit der aktuellen Technologie, vorausgesetzt, wir haben keine Herstellung im Weltraum durchgeführt (was viel dünnere Segel ermöglichen würde, die nicht gefaltet und in eine Rakete gepackt werden müssen), und ohne sich auf etwas zu verlassen, das noch nicht entwickelt wurde, können Sonnensegel aus 2 µm dickem Mylar bestehen, das eine Dichte von 1,39 g/cm³ hat, ohne die extrem dünne Aluminiumschicht darauf zu zählen. Das ergibt etwa 360 m² pro Kilogramm. Angenommen, der Booster mit dem stärksten Auftrieb für 2015 wird ein Falcon Heavy (53.000 kg für LEO) sein, der 19 km ^ 2 entspricht, oder, wenn Sie es vorziehen, ein kreisförmiges Sonnensegel mit einem Durchmesser von etwa 4,9 Kilometern.

Beachten Sie, dass dies nicht das Gewicht der erforderlichen Takelage, Steuersysteme usw. beinhaltet. Ich wollte nur eine grobe Richtlinie geben.

Die beste Wahl für ein Sonnensegel der nahen Zukunft wäre jedoch die weltraumgestützte Fertigung. Laut Wikipedia hat ein Ingenieur namens Eric Drexler einen 0,1-µm-Aluminiumfilm durch Dampfabscheidung hergestellt. Die weltraumgestützte Fertigung (vermutlich unter Verwendung eines Asteroiden als Ausgangsmaterial) würde den Bau beliebig großer Sonnensegel ermöglichen.

Wie groß dürfen Sonnensegel sein?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v