Ich kann mir einen Satelliten mit einem Sonnensegel vorstellen, der auf der Nachtseite der Erde rollt, dann gegen den „Nachmittag“ abrollt und auf jeder seiner „Sonnenuntergangsseite“ der Reise vorangetrieben wird. Wäre ein solches System eine praktikable Methode, um den Satelliten auf unbestimmte Zeit (oder bis Aktuatoren ausfallen) in der Umlaufbahn zu halten, oder würden andere Faktoren (z. B. atmosphärischer Widerstand) dies unmöglich machen?
Erstens wirken mehrere Kräfte auf ein Segelfahrzeug.
Wenn Sie sich auf weniger als 770 km begeben, ist der atmosphärische Luftwiderstand bei weitem die größte Kraft, die Ihre Apoapsis nach unten zieht.
Zitat von Vulpetti (2008) :
Beim Ausrollen in LEO kann der Widerstand des Segels, der durch seinen Flug durch diese Restatmosphäre entsteht, sehr hoch sein; größer als der Schub, den das Segel durch die Reflexion des Sonnenlichts erfährt. Einfach ausgedrückt, verliert ein in LEO geflogenes Segel sehr schnell Energie durch die Wechselwirkung mit der Ionosphäre (trotz der Tatsache, dass es durch reflektiertes Sonnenlicht beschleunigt wird) und befindet sich auf einer Wiedereintrittsbahn. Es ist leicht zu berechnen, dass ein Segel über 700 km (nominell) hinaus funktionieren soll; berücksichtigt man die Veränderungen der oberen Atmosphäre, erhöht sich die bisherige untere Grenze auf 750 bis 770 km.
Zweitens ist das Setzen eines Segels ein riskantes und nicht vollständig verstandenes Manöver. Sie möchten es nicht wiederholt verstauen und einsetzen.
Drittens, wenn es keinen Sonnendruck gibt, müssen Sie das Segel nicht verstauen. Vorausgesetzt, Sie fahren über die 770-km-Grenze hinaus, müssen Sie lediglich das Segelfahrzeug drehen. Nun ist das Sicherstellen der erforderlichen Rotationsraten (Attitude Control Authority) ein Problem, wenn man berücksichtigt, dass das gesamte Segelboot sehr leicht sein muss, um sich auf den Sonnenstrahlungsdruck verlassen zu können.
Zwischen der atmosphärischen Verzögerung über fast 1000 km besteht das Problem, dass sowohl das Sonnenlicht als auch der Sonnenwind durch den Übergang in den Schatten eines Planeten abgeschnitten werden.
Da dies selbst bei hohen Umlaufbahnen mehr Energie auf die Sonnenseite bringt, macht das Segel, wenn es passiv eingesetzt wird, die Umlaufbahn elliptischer und schiebt sie planetenwärts auf die sonnenzugewandte Keule.
Nehmen wir ein flaches Segel senkrecht zum Wind an: Wenn Sie sonnenwärts kommen, verlangsamt es Sie, senkt Ihre Periapsis, indem es Sie sowohl verlangsamt als auch durch direkten Schub, und erhöht Ihre Apoapsis aufgrund des Schattens leicht, aber weniger.
Jetzt kippen wir es für eine Wende nach außen beim Einlaufen: Sie verlangsamen immer noch, verbreitern und verflachen den Einflugbogen. Auf der Hinfahrt zieht es Sie auf den Planeten zu, verengt ihn und beschleunigt Sie leicht zurück. An dem Stück, das der Sonne am nächsten ist, beschleunigt es Sie gegen die Umlaufbahn; Das verlangsamt Ihre Umlaufbahn und senkt Ihre Periapsis. Außerhalb der Sonne wird die Geschwindigkeit erhöht, außer im Schatten - sie entspricht also nicht dem Betrag des sonnenzugewandten Bogens. Dies verzerrt die Längsachse der Umlaufbahn, senkt aber immer noch die Periapsis.
Das Neigen in die andere Richtung treibt die Annäherung nach unten und gegen den Spin, wodurch die Periapsis radikaler abgesenkt wird, und die sonnenzugewandte Seite und die Hälfte des Rückzugs sind Beschleunigung; die sonnenabgewandte Zeit verlangsamt sich, wird aber unterbrochen, die Apoapsis nimmt leicht zu. Es verzerrt auch die Längsachse der Ellipse der Umlaufbahn.
Nun, selbst wenn es richtig gewendet ist (ankommender Arm nach außen, unser ankommender Arm nach außen, solarseitiger Arm nach hinten), drängt es immer noch beständig auf den Planeten zu. Wenn die Umlaufbahn hoch genug ist, könnte es in der Lage sein, die Apoapsis nach oben zu drücken und genügend Beschleunigung aufrechtzuerhalten, um die nach außen gerichtete Kraft der Sonnenenergie zu überwinden.
Als passives System wird es Sie schließlich in die Atmosphäre treiben, und an diesem Punkt ist es eine Belastung.
Als aktives System kann es theoretisch verwendet werden, um die Umlaufgeschwindigkeit für den größten Teil der Umlaufbahn zu erhöhen und langsam nach außen zu beschleunigen. Theoretisch könnte dies sogar zum Beschleunigen bis zum Ausbrechen verwendet werden, vorausgesetzt, man startet in einer Umlaufbahn von weit über 1000 km und kann das Segel schnell genug wenden, um beim Wenden des Segels am sonnenzugewandten Extrem kein Problem zu sein.
Es gibt auch das Problem der Exzentrizität – die Beschleunigung nur auf einer Seite eines Planeten würde, soweit ich weiß, Ihre Exzentrizität allmählich erhöhen, bis er schließlich der Umlaufbahn, in der er sich befand, vollständig entkommen würde. Da ich aber kein Experte bin, kann ich mich leicht irren.
Hirsch Jäger
SF.
Hirsch Jäger
AlanSE
Hirsch Jäger
SF.
PearsonArtPhoto