Radiometrisk space sejl

on 16 December 2012.

Der er nogle effekter, der ligner et irritationsmoment, bivirkninger med det ønskede resultat. Faktisk at slippe af med disse effekter, brugt en masse tid, er eksperimentet bringes til en sådan grad af perfektion, som vi er nødt til at bruge som den mest moderne teknologi og kunsten at eksperimentatoren. Så Lebedev, måle trykket af lys, blev tvunget til at kæmpe på kanten af ​​det mulige med radiometriske kræfter, helt overskygget resultatet.

Radiometriske kræfter i de hundreder af tusinder af gange større end den kraft af et let tryk.

Konvektion kræfter i titusindvis af gange større end den kraft af et let tryk. (AV Perishkin fysik kursus. M., Uddannelse, 1970, bind 3, str.302).

Men nogle gange disse bivirkninger kan have sine anvendelser, hvis du anvender dem på andre områder. Brugen af ​​radiometriske kræfter i moderne konstruktioner af rum sejlads forfatter er lovende retning.

Prøv dette eksperiment.

Lad det sorte på begge sider af et lyslegeme (Lap af sværtede folie, for eksempel) på den ene side er tusind gange bedre isolering end den anden. Hvori isolerende lag er transparent for lys, men meget dårligt for varmeoverførsel. I praksis kan dette for eksempel opnås ved gennemsigtighed. To af kronbladene er anbragt på bjælken, som er på spidsen eller hænger på en tynd tråd.

Virkningsmekanismen er som følger.

Lys falder på den sorte fane, og uanset hvilken side! Blad opvarmes og mister varme til den omgivende luft, men fordi på den ene side er isolering, den vigtigste varmeoverførsel sker hvor lap kontakt med miljøet. Den opvarmede luft udvider lag (molekyler erhverve temperatur lap) og frastødt af kronbladene. Petal naturligt frastødt fra de opvarmede lag og begynder at bevæge sig i den modsatte retning. (Erfaringerne med et simpelt stykke papir på bjælken - simulator torsion balance -. Og palme som varmekilde viser samme effekt)

Ligesom et spejl i rummet, modtager solstråling have kan trække strøm af hundredtusindvis af gange hurtigere end eksisterende sol sejl. Den eneste ulempe ved denne sejl bliver nødt til at fylde rummet foran sejl hvad eller gasformigt stof. Det er dette stof, sejle, vil det modtage fra solvarm overflade momentum og otshvyrnetsya fra ham, men på samme tid og sejl tog fart i den modsatte retning.

Nu søger at sejle spejl lag til perfekt reflektere lyset, så fremdriften er fordoblet. Desuden forsøger en masse af spejle og gøre så lidt som muligt - kun interaktionen af ​​fotoner med spejlet effektiv. Forfatteren foreslår også at gøre netop det modsatte: De fleste zachernyat overflade for at tage op sol sejl opvarmet til sådanne temperaturer at gøre det arbejde effektivt som en jetmotor. Og det vil arbejde ikke kun om bord lager materiale, men også om sagen i rummet, som kommer fra solen eller vil uundgåeligt blive returneret til sejle solstråling. Intensiteten af ​​solens stråler er så høj, at kasseret materiale fra sejl nødvendigvis ansigt eller med fotoner eller med solvinden, og igen tilbage til sejlet. Fri bane af partiklerne før kollisionen vil ikke være stor, solrig rum er ikke den kolde vakuum, der opnås i laboratoriet, dette rum, fuld af energi og energirige partikler.

Comet haler blæst af Solen, og for eksempel brint, sol trykkraft tusindvis af gange højere end den kraft af gravitationel tiltrækning. Og andre stoffer opfører sig værre. Der er imidlertid, haler af kometer, som kaldes unormal rettet mod Solen, er den natur, som stadig diskuteres. De menes at bestå af tunge molekyler og støv. De er forårsaget af emissioner af stoffet fra kometen vendt mod Solen, fra de opvarmede og burnoisparyayuschihsya sites. De er korte, skarpe og hurtigt spredt, ødelagt af solens stråling. I praksis ser vi en flare raketmotor. Energileverandører (Sun) opvarmer overfladen af ​​kometen, og overfladen er ikke ensartet, der er mørke og lyse områder, derudover er der flygtige komponenter (is, frosne gasser) og trudnoisparyaemye (støv, sten). Flygtige komponenter fra den opvarmede overflade kastes ud i rummet, kometen kommer ud, ændrer bane ændringer i løbet af fremkomsten og meget frustrerende astronomer.

 Vi anslår ca radiometrisk tryk sol sejlareal, for eksempel 100 m2. Let tryk på en solrig dag på jordens overflade 0,4 dyn pr  m2 af energi kommer til dette område hvert sekund, 1400 W, at udrykningsstyrke (radiometrisk kraft) 100 000 gange større end trykket af lys, får vi 0,4 N pr m2 eller det samlede areal på 40 N. Hvad er meget, meget dårlig, fordi den ikke bliver brugt om bord magt.

Men jeg vil gerne evaluere og tab.

I det åbne rum, stråling, hvor er meget højere, og energien vil være større: Jordens atmosfære sender ikke en X-ray bjælker, stiv ultraviolet, radiobølger, solvinden og neutrale molekyler, der er blæst ud af solsystemet. Derfor, hvis vi tage magten i 2000 watt, er det stadig ikke vil være nok (i en afstand fra solen er lig med radius af Jordens bane). Den samlede energi, opfattes sejle hele området vil være 200 000 watt (200 kW). Vi vil ikke anser systemet, konverterer, at energi og næret af en ion motor - enhver transformation er tabet af energi. Naturligvis ville det ideelle være at tage hele energien i et sejl, til opnåelse af varmen (energi) i en punktkilde (jetmotor), der fungerer effektivt. Men vi kan gøre med solceller, der har en effektivitet på 10%. Og desuden, mister vi arbejder stof.

Vi antager, at sejlet - det sværtede metalfolie, belagt på den ene side isolerende lag. Afkølingen af folien opstår på grund af varmestråling og ved varmeveksling med et fyldmateriale - arbejdsmateriale. Jo højere temperaturen på overfladen af sejlet, vil mere energi være brugt på stråling (tab). Den største del af energien vil give sejlet arbejder stof (gas) er i kontakt med sejlet, jo mere effektivt er omdannelsen af ​​energi og jo større er trykket.

 Ifølge Stefan-Boltzmanns

R= G T4

R-Integral energi lysstyrke et sort legeme

Т-temperatur, К

 G-konstant, 5,71х10-12 W/sм2град4= 5,71х10-8W/м2 град4

Vi antager, at sejlet vil varme op til 200 grader Celsius (473 K). For stråling fra et areal på 100 m2 derefter forlade

5,71х10-8х5х1010х100=28,55х104 Вт

Dette er højere end rapporteret (200.000 watt) Sejlet kan ikke varme op til denne temperatur.

 Vi antager, at sejlet vil varme op til 100 grader Celsius (373 K).

5,71х10-8х1,9х1010х100= 10,8 х104W

Det er halvdelen af ​​den strøm (200 kW hver anden indkommende solenergi) vil gå til den termiske stråling. Halvdelen af ​​strømmen går til varme og skrald arbejder substans.

 Betragt formlen

d(mV)/dt=F

Hvis hvert sekund vi vil opvarme den samme mængde af arbejdsmediet (vægt er konstant), og vil ændre hastigheden af arbejdsmediet (0 til 2000 m / s - hastigheden af lette molekyler (hydrogen) ved en driftstemperatur på 373 K), for en stak på 40 N kræver 0,02 kg af stoffet. 100 kW af energi er mere end nok til at opvarme en række stoffer. Og selv overophedet.

 Vi kan derfor konkludere, at hovedlinjerne i de radiometriske kræfter vil være mere end de estimerede betalinger.

 Forbrug af materiale i timen er 72 kg. I løbet af dagen, 1728 kg. Dette er en hel del. Selv om der samme dag skibet vil øge magten

40 Nх3600sх24 =3 456 000 Ns

Er der virkelig fri bane gas fyldstof er lille? Vil der være et afkast på sejlet materiale af solens stråling?

 Beregne frekvensen af ​​de fotoner, der falder på området, lig med størrelsen af en hypotetisk foton - bølgelængde.

 Lad på en sværtet krop falde solskin, der transporterer energi i 2000 W/m2 (E). Vi antager en gennemsnitlig bølgelængde på 500 nm (L). Hvor mange fotoner ramte delediameter på 500 nm per sekund (n)?

n=NS,          n=ES/e=ES/hn=ESL/hc=EpL3/(4hc)

S=pL2/4, р -Antallet "pi"

Erstatning data

Е - 2000 W,

с- 300 000 000 м/s,

h- 6,62х10-34 J s,

L- 500 нм=5х10-7м konventionelle bølgelængden af ​​den indfaldende lys.

 opnå 9,88х108 fotoner.

Webstedet område med en foton falder milliard fotoner per sekund.

Den gennemsnitlige tæthed af det interplanetariske medium 10-17 kg/m3. Kunstig frigivelse af den arbejdende stof i spejlet vil forøge densiteten af ​​mediet i spejlet fx en milliard gange (109), det vil sige det vil være 8,10 kg/m3. (Dette er et laboratorium tomrum! Så selv om man tager tætheden er tusind gange større, har vi meget svært deploy design.) Vi antager, at det område af spredningen ti meter, der er, hvis molekyler af arbejdstiden stoffet vil flyve videre, så vil de ikke vende tilbage til spejlet (selvom Dette er bestemt ikke tilfældet.) Cylinder, det område, hvor bunden er kvante, og længden af ​​10 meter, vil have en kapacitet på 25 x10-13 m3. Masse af stof i det vil være 25*10-21 kg. Proton masse 1,67 × 10-27 kg. Det er omkring 15 millioner protoner på denne cylinder. Derfor det indfaldende lys i det omfang, der kræves for at mødes med en molekyle af stof og ikke bare (en milliard fotoner for 15 millioner partikler!). Så du skal ikke nødvendigvis nødt til at bruge, og 0,02 kg af stoffet per sekund for at skabe design af radiometriske kræfter - hver anden multiplicitet stofbrug er sikret).

Spørgsmålet er, hvad materiale skal fyldes, fordi det kan være fuldstændig gennemsigtig for nogle stråler, og de vil ikke have nogen indvirkning på ham. Men solindstråling uden for jordens atmosfære har et meget bredt spektrum - fra den hårde ultraviolette for radiobølger, og valget af materialer - næsten uendelig (legkoioniziruemyh af lithium, natrium, cæsium at trudnoioniziruemyh helium og andre ædelgasser eller komplekse organiske gasser, oxider, forbindelser), så mulighed for, at absorption i gasblandingen sker er meget høj.

Så for at opsummere resultaterne.

Solen udstråler energi, og pr kvadratmeter overflade vinkelret på de stråler er omkring 2 kW effekt (i nær-Jord rum.) Radiometriske kræfter, som skyldes samspillet af kroppen med varm gas, hundredtusindvis af gange større end kraften af ​​let tryk. Stof, smidt varm overflade i retning af solen, skal du sørge for at blive udsat for sollys og vende tilbage til overfladen (viger, tog fart). Hvis stoffet er tilbage med en højere temperatur end det havde, da droppet (fordi den har absorberet energien af ​​fotonen eller tog fart, når den exciteres et vist niveau), er det ikke kun afkøle spejl, men det vil varmes op, hvilket giver noget af deres energi. Og det vil hæve temperaturen endnu flere spejle og øge dens fremdrift.

Og så opstår spørgsmålet - hvorfor er ved at miste den erhvervsaktive stof, hvis solens stråler kørsel ham tilbage i den erhvervsaktive volumen? Er det ikke bedre at skabe en struktur, som vil sikre minimal spredning materiale i det interstellare rum? I det mindste. Når de flyver fra Solen

Den konkrete udformning af forfatteren er tilfældet i øjeblikket.

Lav en cylinder af en film. Den ene ende af cylinderen er sværtet på ydersiden ende af isolerede det termisk. Den anden ende af cylinderen er transparent. Laterale overflade af forsølvede eller aluminiseret (Mirror). Cylinderen er forseglet (naturligvis ikke ligefrem - tabet er så små, at de kan ignoreres.) Transparent ende (vindue) cylinder drejes mod solen.

Virkningsmekanismen er som følger.

Solens stråler passerer gennem det gennemsigtige vindue, der handler dels på gas fyldstof, der giver energi til delvis sorte kanter. Hot røv og dråber gasmolekylerne. Vilkårlige ekspansion og stråling begrænset side forsølvet overflade af cylinderen. Faldt fra blackened ende af molekylet flyver til det gennemsigtige vindue, men på vej tilbage mødte fotoner af solstråling, delvist mister energi, delvis tilbage til de sorte kanter. Disse molekyler, der ikke opfylder fotoner strejke gennemsigtige vindue, hvilket selvfølgelig er skidt, fordi de reducerer cravings. Men som vi har set, er sandsynligheden for, at de vil mødes med de fotoner er langt højere end sandsynligheden for fri flyvning. Da længden af ​​cylinderen og en forøgelse af densiteten af ​​gassen i det sandsynligheden for fri flyvning vil blive reduceret. Desuden den totale energi opfanges af arbejdsvolumen og vil stige.

Når du flyver til solen hat vendte sig mod ham blackened kant, som er termisk isoleret med transparent film. Opvarmer butt garbage materiale, udseendet af radiometriske kræfter. At undgå nedrykning stof eller dets interaktion med den modsatte transparent ende (som vejer tungere end virkningen af ​​kræfter -! Et lukket system) ved den modsatte ende af dette sæt ekstra spejle, hvis lys rettes ind i cylinderen. Spejle på tryk af lys giver en hundrede tusinde gange mindre strøm end den modtager fra blackened ansigt radiometriske kræfter! Det vil sige, kan størrelsen af ​​disse spejle være mange gange større end arealet af den sorte ende. Fotoner fra disse yderligere spejle "Pierce" molekylerne i arbejdsområdet stof tilbage i cylinderen, og drive dem til en sort kant, som har den højeste temperatur i systemet. Blackened ansigt blev genopvarmet (giver energi) fluer molekyler, som derefter impuls i retningen modsat solen! Processen gentages hvert sekund.

Fact. I begyndelsen af ​​rumalderen amerikanerne lancerede Sputnik "Echo", der kastede bolden i kredsløb, fyldt med natrium damp. Natrium er kendt for at overgangen fra en ophidset tilstand til en normal udsender meget intens gul lys. Ved at spore bolden, var det let at bestemme de orbital elementer og udføre andre eksperimenter. Det blev antaget, at ballonen satellit overleve adskillige år. Men solstråling slog ham i et par uger. Dette kan betragtes som en indirekte bevis store radiometriske ydeevne sejl. Aktuelle satellitter bærer multimeter solceller, har meget ringe effekt af solens stråler - det er et rent sol sejl.

 Lebedev kæmpede med radiometriske kræfter, studere let tryk. Men den første undersøgelse af disse kræfter er også på hans talent. Måske, at den første satellit kaldes radiometrisk sejl "Lebedev"?