Արևային առագաստը տիեզերանավը մղելու միջոց է՝ օգտագործելով աստղի կողմից արձակված լույսի և բարձր արագությամբ գազերի ճնշումը (նաև կոչվում է արևային լույսի ճնշում): Եկեք մանրամասն նայենք դրա սարքին։
Առագաստի օգտագործումը նշանակում է էժան տիեզերական ճանապարհորդություն՝ զուգորդված երկարատև կյանքի հետ: Բազմաթիվ շարժական մասերի բացակայության, ինչպես նաև վառելիքի օգտագործման անհրաժեշտության պատճառով նման նավը պոտենցիալ կարող է կրկնակի օգտագործել օգտակար բեռների առաքման համար: Երբեմն օգտագործվում են նաև լույս կամ ֆոտոնային առագաստ անվանումները։
Հայեցակարգային պատմություն
Յոհաննես Կեպլերը մի անգամ նկատեց, որ գիսաստղի պոչը նայում է Արեգակից և ենթադրեց, որ հենց աստղն է առաջացնում այս ազդեցությունը: 1610 թվականին Գալիլեոյին ուղղված նամակում նա գրել է. «Նավին տրամադրեք արևային զեփյուռին հարմարեցված առագաստ, և կլինեն նրանք, ովքեր կհամարձակվեն ուսումնասիրել այս դատարկությունը»։ Թերևս այս խոսքերով նա անդրադարձավ հենց «գիսաստղի պոչ» երևույթին, թեև այս թեմայով հրապարակումներ հայտնվեցին մի քանի տարի անց։
James K. Maxwell-ը XIX դարի 60-ական թվականներին հրապարակել է էլեկտրամագնիսական դաշտի տեսությունը ևճառագայթում, որի ժամանակ նա ցույց տվեց, որ լույսն ունի իմպուլս և այդպիսով կարող է ճնշում գործադրել առարկաների վրա։ Մաքսվելի հավասարումները տեսական հիմք են տալիս լույսի ճնշման շարժման համար: Հետևաբար, արդեն 1864 թվականին ֆիզիկայի հանրության ներսում և դրսում հայտնի էր, որ արևի լույսը կրում է իմպուլս, որը ճնշում է գործադրում առարկաների վրա։
Սկզբում Պյոտր Լեբեդևը փորձնականորեն ցույց տվեց լույսի ճնշումը 1899 թվականին, իսկ հետո Էռնեստ Նիկոլսը և Գորդոն Հալը 1901 թվականին նմանատիպ անկախ փորձ կատարեցին՝ օգտագործելով Nichols ռադիոմետրը:
Ալբերտ Էյնշտեյնը ներկայացրեց այլ ձևակերպում ՝ ճանաչելով զանգվածի և էներգիայի համարժեքությունը: Այժմ մենք կարող ենք պարզապես գրել p=E/c որպես իմպուլսի, էներգիայի և լույսի արագության հարաբերակցություն:
Սվանտե Արրենիուսը 1908 թվականին կանխատեսել է արեգակնային ճառագայթման ճնշման հնարավորությունը, որը կենդանի սպորներ է տեղափոխում միջաստեղային հեռավորությունների վրա, և, որպես հետևանք, պանսպերմիա հասկացությունը: Նա առաջին գիտնականն էր, ով պնդում էր, որ լույսը կարող է առարկաներ տեղափոխել աստղերի միջև։
Ֆրիդրիխ Զանդերը հրապարակեց մի աշխատություն, որը ներառում էր արևային առագաստի տեխնիկական վերլուծությունը: Նա գրել է «հայելիների հսկայական և շատ բարակ թիթեղների օգտագործման» և «տիեզերական արագությունների հասնելու համար արևի լույսի ճնշման մասին»։
Այս տեխնոլոգիան մշակելու առաջին պաշտոնական նախագծերը սկսվել են 1976 թվականին Ռեակտիվ շարժիչ լաբորատորիայում՝ Հալլի գիսաստղի հետ առաջարկվող հանդիպման առաքելության համար:
Ինչպես է աշխատում արևային առագաստը
Լույսը ազդում է մոլորակի ուղեծրում կամ ներսում գտնվող բոլոր մեքենաների վրամիջմոլորակային տարածություն. Օրինակ՝ Մարս մեկնող սովորական տիեզերանավը Արեգակից ավելի քան 1000 կմ հեռավորության վրա կլինի: Այս էֆեկտները ներառվել են տիեզերական ճանապարհորդության հետագծերի պլանավորման մեջ՝ սկսած 1960-ականների առաջին միջմոլորակային տիեզերանավից: Ճառագայթումը նույնպես ազդում է մեքենայի դիրքի վրա, և այդ գործոնը պետք է հաշվի առնել նավի նախագծման ժամանակ: Արեգակնային առագաստի վրա ուժը 1 նյուտոն է կամ պակաս։
Այս տեխնոլոգիայի կիրառումը հարմար է միջաստղային ուղեծրերում, որտեղ ցանկացած գործողություն իրականացվում է ցածր տեմպերով։ Թեթև առագաստի ուժային վեկտորը կողմնորոշված է արևի գծի երկայնքով, ինչը մեծացնում է ուղեծրի էներգիան և անկյունային իմպուլսը, ինչի հետևանքով նավը հեռանում է արևից։ Ուղեծրի թեքությունը փոխելու համար ուժի վեկտորը դուրս է արագության վեկտորի հարթությունից:
Դիրքի կառավարում
Տիեզերանավի վերաբերմունքի կառավարման համակարգ (ACS) անհրաժեշտ է Տիեզերքով ճանապարհորդելիս ցանկալի դիրքը հասնելու և փոխելու համար: Սարքի դրված դիրքը փոխվում է շատ դանդաղ, հաճախ միջմոլորակային տարածության մեջ օրական մեկ աստիճանից պակաս: Այս գործընթացը շատ ավելի արագ է տեղի ունենում մոլորակների ուղեծրերում: Արևային առագաստ օգտագործող մեքենայի կառավարման համակարգը պետք է համապատասխանի կողմնորոշման բոլոր պահանջներին:
Կարգավորումը ձեռք է բերվում նավի ճնշման կենտրոնի և զանգվածի կենտրոնի միջև հարաբերական տեղաշարժի միջոցով: Դրան կարելի է հասնել կառավարման թիակների, առանձին առագաստների շարժման, հսկիչ զանգվածի տեղափոխման կամ ռեֆլեկտիվը փոխելու միջոցովունակություններ.
Կանգնած դիրքը պահանջում է, որ ACS-ը զուտ ոլորող մոմենտ պահի զրոյի վրա: Առագաստի ուժի պահը հետագծի երկայնքով հաստատուն չէ։ Փոփոխություններ արևից և անկյան հեռավորությունից, ինչը շտկում է առագաստի լիսեռը և շեղում է աջակցող կառուցվածքի որոշ տարրեր, ինչը հանգեցնում է ուժի և պտտման փոփոխության:
սահմանափակումներ
Արևային առագաստը չի կարողանա աշխատել Երկրից 800 կմ-ից ցածր բարձրության վրա, քանի որ մինչև այս հեռավորությունը օդի դիմադրության ուժը գերազանցում է լույսի ճնշման ուժը: Այսինքն՝ արեգակնային ճնշման ազդեցությունը թույլ է նկատելի, և այն ուղղակի չի աշխատի։ Առագաստանավի շրջադարձի արագությունը պետք է համապատասխանի ուղեծրին, ինչը սովորաբար խնդիր է միայն պտտվող սկավառակի կոնֆիգուրացիաների համար:
Օպերատիվ ջերմաստիճանը կախված է արևի հեռավորությունից, անկյունից, անդրադարձումից և առջևի և հետևի ռադիատորներից: Առագաստը կարող է օգտագործվել միայն այնտեղ, որտեղ ջերմաստիճանը պահպանվում է իր նյութական սահմաններում: Այն սովորաբար կարող է օգտագործվել արևին բավականին մոտ՝ մոտ 0,25 AU, եթե նավը խնամքով նախագծված է այդ պայմանների համար:
Կազմաձևում
Էրիկ Դրեքսլերը հատուկ նյութից արևային առագաստի նախատիպ է պատրաստել։ Դա 30-ից 100 նանոմետր հաստությամբ բարակ ալյումինե թաղանթի վահանակով շրջանակ է: Առագաստը պտտվում է և պետք է անընդհատ ճնշման տակ լինի։ Այս տեսակի կառուցվածքն ունի մեկ միավոր զանգվածի բարձր տարածք և հետևաբարարագացումը «հիսուն անգամ ավելի արագ», քան տեղակայվող պլաստիկ թաղանթների վրա հիմնվածները: Այն քառակուսի առագաստ է՝ կայմերով և զույգ գծերով առագաստի մութ կողմում։ Չորս հատվող կայմ և մեկը կենտրոնին ուղղահայաց՝ լարերը պահելու համար։
Էլեկտրոնային դիզայն
Պեկկա Յանհունենը հորինել է էլեկտրական առագաստը։ Մեխանիկորեն այն քիչ ընդհանրություններ ունի ավանդական լուսային դիզայնի հետ: Առագաստները փոխարինվում են ուղիղ հաղորդիչ մալուխներով (լարերով), որոնք շառավղով դասավորված են նավի շուրջը։ Նրանք ստեղծում են էլեկտրական դաշտ: Այն մի քանի տասնյակ մետր տարածվում է շրջակա արևային քամու պլազմայի մեջ: Արեգակնային էլեկտրոնները արտացոլվում են էլեկտրական դաշտով (ինչպես ավանդական արևային առագաստի ֆոտոնները): Նավը կարող է կառավարվել՝ կարգավորելով լարերի էլեկտրական լիցքը։ Էլեկտրական առագաստն ունի 50-100 ուղղված լար՝ մոտ 20 կմ երկարությամբ։
Ինչի՞ց է այն պատրաստված?
Դրեքսլերի արևային առագաստի համար մշակված նյութը 0,1 միկրոմետր հաստությամբ բարակ ալյումինե թաղանթ է: Ինչպես և սպասվում էր, այն ցուցադրել է բավականաչափ ուժ և հուսալիություն տիեզերքում օգտագործելու համար, բայց ոչ ծալման, գործարկման և տեղակայման համար:
Ժամանակակից դիզայնի մեջ ամենատարածված նյութը ալյումինե թաղանթն է «Kapton» 2 միկրոն չափի: Այն դիմադրում է Արեգակի մոտ բարձր ջերմաստիճաններին և բավականաչափ ուժեղ է:
Կային որոշ տեսականՄոլեկուլային արտադրության տեխնիկայի կիրառման մասին ենթադրություններ՝ նանոտողովակային գործվածքների ցանցերի վրա հիմնված առաջադեմ, ամուր, ծայրահեղ թեթև առագաստ ստեղծելու համար, որտեղ հյուսված «բացերը» լույսի ալիքի երկարության կեսից պակաս են: Նման նյութը ստեղծվել է միայն լաբորատորիայում, իսկ արդյունաբերական մասշտաբով արտադրության միջոցները դեռ հասանելի չեն։
Թեթև առագաստը մեծ հեռանկարներ է բացում միջաստղային ճանապարհորդության համար։ Իհարկե, դեռ շատ հարցեր և խնդիրներ կան, որոնց պետք է բախվել նախքան տիեզերքի միջով ճանապարհորդելը նման տիեզերանավի դիզայնով մարդկության համար սովորական բան դառնա:
