Pytanie:
Czy za pomocą żagla słonecznego potrafisz ostrzec słońce?
James Jenkins
2013-07-18 15:45:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Żagle solarne to świetny, niedrogi sposób na wyjście ze słońca, jeśli się nie spieszysz. Statki oceaniczne mogą halsować pod wiatr i poruszać się pod wiatr. Czy żagiel słoneczny mógłby nabrać rozpędu wlotu (w kierunku słońca) przez halsowanie?

Nie wszystkie statki pływające po oceanie są w stanie halsować pod wiatr. Potrzebne są żagle o odpowiednich kształtach.
@Uwe - patrz pytanie dotyczące powiązanej strony siostrzanej; [Czy riggerzy kwadratowi używają również napędu typu „skrzydło samolotu”?] (Https://outdoors.stackexchange.com/questions/18533/do-square-riggers-also-use-aircraft napęd typu skrzydłowego)
Sześć odpowiedzi:
#1
+37
Bob Stein
2013-07-24 08:15:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie, ponieważ stępka nie ma nic lepszego niż woda.

W żeglarstwie wodnym istnieją dwa wektory sił , wektor reakcji wiatru na żagiel oraz wektor stępki i steru na wodę. Te wektory sumują się, aby napędzać żaglówkę. Działa to dla prawie każdego kierunku na kompasie, z wyjątkiem tego, skąd wieje wiatr, lub około 45 stopni z każdej strony. „Bicie blisko wiatru”, jak wspomina @geoffc, przekracza ten limit. „Halsowanie” to zygzak - przez chwilę idąc 45 stopni zgodnie z ruchem wskazówek zegara od wiatru, a potem przez chwilę 45 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Poruszanie się pod wiatr.

W żeglarstwie słonecznym istnieje tylko jeden wektor siły , ponieważ istnieje tylko jedno medium, fotony słoneczne, jak wspomina @Craig. W przypadku jednego wektora granice kierunku stają się większe niż 90 stopni w każdą stronę, z której dociera światło słoneczne. Więc bez zygzowania, bez zaginania, przy użyciu czegoś takiego jak halsowanie.

Teraz może grawitacja może zostać użyta jako kolejny wektor za pomocą mechaniki orbitalnej, jak wspominają @Pearson i @SF, a może pewnego dnia będzie to nazywane „halsowaniem”, ale fizyka jest zupełnie inna niż stępka w wodzie.


AKTUALIZACJA, The Economist z 23 września 2017 r., str. 73:

Pod pewnymi względami E-żagiel [wykonany z 20-kilometrowych linek z ładunkiem dodatnim, odpychających cząsteczki wiatru słonecznego] przypomina żagiel słoneczny, rywalizujący pomysł na zasilanie wytwarzaj tanio w kosmosie. Żagiel słoneczny zapewnia napęd, ponieważ odbijane przez nie światło słoneczne wywiera nacisk na żagiel, popychając go do przodu. Ale żagle elektroniczne mają ważną przewagę nad żaglami słonecznymi. Po rozwinięciu nie ma łatwego sposobu na zatrzymanie statku, gdy żagiel słoneczny nabiera prędkości. Jednostce napędzanej żaglami elektrycznymi można zapobiec przyspieszaniu, po prostu wyłączając działo elektronowe. Oznacza to, że może powrócić na Ziemię pod wpływem grawitacji Słońca.

Jest kilka odpowiedzi z dużą ilością szczegółów, podoba mi się sposób, w jaki ta odpowiedź łączy je wszystkie (i zawiera należne uznanie za poprzednie odpowiedzi). Każda z pozostałych odpowiedzi daje wspaniały wgląd w wyzwania i opcje, a gdybym mógł zaakceptować wszystkie, ale ponieważ mogę zaakceptować tylko jedną, wybieram tę. Chociaż jest krótka i mocno zapożyczona z innych dzieł, ładnie podsumowuje i dobrze się czyta.
#2
+35
Craig Constantine
2013-07-18 18:40:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie możesz bezpośrednio napędzać żagla słonecznego w kierunku słońca.

Słoneczny „żagiel” jest w zasadzie lustrem. Analogia wiatru i żagli na statkach nie jest przydatna do zrozumienia działania żagli słonecznych.

Każdy foton słońca, który uderza w żagiel, jest odbijany. Każdy foton nadaje niewielki pęd. Jeśli żagiel jest skierowany bezpośrednio na słońce, to otrzymujesz dwukrotność pędu fotonu dodanego do żagla. Jeśli ustawisz żagiel pod kątem, to wysyłasz każdy foton w kierunku, który nie jest bezpośrednio z powrotem w kierunku słońca; To daje siłę netto po jednej stronie. Możesz więc kontrolować wektor całkowitej siły odbijających fotonów, ale kierunek netto jest zawsze większy niż 90 stopni od słońca. Gdy lustro zbliża się krawędzią do Słońca, wektor siły wypadkowej zbliżyłby się do 90 stopni od Słońca i spadłby do zera.

(Zauważ, że ciśnienie fotonów słonecznych ma zastosowanie do wszystkiego. To nie musi być zaprojektowany żagiel. Mechanika orbitalna obecnie bierze pod uwagę „lekkie ciśnienie” przy dokładnym określaniu orbit statków kosmicznych.)

Możesz zmienić swoją orbitę za pomocą żagla słonecznego.

Możesz użyć pędu z żagla słonecznego, aby zmienić ekscentryczność orbity, aby przesunąć część orbity bliżej Słońca itp.

Jeśli chcesz płynąć bezpośrednio w kierunku słońca z ziemi, nie potrzebujesz siły popychającej cię bezpośrednio w kierunku słońca. Potrzebujesz siły pchającej w kierunku przeciwnym do normalnego kierunku orbity. To zmniejsza twój moment pędu wokół Słońca, a następnie spadasz w kierunku słońca z powodu grawitacji.

+1. Bardzo podoba mi się ta odpowiedź - chciałbym tylko, żebyś odwrócił pogrubione punkty. Należy położyć nacisk na to, że można dostać się na słońce żaglem słonecznym, używając żagla do obniżenia perygeum.
Dobra odpowiedź. Jednak może to uczynić główne jaśniej: żagiel słoneczny może przenieść cię bliżej lub dalej od słońca.
#3
+27
PearsonArtPhoto
2013-07-18 18:34:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W rzeczywistości jest to trochę łatwiejsze niż myślisz. W świecie Orbital Dynamics wystarczy przyspieszyć lub spowolnić swoją orbitę, aby zbliżyć / oddalić się od obiektu, który orbitujesz. Więc wszystko, co musisz zrobić, to wytworzyć pęd netto, który popycha do spowolnienia twojej prędkości orbitalnej.

Jednak dużą częścią tego, co sprawia, że ​​halsowanie jest dobre, jest fakt, że zmuszasz wodę do działania jako środek tarcia przeciw wiatrowi, w istocie powodując, że spowalnia cię.

Nie jestem ekspertem w takich ruchach, ale uważam, że konfiguracja taka jak poniżej zadziała, zapewniając, że strzałka jest kierunkiem ruchu orbitalnego, a żagiel jest elementem podobnym do litery T. Aby to się stało, kierunek może być przesunięty o 90 stopni i może nie działać zbyt blisko słońca, ale powinien przynajmniej skierować Cię we właściwym kierunku.

Travelling towards the sun
Źródło: Ben Diedrich przez SolarSailWiki, CC BY-SA 3.0

W rzeczywistości zostało to już zrobione przez japońską sondę o nazwie Ikaros. Przy pomocy słońca płynął na Wenus z orbity okołoziemskiej i w ten sposób pokazał, że jest to możliwe.

Chociaż wodoodporność jest kluczowa, ponieważ chroni Cię przed popychaniem przez wiatr w kierunku wiatru, myślę, że siła nośna generowana przez żagiel jest kluczowa. Ale poza tym się zgadzam.
To jedno słońce o dziwnym kształcie.
@Undo: Nie jestem grafikiem ...
Powiedzmy, że to dwa bardzo dziwne rozbłyski słoneczne.
Drobna korekta do opisu Pearsona i @geoffcs, to nie dokładnie tarcie lub opór stępki sprawia, że ​​żeglarstwo działa. Kil bez tarcia działałby świetnie. Stępka zachowuje się w wodzie podobnie jak płat lub żagiel na wietrze. Kąt natarcia między kilem a wodą wytwarza „siłę nośną” - wektor siły prawie prostopadły do ​​kilu.
Chociaż przyjęta odpowiedź jest świetna do wyjaśnienia, dlaczego żeglowanie po wodzie i słońcu ma pewne szczególne różnice, ta odpowiedź jest świetna do wyjaśnienia, jak obejść te różnice, aby osiągnąć ten sam efekt.
#4
+8
SF.
2013-07-18 18:49:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Chociaż nie możesz wykonywać sztuczek typowych dla zwykłych żagli z powodu braku wody, aby kil nie dryfował na boki i normalnie pozwala statkowi płynąć pod wiatr, nadal jesteś w stanie wyciągnąć siłę ukośnie do promienia słońca (kąt padanie równa się kątowi odbicia; wynikająca z tego siła jest prostopadła do powierzchni), skierowana poza Układ Słoneczny.

To nie pozwoliłoby ci podróżować do wewnątrz, z wyjątkiem ... - możesz przyłożyć wspomnianą siłę składową poprzeczną skierowaną przeciwko wektorem prędkości orbity. W ten sposób, pomimo równoległego elementu wypychającego cię na zewnątrz, wbrew grawitacji Słońca, twoja prędkość orbitalna i wynikająca z tego siła odśrodkowa spadają; a podczas gdy zewnętrzna część pchnięcia żagla słonecznego jest tylko chwilowa, utrata prędkości orbity kumuluje się i prowadzi do ciągłego zmniejszania promienia orbity.

Innymi słowy: żagiel słoneczny pozwala zmienić prędkość orbity. Grawitacja słoneczna może sprawić, że podróżujesz w kierunku Słońca, w zależności od wspomnianej prędkości.

Przechylony żagiel słoneczny ma składową przyspieszenia AA z dala od Słońca i inną składową PP prostopadłą do niego. Jeśli prędkość żagla ma składową oddaloną od Sol, AA zwiększa swoją energię. Jeśli składnik jest skierowany w stronę Sol, odejmuje energię. Jeśli PP jest skierowany w kierunku poprzecznej prędkości żagla, PP dodaje energii i pędu i odwrotnie. Jeśli PP ma element prostopadły do ​​płaszczyzny orbity, zmienia nachylenie tej płaszczyzny.
Przepraszamy, wykorzystałem zbyt dużo czasu powyżej. Przechylony żagiel słoneczny ma składową przyspieszenia AA z dala od Słońca i inną składową PP prostopadłą do niego. Jeśli prędkość żagla ma składową oddaloną od Sol, AA dodaje energii. Składnik w kierunku Sol odejmuje energię. Jeśli PP jest skierowany w kierunku poprzecznej prędkości żagla, PP dodaje energii i pędu i odwrotnie. Przechylony żagiel statek kosmiczny nie porusza się po elipsie, ale nadal może okrążyć Słońce i mieć aphelium i peryhelium. Możliwe jest zmniejszenie momentu pędu do zera. Solar Sailing Colina R. McInnesa rozwija matematykę.
#5
+5
geoffc
2013-07-18 17:55:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W żeglarstwie halsowanie jest używane do pływania tak blisko wiatru, jak to tylko możliwe (oczywiście nie prosto do niego, chociaż łódź z twardymi skrzydłami Pucharu Ameryki może to zrobić), jednocześnie generując siłę nośną żagla. Dla normalnych łodzi oznacza to w najlepszym przypadku kąt 25-30 stopni do wiatru. Dlatego płyniesz zygzakiem i musisz halsować, w przeciwnym razie zboczysz z kursu.

Żagle wiatrowe nie działają pod wpływem naporu wiatru, pchania go, z wyjątkiem sytuacji z wiatrem na wprost lub w starszych żaglach kwadratowych, które można zobaczyć w filmach o piratach itp.

Nowoczesne żagle mają krzywizny i wyciągnięcia i działają jak skrzydła pionowe, generując siłę nośną z różnicy ciśnień wytworzonej przez przepływ powietrza z różnymi prędkościami po obu stronach skrzydła.

Żagle słoneczne nie mają takiej zdolności, ponieważ fotony nie działają jak cząsteczki powietrza w atmosferze. Dlatego muszą płynąć, jakby „z wiatrem”.

Tak, wiatr słoneczny (fotony, protony, elektrony, neutrony, jony, atomy… w pewnym sensie plazma) nie spełnia definicji gazu. Ale nie mogę sobie wyobrazić, że odpowiedź jest taka prosta. A co z * gigantycznymi * żaglami słonecznymi? A co z efektami elektromagnetycznymi?
@ernestopheles Może są inne sposoby na zrobienie żagla słonecznego, pływanie pod wiatr (słońce?), Ale klasyczne żeglarstwo w podejściu wiatrowym tego nie zrobi.
@RoryAlsop Tak, myślałem, że to źle, powinienem był pomyśleć o 45 stopniach jako podstawie, a wtedy możesz wskazać wyżej. Zaktualizuję.
#6
  0
Muze
2018-10-01 00:06:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tak. Używając gradientu grawitacji z pobliskich planet i Słońca. Żagiel nie wychodzi ze Słońca. Jest również na orbicie wokół Słońca, ponieważ porusza się, wszystko, co żagiel musiałby zrobić, to duży korpus lub skierować ciśnienie promieniowania w kierunku podróży, aby spowolnić jego prędkość do miejsca, w którym przyciąga go grawitacja słoneczna.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...