Дифракционный солнечный парус
Дифракционный солнечный парус , или дифракционный световой парус , представляет собой тип солнечного паруса которого основано на дифракции, а не отражении на , движение . [1] [2] В современных конструкциях дифракционных парусов используются тонкие пленки метаматериала микрометрового размера, , содержащие решетки основанные на поляризационных или субволновых преломляющих структурах, заставляющие свет распространяться (т.е. дифрагировать) и тем самым оказывать радиационное давление , когда он проходит через них. [2] [3]
История
[ редактировать ]Идея использования дифракции для солнечного паруса была впервые предложена в 2017 году исследователями Рочестерского технологического института . [4] Частично это стало возможным благодаря достижениям в области проектирования и изготовления материалов (особенно решеток), а также оптоэлектронного управления . [5] В 2019 году проект дифракционного солнечного паруса Рочестерского технологического института предложил миссию на солнечную полярную орбиту с дифракционными парусами, которые могли бы достичь более высокого угла наклона Солнца и меньшего радиуса орбиты, чем миссия с отражающими парусами, достигнув НАСА NIAC фазы II . [1] [2] [6] В 2022 году проект NIAC достиг фазы III и получил поддержку НАСА в размере 2 миллионов долларов США с участием исследователей из Университета Джонса Хопкинса и Рочестерского технологического института. [7] [8]
Преимущества перед светоотражающими парусами
[ редактировать ]Светоотражающие конструкции солнечных парусов, как правило, состоят из больших тонких светоотражающих листов. По закону отражения действующие на них силы всегда будут перпендикулярны поверхности листа; поэтому шкоты необходимо наклонять во время навигации, что создает проблемы с конструкцией и управлением, а также снижает мощность, поступающую на парус. [2] [5] [7] Это, в свою очередь, может снизить надежность, увеличить массу и снизить ускорение. [2] Более того, светоотражающие паруса имеют тенденцию поглощать значительную часть падающего на них света, вызывая их нагревание; это может вызвать структурные проблемы, особенно когда парус неоднократно нагревается, а затем ему дают остыть. [5] Кроме того, каждый фотон , попадающий в парус, используется один раз, то есть либо отражается, либо поглощается. [5]
С другой стороны, в дифракционном парусе решетка может перенаправлять свет, даже когда полотно обращено непосредственно к солнцу, что обеспечивает гораздо более эффективный контроль с максимальной мощностью, попадающей на парус. [5] [2] Дифракционная пленка может быть спроектирована так, чтобы обеспечить оптоэлектронное управление решетками, тем самым уменьшая массу и повышая надежность по сравнению с механическим управлением. [2] Поскольку пленка полупрозрачна, большая часть света просто проходит через парус, что снижает общий нагрев. [5] Фотоны можно использовать повторно: либо пройдя через вторую дифракционную решетку для большей тяги, либо перейдя к солнечному элементу для выработки электроэнергии . [8]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Дубилл, Эмбер Л.; Шварцландер, Гровер А. (1 октября 2021 г.). «Обращение вокруг Солнца на дифракционных солнечных парусах» . Акта Астронавтика . 187 : 190–195. Бибкод : 2021AcAau.187..190D . doi : 10.1016/j.actaastro.2021.06.036 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Холл, Лора (8 апреля 2019 г.). «Дифракционные световые паруса» . НАСА . Проверено 9 февраля 2023 г.
- ^ Шварцландер-младший, Гровер А. (15 мая 2018 г.). «Полет по радуге: дифракционный парусник на солнечной энергии». arXiv : 1805.05864 [ physical.pop-ph ].
- ^ Шварцландер, Гровер А. (1 июня 2017 г.). «Радиационное давление на дифракционный парусник» . Журнал Оптического общества Америки Б. 34 (6): С25–С30. arXiv : 1703.02940 . Бибкод : 2017JOSAB..34C..25S . дои : 10.1364/JOSAB.34.000C25 . S2CID 118954811 . Проверено 9 февраля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Шварцландер, Гровер (12 октября 2017 г.). «СтекПуть» . www.laserfocusworld.com . Проверено 9 февраля 2023 г.
- ^ Холл, Лора (8 апреля 2019 г.). «Выборы этапов I, II и III этапов NIAC 2019» . НАСА . Проверено 9 февраля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Поттер, Шон (24 мая 2022 г.). «Солнечный парус, поддерживаемый НАСА, может поднять науку на новую высоту» . НАСА . Проверено 9 февраля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Шивараджа, Иламаран; Томсон (обзор), Лаура (29 июня 2022 г.). «Проект дифракционного солнечного паруса» . AZoOptics.com . Проверено 9 февраля 2023 г.
