«Солнечный парус» Выполнила: ученица 11А класса Гимназии 363 Додонова Яна Руководитель: учитель физики Орлова Ольга Валерьевна ГОУ Гимназия 363 Фрунзенского района Выполнила: ученица 11А класса Додонова Яна Руководитель: учитель физики Орлова Ольга Валерьевна Санкт-Петербург 2008 г. Солнечный парус

Цель работы: Исследовать актуальность, возможность и целесообразность использования светового давления для космических полетов Исследовать актуальность, возможность и целесообразность использования светового давления для космических полетов Задачи: 1. Оценив величину светового давления, рассмотреть возможности использования светового давления в космической технике 2. Определить проблемы космоплавания и целесообразность использования солнечных парусников 3. Описать конструкции солнечных парусов и свойства материалов, из которых они изготавливаются 4. Разобрать физические основы управления солнечным парусом 5. Осветить перспективы использования солнечных парусников

Природа света Свет – электромагнитная волна Свет – поток частиц - фотонов

Опыты по доказательству и измерению давления света Опыт Никольса и Гула 1619г. Идея о том, что свет может оказывать давление, приписывают Иогану Кеплеру. 1873г. Дж.Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствие. 1893г. Американские ученые Никольс и Гул представили экспериментальное доказательство светового давления. 1900г. П.Н.Лебедев измерил световое давление и подтвердил предсказание Максвелла.

П.Н.Лебедев Опыт Лебедева (1900г.) Опыт Лебедева

Величина светового давления и его оценка Квантовая и электромагнитная теории света позволили вычислить величину давления света Квантовая и электромагнитная теории света позволили вычислить величину давления света Эта величина очень мала, но телу малой массы она может сообщить огромную скорость Эта величина очень мала, но телу малой массы она может сообщить огромную скорость Ft = Nmc F = Nmc/t = nStmc/t P = F/S = nmc P = nh ν /c = nE/c = k/c K - Солнечная постоянная K = 0, Вт/м Р 4, Па

Световое давление в астрономии Световое давление обеспечивает стабильность звезд, противодействуя силам гравитационного сжатия Действием давления света объясняются некоторые формы кометных хвостов Давление солнечного света на мельчайшие частицы уносит их на огромные расстояния

Солнечный парус 1924г. Фридрих Артурович Цандер Изобрел Солнечный парус. Впервые рассмотрел конструкции Солнечных парусов. Попытался разобрать основы теории движения космического аппарата под солнечным парусом. Фридрих Цандер

Управление солнечным парусом

Размеры и материалы Космический аппарат массой 500 кг требует парус площадью 5 гектаров (квадрат со стороной 225 м) Солнечный парус – полиэфирная пленка толщиной 5мкм с субмикронным слоем алюминия (коэффициент отражения – 0,85)

Размеры и материалы Материал должен быть максимально легким, прочным, тонким и хорошо отражающим свет. Каптон Обладает высокой термостойкостью, высокими физико-механическими и электрическими показателями, мало изменяющимися в широком интервале температур. Срок службы пленки на воздухе при 250 градусах Цельсия – 12 лет, а при 400 градусах Цельсия – 10 лет.Каптон Обладает высокой термостойкостью, высокими физико-механическими и электрическими показателями, мало изменяющимися в широком интервале температур. Срок службы пленки на воздухе при 250 градусах Цельсия – 12 лет, а при 400 градусах Цельсия – 10 лет. Милар Термопластик. Твердое бесцветное вещество. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик, термостоек, не растворим в воде и др. органических растворителях.

Возможные конструкции Каркасная конструкция Бескаркасная - «Вращающаяся» конструкция

Проблемы космоплавания Основные проблемы: 1. Развертывание паруса площадью несколько гектаров в рабочее положение 2. Жесточайший лимит на полную массу корабля 3. Обеспечение требуемой ориентации паруса по отношению к солнечным лучам

Перспективы космоплавания Разумно управляя солнечным парусом : Его можно разогнать около Земли, выйти в межпланетное пространство и отправиться в космическое путешествие Его можно разогнать около Земли, выйти в межпланетное пространство и отправиться в космическое путешествие С его помощью можно изучать Солнце с малого расстояния С его помощью можно изучать Солнце с малого расстояния Его можно использовать в роли сборщика космического мусора с околоземных спутниковых орбит Его можно использовать в роли сборщика космического мусора с околоземных спутниковых орбит Его можно использовать не только в роли космического движителя, а в качестве космического осветителя Земли Его можно использовать не только в роли космического движителя, а в качестве космического осветителя Земли

Космоплавание сегодня 2000г. – НПО им.Лавочкина и Институт космических исследований РАН начали работу по программе КАСП. 2004г. NASA –эксперимент по раскрытию 4-сегментного паруса. 2004г. ISAS – Япония. В ходе суборбитального полета успешно проведено открытие паруса типа «Клевер».

Будущее космоплавания В 2008г. Россия готовит к испытанию Солнечный парус, который сможет за 5 дней долететь до Марса. Постоянное давление солнечного света будет все время ускорять корабль, который сможет разогнаться до скорости в 5 раз превышающей скорость обычной ракеты. И это без всяких затрат топлива. Ученые NASA предложили заменить алюминиевый или углеродный парус магнитосферой – «сплетенным» вокруг космического аппарата коконом магнитных полей. Магнитное поле диаметром км. Будет прогибаться под действием Солнечного ветра, подобно магнитному полю Земли.