ПРЕВРАЩЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ НЕДОСТАТКОВ В ПРОПУЛЬСИЮ
Современные технологии солнечных парусов поднимают вопросы о том, как они могут использоваться для эффективного движения без традиционных источников топлива. В этой статье мы рассмотрим новую методику, предложенную исследователями из Пенсильванского университета, которая может значительно повысить маневренность солнечных парусов с помощью техники киригами.
СОЛНЕЧНЫЕ ПАРУСА: БЕНЕФИТЫ И ПРОБЛЕМЫ
Солнечные паруса не требуют топлива, что является одним из их основных преимуществ. Однако один из главных вопросов заключается в том, как обеспечить их поворот. В традиционных парусных технологиях капитан может изменять угол паруса для оптимального улавливания ветра. Но в случае солнечных парусов отсутствие руля и использование света в качестве «ветра» создают уникальные сложности.
На данный момент для поворота солнечных парусов используются несколько методов, среди которых наиболее распространены реакционные колеса. Однако эти устройства требуют топлива и имеют значительный вес, что ограничивает эффективность паруса. Другые методы, такие как так называемые «концы с плавниками» и устройства контроля отражаемости (RCD), также имеют свои недостатки, такие как механическая сложность и необходимость в постоянной подаче энергии.
КИРИГАМИ: НОВЫЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ СОЛНЕЧНЫМ ПАРУСОМ
Киригами, традиционная японская техника резьбы по бумаге, предлагает новый взгляд на управление солнечными парусами. Вместо традиционных методов, которые часто требуют значительных затрат времени и ресурсов, исследователи предлагают внедрить «рези» в материал паруса, позволяя ему изгибаться и изменять отражение света.
Этот подход подразумевает создание «единичных ячеек» в сетке панелей, где каждая ячейка содержит специальные разрезы. При вытягивании пленки, эти разрезы обеспечивают возможность «изгиба», создавая 3D-поверхность. Такие изогнутые секции ведут себя как несколько маленьких зеркал, отражая свет под разными углами и тем самым помогая парусу маневрировать.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ТЕСТИРОВАНИЕ НОВОГО МЕТОДА
Хотя для создания этих изгибов требуется небольшое количество электрической энергии, оно минимально, благодаря использованию серводвигателей, которые функционируют только во время работы. Это отличие от RCD, которые постоянно расходуют энергию даже в состоянии покоя.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи провели как симуляцию, так и физический эксперимент. При помощи стандартного пакета компьютерного моделирования COMSOL они провели серию экспериментов по трассировке лучей, измеряя силы на парусе при различных углах изгиба и солнечных условиях. Результаты показали, что пара небольших сил может эффективно поворачивать солнечный парус.
Вторая часть эксперимента заключалась в тестировании пленки в условиях лаборатории, где использовался лазер для наблюдения за изменением угла отражения при различных деформациях. Результаты подтвердили предсказанные значения и открытия, что демонстрирует практическую применимость метода.
ПЕРСПЕКТИВЫ И БУДУЩЕЕ СОЛНЕЧНЫХ ПАРУСОВ
Технология киригами имеет огромный потенциал для снижения затрат на энергозатраты и топливо при маневрировании солнечных парусов. Несмотря на наличие конкурирующих технологий, которые также стремятся решать эти задачи, опытные миссии по тестированию остаются довольно редким явлением. Таким образом, может потребоваться время, прежде чем мы увидим это новшество в действии на орбите. Но когда это произойдет, перспектива использования солнечных парусов намечается как совершенно новая глава в исследовании космоса.
В заключение, технология киригами может революционизировать управление солнечными парусами, снижая энергетические затраты и повышая их маневренность. Это может открыть новые горизонты для космических исследований, делая солнечные паруса более эффективными и доступными для будущих миссий.
