by Η ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην ανώτερη ατμόσφαιρα της γης από τα 3,8χ1026 W περιορίζεται στα 1380 W/m2 περίπου. Διασχίζοντας δε την ατμόσφαιρα της γης καταλήγει στα 300 W/m2 περίπου αν αφαιρέσουμε και τις όποιες απώλειες λόγω ανάκλασης κλπ, από ένα φωτοβολταϊκό πάνελ του 1 m2 μόλις που συντηρούμε δύο λαμπτήρες. Βέβαια έχει το πλεονέκτημα ότι είναι δωρεάν και άνευ επιβάρυνσης για το περιβάλλον.
Στην άσκηση που ακολουθεί θα δούμε τις δυνατότητες που μας παρέχει η ηλιακή ακτινοβολία για διαστημικές πτήσεις. Αρχικά να διαλύσουμε δύο μύθους που κυκλοφορούν ευρέως. Πρώτον: Τα ηλιακά πανιά που χρησιμοποιούν τα διαστημόπλοια δεν ωθούνται από τον ηλιακό άνεμο αλλά από τα φωτόνια της ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλώνται ή όχι στα πανιά όπως θα δούμε στην άσκηση. Ο ηλιακός άνεμος μεταφέρει πλάσμα κινούμενο με περίπου 500 km/h έναντι 1.080.000.000 km/h των φωτονίων και σχεδόν μηδενική ώθηση στα πανιά. Δεύτερον: Η δύναμη των φωτονίων σε πανιά με λογικό εμβαδόν όπως θα δούμε είναι πολύ μικρότερη από την ελκτική δύναμη του ήλιου στο διαστημόπλοιο επομένως δε μπορεί να οδηγήσει ένα διιαστημόπλοιο σε ευθεία μακριά από τον ήλιο, εκείνο που κάνει είναι να του αλλάζει τροχιά είτε μακριά από τον ήλιο είτε κοντά.
Χοντρικά ένα ηλιακό διαστημόπλοιο πρέπει να έχει πάρα πολύ ελαφριά τέλεια ανακλαστικά πανιά με ανθρακονήματα για αντοχή από σύγκρουση με μετέωρα, όσο το δυνατόν μεγαλύτερου εμβαδού καθώς και μικροσκοπικά μικρού βάρους όργανα. Για παράδειγμα το διαστημόπλοιο lightsail της μη κερδοσκοπικής εταιρείας planetary society, που το 2019 πέταξε σε γήινη τροχιά και κατάφερε να αλλάξει τροχιά με τη δύναμη του ήλιου, είχε εμβαδόν πανιών 32 m2 και συνολική μάζα 5 kg (εικόνα κάτω).
Σήμερα η ανάπτυξη ηλιακών διαστημόπλοιων έχει σχετικά παγώσει λόγω υποχρηματοδότησης και άλλων προτεραιοτήτων καθώς η NASA είναι απορροφημένη στο πρόγραμμα Άρτεμις με στόχο επανδρωμένες αποστολές σε σελήνη και Άρη. Με το θέμα ασχολείται κυρίως το εργαστήριο ηλιακής φυσικής της NASA καθώς ένα ηλιακό διαστημόπλοιο μπορεί όπως θα δούμε να βρεθεί σιγά-σιγά σε τροχιά πολύ πιό κοντά στον ήλιο από τα συμβατικά διαστημόπλοια – ηλιακά παρατηρητήρια. Μεγάλος στόχος η συνεχής παρακολούθηση της ηλιακής δραστηριότητας και η κατά το δυνατόν συντομότερη προειδοποίηση για γεωμαγνητικές καταιγίδες. Τα ηλιακά διαστημόπλοια είναι επίσης ικανά για κοντινές τροχιές γύρω από αστεροειδείς που είναι ο άλλος μεγάλος στόχος της NASA σε αναζήτηση της προέλευσης του ηλιακού μας συστήματος ακόμα και της ζωής. Τέλος σε άλλη ανάρτηση είχα αναφερθεί στο project Breakthrough starshot όπου ένας στόλος 1000 νανοδιαστημόπλοιων με πανιά θα ωθείται από 100 εκατομμύριοα laser με στόχο να φτάσουμε στον α Κενταύρου σε 20 χρόνια.
Ας δούμε τώρα την άσκηση που εκ των πραγμάτων είναι υπερπαραγωγή επειδή περιέχει και ερωτήματα θεωρίας.
Καλησπέρα Άρη. Πολύ ωραίο άρθρο.
Η άσκηση όχι μόνο δεν είναι υπερπαραγωγή, αλλά ανήκει στην ύλη της Β΄στα κεφάλαια της ορμής και της βαρύτητας και της Γ΄ στο κεφάλαιο της κβαντομηχανικής.
Είχαμε ξανασυζητήσει για τα ηλιακά πανιά ΕΔΩ.
Ο ηλιακός άνεμος από πρωτόνια και νετρόνια, μπορεί να θεωρηθεί ρευστό με πολύ μικρή πυκνότητα ρ = 5×10−21kg/m3 κοντά στη Γη (σε απόσταση 1AU από τον Ήλιο).
Η πίεση που δημιουργεί μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση
p = 1/2 ρ υ2
Mε υ = 500km/h = 138,89m/s βγαίνει p1 = 4,82×10−17Pa
Η πίεση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι p2 = 4,56×10-6Pa
Σαφώς μεγαλύτερη.