[論文レビュー] High Speed AB-Solar Sail

Alexander Bolonkin|ArXiv.org|Jan 8, 2007

Electromagnetic Launch and Propulsion Technology参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、太陽に近い場所で強い太陽放射圧を活用する高反射性のミラー状の帆を用いた高速AB太陽 sailを提案しており、太陽スライドバイミッションにより最大400 km/sの速度に達する。設計は高反射性により熱的損傷を最小限に抑え、速やかな惑星間航行や太陽系脱出を可能にする。

ABSTRACT

The Solar sail is a large thin film used to collect solar light pressure for moving of space apparatus. Unfortunately, the solar radiation pressure is very small about 9 mkN/sq.m at Earth's orbit. However, the light force significantly increases up to 0.2 - 0.35 N/sq.m near the Sun. The author offers his research on a new revolutionary highly reflective solar sail which flyby (after special maneuver) near Sun and attains velocity up to 400 km/sec and reaching far planets of the Solar system in short time or enable flights out of Solar system. New, highly reflective sail-mirror allows avoiding the strong heating of the solar sail. It may be useful for probes close to the Sun and Mercury and Venus. Key words: AB-solar sail, highly reflective solar sail, high speed propulsion.

研究の動機と目的

• 深宇宙探査に適した極めて高い速度を達成可能な太陽 sail 推進システムの開発を目的とする。
• 地球軌道における太陽放射圧の低さの課題を、太陽に近づくことでより大きな推力を得ることで解決することを目的とする。
• 太陽に近接する際の熱的損傷を、高反射性帆素材の使用によって軽減することを目的とする。
• 従来の推進剤を一切使用せずに、遠方の惑星への高速移動や太陽系脱出を可能とすることを目的とする。
• 高反射性と高速性能を併せ持つ新種の太陽 sail の実現可能性を示すこと。

提案手法

• 帆は、太陽光子からの運動量移動を最大化するため、高反射性のミラー状フィルムとして設計される。
• 宇宙船は、太陽に近づくことで強い太陽放射圧を利用した推力発生を実現する、パワー・ソーラー・スライドバイを実行する。
• 高反射性により吸収が低減され、熱的負荷が軽減され、近接飛行時の構造的損傷を防ぐ。
• 帆の幾何学的形状と軌道が最適化され、スライドバイ中の速度増加を最大化する。
• 理論的モデリングにより、太陽からの距離、帆の反射率、質量対面積比に基づく速度増加を予測する。
• 設計により、水星、金星、それ以上の天体へのミッションが著しく短時間で実現可能となる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高反射性太陽 sail は、太陽スライドバイにより400 km/sを超える速度を達成できるか？
• RQ2 高反射性は、太陽に近接する際の熱的劣化をどのように軽減するか？
• RQ3 太陽に近い場所で太陽放射圧を用いて到達可能な最大速度は何か？
• RQ4 このような帆は、従来の推進剤を一切使用せずに、速やかな惑星間または恒星間ミッションを可能にするか？
• RQ5 太陽スライドバイ中に速度増加を最大化するための最適な帆および軌道パラメータは何か？

主な発見

• AB太陽 sail は、太陽に近い場所での太陽放射圧を活用することで、最大400 km/sの速度に達することができる。
• 太陽に近い場所では太陽放射圧が0.2–0.35 N/m²にまで増加し、地球軌道と比較して著しく推力が向上する。
• 高反射性材料により熱的負荷が低減され、太陽に近接しての安全な運用が可能になる。
• 帆の設計により、外惑星への高速移動や太陽系脱出が可能となる。
• 理論的分析により、反射率のおかげで熱的破壊を回避しつつ、高い加速度を維持できることを確認した。
• 推進剤を一切使用せず高速な惑星間航行が可能となり、化学推進や電気推進とは全く異なる画期的な代替手段を提供する。