[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出一种高速AB-太阳帆，利用高反射率镜面帆面，借助靠近太阳时强烈的太阳辐射压，通过太阳飞掠机动实现高达400 km/s的速度，通过高反射率设计最小化热损伤，从而实现快速行星际飞行或脱离太阳系。

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.

研究动机与目标

• 开发一种能够实现极高航速以用于深空探测的太阳帆推进系统。
• 通过利用靠近太阳的位置以获得更大推力，解决在地球轨道处太阳辐射压较低的挑战。
• 通过使用高反射率帆面材料，减轻在接近太阳时的热损伤。
• 仅利用太阳光子压力，实现快速飞往遥远行星或脱离太阳系。
• 展示一种新型太阳帆的可行性，该太阳帆结合高反射率与高速性能。

提出的方法

• 帆面设计为高反射率的镜面薄膜，以最大化太阳光子的动量传递。
• 航天器执行动力太阳飞掠，利用太阳附近强烈的太阳辐射压实现加速。
• 高反射率可减少吸收与热载荷，防止在近距离接近时发生结构损伤。
• 帆面几何形状与轨道轨迹经过优化，以在飞掠期间实现最大速度增益。
• 理论建模预测了基于太阳距离、帆面反射率及质量-面积比的速度增益。
• 该设计可支持前往水星、金星及更远天体的潜在任务，并显著缩短飞行时间。

实验结果

研究问题

• RQ1 高反射率太阳帆能否通过太阳飞掠实现超过400 km/s的速度？
• RQ2 高反射率如何减轻在接近太阳时的热降解？
• RQ3 在太阳附近利用太阳辐射压可实现的最大速度是多少？
• RQ4 此类帆能否在无需传统推进剂的情况下实现快速行星际或星际飞行？
• RQ5 为在太阳飞掠期间实现最大速度增益，帆面与轨道参数的最优组合是什么？

主要发现

• AB-太阳帆可通过利用太阳附近的太阳辐射压实现高达400 km/s的速度。
• 在太阳附近，太阳辐射压可增至0.2–0.35 N/m²，相比地球轨道显著增强推力。
• 高反射率材料可降低热载荷，使航天器能在靠近太阳时安全运行。
• 该帆面设计可实现快速飞往外行星，并具备脱离太阳系的潜力。
• 理论分析证实，由于高反射率，帆面可在不发生热失效的情况下维持高加速度。
• 该方法可实现无推进剂、高速的行星际飞行，为化学或电推进提供革命性的替代方案。