Июнь 2015

В орбите существует затор. Больше чем 400 телекоммуникационных спутников, плюс неопределенное число отставного, неудавшегося, и секретного космического корабля, занимают узкую полосу пространства на приблизительно 35 000 километров выше экватора Земли. Теперь, исследователи нашли способ облегчить перегруженность: приложение солнечных парусов к спутникам, которые продвинули бы их в 10 – 30 километрах к северу или юг от стандартной орбиты. Космические эксперты говорят, что такие паруса могли также открыть другие орбитальные положения, которые ранее считали недосягаемыми.

Телекоммуникационные спутники должны остаться в том же положении выше Земли в любом случае — в так называемой геосинхронной орбите — так, чтобы спутниковые антенны постоянно не вертелись для прослеживания их. Благодаря законам тяготения и орбитальной механике, единственный путь к спутнику для поддержания геосинхронного положения состоял в том, чтобы двигаться по кругу выше экватора.

Но эта главная недвижимость становится недостаточной. Спутники могли переместиться на север или юг, но дополнительное топливо ракеты должно было поддержать их менее – стабильные орбитальные положения будут дорогими и ограничили бы жизнь ремесла.

Это – то, где солнечные паруса входят. Большой квадрат рефлексивно покрытого Майлара — говорит, сто метров на стороне — могли поймать достаточно солнечного света, чтобы продвинуть спутник выше или ниже самолета экватора и поддержать достаточно толчка для удерживания его в геостационарном положении.

Видеть, работала ли бы идея, космический инженер Колин Макиннес и один из его аспирантов, Шэхида Баига, в университете Стратклайда в Соединенном Королевстве, начатом с вычислений, развитых Робертом Форвардом, физиком и консультантом НАСА. Форвард, умерший в 2002, установил это, фотоны солнечного света, текущего через солнечную систему, содержали достаточную энергию для подталкивания, солнечный парус выстроил спутник из геостационарной орбиты, и поддержите ее новое положение без потребности в тяжелых, питаемых жидкостью охотниках. Японский космический корабль IKAROS, запущенный в прошлом месяце, проверяет основное понятие солнечного паруса.

Другие ученые подвергли сомнению вычисления Форварда, потому что, они спорили, его фигуры не были достаточно точны. Но с помощью суперточных компьютерных моделей, Макиннес и Баиг решили, что Вперед было действительно правильно. Новые вычисления, изданные в, Могут/Июнь Журнал Руководства, Контроль и Динамика, показали, что солнечный свет, поражающий солнечный парус, будет достаточен для подталкивания спутника в геостационарную орбиту. И из-за его непрерывного давления, солнечный свет мог также держать космический корабль в той орбите неопределенно без потребности в охотниках.

Несмотря на то, что исследование предоставляет только теоретическое доказательство понятия, эксперты видят блестящее будущее для спутников солнечного паруса. Например, говорит космический инженер Бен Дидрич из Национального управления исследований океана и атмосферы в Сильвер-Спринг, Мэриленд, исследователи могли припарковать спутники по полюсам Земли для обеспечения непрерывного климата, контролирующего в этих широтах. Или паруса могли толкнуть космический корабль солнечного исследования в более выгодные орбиты изучать солнце. Солнечный парус помог орбитам, он говорит, «еще один жизнеспособный вариант для будущих планировщиков миссии рассмотреть».

Футбольный матч Франции с Бразилией 3 июня 1997 был особенно незабываем. В заключительные моменты первого раунда Tournoi de France — настройки для чемпионата мира в следующем году — бразильский игрок Роберто Карлос, выигранный, что стало известным как невозможная цель. Стоя в 35 метрах от сети, он пнул футбольный мяч до сих пор вправо, который вратарь, Фабьен Бартез, даже не перемещал для блокирования ее. Но в воздушном пространстве, шар внезапно и существенно образовал дугу вниз и налево, приземлившись только в сети и заработав очко, закончившее матч вничью.

Как мог шар, очевидно летающий до сих пор от отметки — и отправка болл-боя, который нигде не был около цели, ныряющей для покрытия — внезапно делают такую сногсшибательную смену курса? Для обнаружения, исследователи в Политехнической школе в Палезо, Франция и Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles в Париже, расширили их эксперименты на поведении снарядов в жидкостях для включения физики спортивных шаров. Вместо того, чтобы качаться на поле для гольфа или пнуть на футбольном поле, они использовали переносную рогатку для увольнения крошечных пластмассовых шаров в резервуар воды. Вода значительно упростила логистику: Это влияло на снаряды тем же путем, воздух влияет на большие шары, но в масштабе сантиметров.

Используя быстродействующую фотографию и компьютерные модели, бригада нашла, что крошечные шары вели себя удивительно как невозможный удар Карлоса. Когда выпущено, они первоначально пронеслись через воду в прямой линии. Но в нескольких миллисекундах, они образовали дугу от курса.

Часть этого поведения происходит из-за известного явления, названного результатом Магнуса. Рогатка с силой посылает мяч вперед, но также и посылает его прядущий на перпендикуляре оси к его направлению движения. Как скорости шара через жидкость, ее поверхность вращения тянет жидкость с ним, ускорение поток жидкости мимо одной стороны сферы и замедления это на другом. Поскольку давление жидкости уменьшается, когда его скорость увеличивается, та разность оборотов создает толчок к стороне быстрее движущейся жидкости и заставляет шар переместиться в нежную дугу. Результат объясняет curveballs бейсбола.

Но сопротивление от окружающей среды также замедляет шар, значительно не влияя на его вращение или результат Магнуса. В результате изгиб пути становится более трудным и более трудным, в конечном счете формируя спираль вместо простой изменчивой дуги.

На основе экспериментов бака для воды исследователи создали уравнение для описания точно, что произошло с пластмассовыми шарами. Путем включения множества факторов, включая оригинальный заголовок, плотность и скорость, они могли предсказать траекторию любого сферического объектного выстрела в воду, они сообщают онлайн сегодня в Новом Журнале Физики.

Относившийся удар Карлоса, эксперименты показали, что он «мог только сделать этот замечательный выстрел, потому что он был достаточно далек от цели», объясняют физик и соавтор Дэвид Кр. По существу расстояние Карлоса и чрезвычайно сильный удар — приблизительно 130 километров в час — дали шару достаточно высокую скорость для продвижения его далеко от цели, прежде чем результат Магнуса вступил во владение и послал его прядущий в сеть. Результат не замечен так же существенно на других спортивных состязаниях, таких как бейсбол и теннис, потому что расстояние между питчером и отбивающим или между этими двумя теннисистами намного короче. Основной момент исследования, Кр говорит, то, что «оборот может использоваться для [ведения] траектории снаряда умным и предсказуемым все же удивительным способом».

Это – влиятельная и соответствующая газета, демонстрирующая, как гидроаэромеханика может использоваться в качестве описательного и прогнозирующего инструмента, говорит жидкость dynamicist Эндрю Макковского из Корнелльского университета. «Существование спирального пути является новым», говорит он, «и их объяснение явления вероятно».

*Эта история была исправлена для решения двусмысленности в описании силы Магнуса.