¿Puede la vela solar prevenir la descomposición orbital?

Puedo imaginar un satélite con una vela solar que rueda cuando está en el lado nocturno de la Tierra, luego se despliega cerca de la "tarde", impulsado en cada pasado de su "lado del atardecer" de viaje. ¿Sería tal sistema un método viable para mantener el satélite en órbita indefinidamente (o hasta que los actuadores fallen) o algunos otros factores (por ejemplo, la resistencia atmosférica) lo harían imposible?

Sí (siempre que se utilice una vela increíblemente ligera). Autopromoción desvergonzada : physics.stackexchange.com/questions/71582/…
@DeerHunter: Su idea con la vela solar es contrarrestar completamente la gravedad de la Tierra usando una enorme vela solar como propulsión en equilibrio con la atracción gravitacional. Mi idea es simplemente contrarrestar las pérdidas debidas al aire y al arrastre magnético, que causan el decaimiento orbital; no se requiere tanta energía. Son las advertencias: ¿estas mismas pérdidas no aumentarán rápidamente con el uso de la vela?
SF: Si tienes una resistencia aerodinámica considerable, la presión solar simplemente no funcionará. No hay forma de navegación solar en LEO.
Si bien no es un duplicado, la pregunta es de naturaleza similar a space.stackexchange.com/questions/370/… mientras que aquí estamos preguntando sobre velas solares para el mantenimiento de la estación orbital (podría hacer una etiqueta para esto). Esto inicialmente parece plausible pero hay complicaciones técnicas debido a la forma elíptica de la órbita. Probablemente tendrá que alternar entre atrás y cuarto para evitar esto. Además, la resistencia es proporcional al área al igual que la presión de la radiación solar, por lo que la viabilidad es exclusivamente una función de la altitud.
@AlanSE: leí mal la pregunta, por lo que no es un engaño, ni siquiera entre sitios. Desenrollar y luego guardar la vela es inviable. En el lado de la noche no usas la vela, eso es todo.
@DeerHunter: necesitaría al menos reorientar la vela hacia los "lados" antes de ingresar al lado del día; de lo contrario, en el lado de la mañana, en el mejor de los casos, la vela lo retrasaría, en el peor de los casos, se enredaría a su alrededor más allá de la esperanza, volado en su cara . Por lo tanto, gire de lado por la noche, vuele de lado durante la mañana, vuelva a reunir el viento cerca del mediodía, acelere durante la noche.
space.stackexchange.com/q/951/25 es una pregunta cerrada, con respuestas muy similares.

Respuestas (3)

En primer lugar, hay varias fuerzas que actúan sobre un velero.

  • Resistencia aerodinámica
  • Presión de radiación solar
  • No esfericidad del campo de gravedad
  • Arrastre electrodinámico

Si vas a cualquier lugar a menos de 770 km, la resistencia atmosférica es, con mucho, la fuerza más grande que empuja tu apoapsis hacia abajo.

Citando a Vulpetti (2008) :

Cuando se despliega en LEO, el arrastre de la vela producido por su vuelo a través de esta atmósfera residual puede ser muy alto; mayor en magnitud que el empuje que experimenta la vela al reflejar la luz del sol. En pocas palabras, una vela volada en LEO perderá energía muy rápidamente al interactuar con la ionosfera (a pesar de que la luz solar reflejada la acelera) y se encontrará en una trayectoria de reingreso. Es fácil calcular que una vela operará más allá de los 700 km (nominalmente); si se tienen en cuenta los cambios en la atmósfera superior, el límite inferior anterior aumenta de 750 a 770 km.

En segundo lugar, desplegar una vela es una maniobra arriesgada y no del todo comprendida. No desea guardarlo y desplegarlo repetidamente.

En tercer lugar, cuando no hay presión solar, no es necesario guardar la vela. Siempre que opere más allá del límite de 770 km, lo único que tiene que hacer es girar el velero. Ahora bien, garantizar los índices de rotación necesarios (autoridad de control de actitud) es un problema si se tiene en cuenta que todo el velero debe ser muy ligero para depender de la presión de la radiación solar.

Solo falta una pieza de información que sería la respuesta completa a la pregunta del título: el tiempo de descomposición en una órbita en la que la vela solar puede funcionar es del orden de 25000 años. Entonces, donde se puede usar, simplemente ya no es necesario.
@SF. - la carta no es directamente aplicable a las embarcaciones de vela.
Pero es para un satélite que queremos mantener en una órbita estable durante mucho tiempo. Todo el propósito para convertirlo en un velero fue este.
@SF Estoy bastante seguro de que es solo un punto decimal, no miles de años para la vida útil de la nave espacial.

Entre el arrastre atmosférico a lo largo de casi 1000 km, está el problema de que la luz solar y el viento solar se cortan al pasar a la sombra de un planeta.

Dado que esto pone más energía en el lado solar, incluso para órbitas altas, la vela, si se despliega pasivamente, hace que la órbita sea más elipsoide y la empuja hacia el planeta en el lóbulo hacia el sol.

Supongamos una vela plana perpendicular al viento: a medida que avanza hacia el sol, lo ralentiza, bajando su periapsis tanto por ralentizarlo como por empuje directo, y aumentando su apoapsis ligeramente, pero menos, debido a la sombra.

Ahora, lo inclinamos, para virar hacia afuera en el acercamiento: usted todavía reduce la velocidad, ensanchando y reduciendo el arco de acercamiento. En la salida, te está empujando hacia el planeta, estrechándolo y acelerándote ligeramente hacia atrás. En el trozo más cercano al sol, te está acelerando en sentido contrario a la órbita; eso está ralentizando su órbita y bajando su periápside. Alejándose del sol, aumenta la velocidad, excepto en la sombra, por lo que no es igual a la cantidad del arco hacia el sol. Esto sesga el eje largo de la órbita, pero aún reduce el periapsis.

Inclinarse hacia el otro lado impulsa el acercamiento hacia abajo y anti-giro, bajando el periapsis más radicalmente, y el lado hacia el sol y la mitad del retroceso es aceleración; el sol que se aleja se está desacelerando pero interrumpiendo, aumentando ligeramente la apoapsis. También sesga el eje longitudinal de la elipse de la órbita.

Ahora, incluso si está virada correctamente (el brazo de entrada hacia afuera, el brazo de nuestro lado hacia afuera, el brazo del lado solar hacia el giro), sigue empujando constantemente hacia el planeta. Podría ser capaz, si la órbita es lo suficientemente alta, de empujar el apoapsis hacia arriba y mantener suficiente aceleración para superar la fuerza exterior de las energías solares.

Como sistema pasivo, eventualmente lo empujará a la atmósfera y, en ese punto, es una responsabilidad.

Como sistema activo, teóricamente se puede usar para aumentar la velocidad orbital en la mayor parte de la órbita y acelerar lentamente una hacia el exterior. Esto podría incluso, en teoría, usarse para acelerar hasta la ruptura, siempre que uno comience en una órbita muy por encima de los 1000 km y pueda virar la vela lo suficientemente rápido como para no ser un problema en el giro de la vela en el extremo hacia el sol.

http://userpages.umbc.edu/~tokay/chapter9new.html

También está el problema de la excentricidad: acelerar solo en un lado de un planeta, hasta donde yo sé, aumentaría gradualmente su excentricidad, hasta que finalmente escaparía por completo de la órbita en la que se encontraba. Sin embargo, no soy un experto, por lo que fácilmente podría estar equivocado.

¿Puede la vela solar prevenir la descomposición orbital?
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