利用气石墨太阳帆将低质量载荷超快转移至火星及更远天体
天体物理仪器与方法
2023-09-01 v1 地球与行星天体物理
摘要
随着各航天机构与组织正在研究星际任务概念，一个可行且有价值的星际先驱任务概念将是这一长远目标成功的关键。本文研究了由超轻材料气石墨制成的太阳帆的星际轨迹，该材料以其低密度（0.18 kg m）和高吸收率（）著称，能够实现显著的基于太阳辐照的加速。高达 1 kg 的载荷可迅速穿越太阳系及其以外区域。我们的模拟考虑了从地球极地轨道出发的直接 outbound 轨迹，以及近日发射后向外加速等多种发射场景。利用 poliastro Python 库，我们计算了横截面积 10 m（对应半径 56 m）、包含 720 g 气石墨质量的 1 kg 航天器的位置、速度与加速度。直接向外火星转移在 26 天内达到 65 km s。向内火星转移在最小距离 0.6 AU 处展开帆，在 126 天内达到 118 km s。转移时间与速度因地球-火星星座及初始注入轨迹而异。直接星际轨迹峰值达 109 km s，以 120 AU 处的日球层顶为界，在 5.3 年内抵达星际空间。或者，初始近日至 0.6 AU 可提供 148 km s 的逃逸速度，在 4.2 年内到达日球层顶。数值因最小日距不同而有所差异。所提出的概念可实现快速的火星飞掠与星际空间探测。对于亚千克载荷的投递任务，减速仍是一大挑战。
引用
@article{arxiv.2308.16698,
title = {Ultrafast transfer of low-mass payloads to Mars and beyond using aerographite solar sails},
author = {Julius Karlapp and René Heller and Martin Tajmar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.16698},
year = {2023}
}
备注
submitted to Acta Astronautica, Special Issue for the 8th Interstellar Symposium 2023, 8 pages, 10 Figures (5 col, 5 b/w), 1 Table