Könnte der Philae-Kometenlander per Laser aufgeladen werden?

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Könnte der Philae-Kometenlander mit einem Laser (oder möglicherweise vielen Lasern) von der Erde aufgeladen werden? Mein Gedanke wäre, einen oder mehrere leistungsstarke Laser von der Erde auf den Philae-Lander zu richten, um ihn durch seine Sonnenkollektoren wieder aufzuladen.

Ein anderer Gedanke wäre, einen kleinen Teil des Kometen mit einem oder mehreren Lasern aufzuheizen, wodurch sich der Komet möglicherweise langsam in eine Position dreht, in der das Sonnenlicht auf den Lander fällt.

Wäre eine dieser Ideen machbar?

earth comets space-probe

— Jonathan
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Etwas verwandt und lustig zu lesen what-if.xkcd.com/13

— toniedzwiedz

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Könnte der Philae-Kometenlander mit einem Laser (oder möglicherweise vielen Lasern) von der Erde aufgeladen werden?

Nein.

Sie könnten einen Laserstrahl mit einer ziemlich geringen Divergenz erzeugen - was bedeutet, dass der Strahl über eine sehr lange Distanz dicht und parallel bleibt. "Eine sehr große Entfernung" ist jedoch nichts auf der kosmischen Skala.

Das Lunar Laser Ranging-Experiment verwendet Hochleistungslaser, die von Teleskopen fokussiert werden und einen Strahl in den Mond schießen. Das Licht wird von Spiegeln, die vom Apollo-Programm dort platziert wurden, zur Erde zurückreflektiert.

http://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_Laser_Ranging_experiment

Das Problem ist, dass trotz der engen Fokussierung der ursprünglichen 10 ^ 17 Photonen in einem Impuls am Ursprung nur 1 zurück zum Detektor gelangt. Es ist sehr schwer zu sagen, dass etwas überhaupt zurückkommt, geschweige denn Sonnenkollektoren damit aufladen.

Der Komet und Philae sind viel, viel weiter entfernt als der Mond. In dieser Entfernung konnte unmöglich eine nützliche Energiedichte projiziert werden. Nicht mit der aktuellen Technologie.

— Florin Andrei
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Perfekt. Dies ist genau das, was meine Antwort fehlte.

— HDE 226868

Von der Erde zum Mondspiegel und zurück quadrieren Sie im Grunde den Faktor, um den der Fluss im Vergleich zu nur von der Erde zum Mondspiegel reduziert wird. Der Strahl divergiert von hier zum Mond und die Spiegel erfassen einen Teil des Flusses (Spiegelfläche geteilt durch die Strahlfläche am Mond). Auf dem Rückweg divergiert der reflektierte Strahl wieder und auf der Erde erhält das Teleskop einen kleinen Bruchteil von dem, was der Spiegel reflektierte (Teleskopöffnung geteilt durch Strahldurchmesser).

— Graf Iblis

@CountIblis - richtig. Vielleicht war das Beispiel nicht das passendste. Auf jeden Fall können wir nicht erwarten, eine Sonde tief im Sonnensystem aufzuladen, wenn wir nicht einmal einen Laserpunkt auf die dunkle Seite des Mondes setzen können, der von der Erde aus sichtbar wäre. In dieser Entfernung können wir nicht so viel Energiedichte erzeugen. Und das ist nur der Mond, im Grunde genommen in unserem Hinterhof.

— Florin Andrei

3

Ich habe nur Zeit für eine teilweise Antwort, daher werde ich das bisschen über das Drehen des Kometen besprechen.

Wir müssen einige Berechnungen mit dem Strahlungsdruck durchführen , der Kraft, die Licht auf ein Objekt ausübt. Dieses PDF enthält einige gute Ausgangsberechnungen, obwohl davon ausgegangen wird, dass die Quelle sphärisch ist - die Sonne. Unser Laser ist eindeutig nicht. Der Strahl wird jedoch über eine so große Entfernung divergieren, dass ich eine Substitution verwenden muss (von CountIblis angegeben). $^1$

Die Kraft aufgrund des Strahlungsdrucks ist wobei die Intensität ist, die allgegenwärtige Lichtgeschwindigkeit ist und der Bereich ist, auf den die Kraft ausgeübt wird . Jedoch , so erhalten wir

F_{rad} = \frac{2 I}{c} A

$F_{\text{rad}}=\frac{2I}{c}A$

I

$I$

c

$c$

A

$A$

I = \frac{power}{4 π r^{2}}

$I=\frac{\text{power}}{4 \pi r^2}$

F_{rad} = \frac{power \times A}{2 π r^{2} c}

$F_{\text{rad}}=\frac{\text{power}\times A}{2 \pi r^2c}$

Die muss (durch CountIblis 'Substitution) durch Für einen idealen Laser ist wobei die Wellenlänge und der anfängliche Strahldurchmesser ist. Nehmen wir an, unser Laser hat eine Leistung von einem Megawatt - der COIL- Laser einer Boeing YAL-1 nach Randall Munroes Idee . ist viel von einem Laser. Nehmen wir auch an, dass kein Strom verloren geht. $4 \pi$

Ω = π {(\frac{α}{2})}^{2}

$\Omega=\pi \left(\frac{\alpha}{2}\right)^2$

α = 2.44 \frac{λ}{d}

$\alpha=2.44\frac{\lambda}{d}$

λ

$\lambda$

d

$d$

1, 000, 000 watts

$1,000,000 \text{ watts}$

Für COIL ist und . Dies ergibt ein von und somit ein von . $\lambda=1.315 \times 10^{-6}$ $d=0.1016 \text{ meters}$ $\alpha$ $3.158070866 \times 10^{-5}$ $\Omega$ $7.83309915 \times 10^{-10}$

Philae befindet sich derzeit auf dem Kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko , der auf seiner längsten Seite eine Oberfläche (kombinierte Lappen) von etwa . Es ist jedoch ungefähr von der Erde entfernt, was . Wenn wir wissen, dass wir zum Drehen des Kometen nur auf die Hälfte der Fläche einer Seite eine Kraft , stellen wir fest, dass dieser Laser eine Kraft von $19,370,000 \text{ meters}$ $310,000,000 \text{ miles}$ $4.9879 \times 10^{11} \text{ meters}$

F_{rad} = \frac{1, 000, 000 watts \times 9, 685, 000 {meters}^{2}}{7.83309915 \times 10^{- 10} \times 2.487914641 \times 10^{23} meters \times 299, 792, 458 meters/second}

$F_{\text{rad}}=\frac{1,000,000 \text{ watts}\times 9,685,000\text{ meters}^2}{7.83309915 \times 10^{-10} \times 2.487914641 \times 10^{23} \text{ meters} \times 299,792,458 \text{ meters/second}}$

= 1.65771483 \times 10^{- 10} Newtons

$=1.65771483 \times 10^{-10} \text{ Newtons}$

Ja, wir drehen in Kürze keinen Kometen mehr. Ich werde versuchen, etwas später über das Aufladen von Philae per Laser hinzuzufügen. Ich denke, das wird viel plausibler.

$^1$ Leider kann ich keine Berechnungen zum Laserantrieb finden .

— HDE 226868
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2

Der Laser strahlt nicht gleichmäßig in alle Richtungen. Sie sollten den Raumwinkel von 4 pi im Zähler der Formel für die Intensität durch etwas Omega ersetzen, das aus dem Strahldivergenzwinkel alpha als ungefähr Omega = pi (alpha / 2) berechnet werden sollte ) ^ 2, und im Fall eines idealen Lasers, dessen Strahldivergenz beugungsbegrenzt ist, haben wir alpha = 2,44 Lambda / d, wobei Lambda die Wellenlänge und d der Strahldurchmesser ist, wenn der Laser existiert.

— Count Iblis

@CountIblis Danke; Ich hatte versucht, eine Divergenzgleichung zu finden, konnte es aber nicht.

— HDE 226868

@CountIblis Nochmals vielen Dank. Ich habe die Bearbeitung vorgenommen.

— HDE 226868