回折型ソーラーセイル

回折型ライトセイルのコンセプトアート

回折型ソーラーセイル（回折型ライトセイル）は、推進力を得るために反射ではなく回折を利用するソーラーセイルの一種である。[ 1 ] [ 2 ]現在の回折型セイルの設計では、偏光または波長以下の屈折構造に基づくマイクロメートルサイズの格子を含む薄いメタマテリアルフィルムが使用されており、光が拡散（回折）し、通過する際に放射圧が生じる。 [ 2 ] [ 3 ]

歴史

回折をソーラーセイルに利用するというアイデアは、2017年にロチェスター工科大学の研究者らによって初めて提案された。[ 4 ]これは、材料設計と製造（特に格子）および光電子制御の進歩によって部分的に可能になった。[ 5 ] 2019年にロチェスター工科大学の回折ソーラーセイルプロジェクトは、反射セイルよりも太陽の傾斜角が高く、軌道半径が小さい回折セイルを使用した太陽極軌道ミッションを提案し、 NASAのNIACフェーズIIに到達した。[ 1 ] [ 2 ] [ 6 ] 2022年にNIACプロジェクトはフェーズIIIに到達し、ジョンズホプキンス大学とロチェスター工科大学の両方の研究者の関与のもと、NASAから200万ドルの支援を得た。 [ 7 ] [ 8 ]

反射帆に対する利点

反射型ソーラーセイルの設計は、一般的に大きく薄い反射シートで構成される。反射の法則により、シートに作用する力は常にシート面に対して垂直になるため、航行中はシートを傾ける必要があり、これが構造と制御の課題となり、セイルに到達する電力を減少させる。[ 2 ] [ 5 ] [ 7 ]これらは今度は信頼性の低下、質量の増加、加速の低下を招く可能性がある。[ 2 ]さらに、反射セイルは当たる光のかなりの割合を吸収する傾向があり、熱くなる。これは特にセイルが繰り返し加熱され、その後冷却される場合、構造上の問題を引き起こす可能性がある。また、セイルに当たる各光子は一度だけ使用される、つまり反射されるか吸収されるかのいずれかである。 [ 5 ]

一方、回折帆では、シートが太陽に直接向いている場合でも格子が光の方向を変えられるため、帆に当たるパワーを最大限に高めたより効率的な制御が可能になります。[ 5 ] [ 2 ]回折フィルムは、格子の光電子制御を可能にするように設計できるため、機械制御に比べて質量が軽減され、信頼性が向上します。[ 2 ]フィルムは半透明なので、ほとんどの光が帆を通過し、全体的な加熱が軽減されます。[ 5 ]光子は再利用できます。2つ目の回折格子を通過して推力を高めるか、太陽電池に送って電力を供給するかのいずれかです。[ 8 ]

参考文献

  1. ^ a b Dubill, Amber L.; Swartzlander, Grover A. (2021年10月1日). 「回折型ソーラーセイルによる太陽周回航行」 . Acta Astronautica . 187 : 190–195 . Bibcode : 2021AcAau.187..190D . doi : 10.1016/j.actaastro.2021.06.036 .
  2. ^ a b c d e f g Hall, Loura (2019年4月8日). 「Diffractive Lightsails」 . NASA . 2023年2月9日閲覧。
  3. ^ Swartzlander Jr, Grover A. (2018年5月15日). 「虹の上を飛ぶ：太陽光駆動回折セイルクラフト」. arXiv : 1805.05864 [ physics.pop-ph ].
  4. ^ Swartzlander, Grover A. (2017年6月1日). 「回折型帆船の放射圧」(pdf) . Journal of the Optical Society of America B. 34 ( 6): C25– C30. arXiv : 1703.02940 . Bibcode : 2017JOSAB..34C..25S . doi : 10.1364/JOSAB.34.000C25 . S2CID 118954811 . 
  5. ^ a b c d e Swartzlander, Grover (2017年10月12日). 「宇宙と天文学：回折型ソーラーセイルは反射金属コーティングセイルよりも優れた性能を発揮する可能性がある」 . www.laserfocusworld.com . 2023年2月9日閲覧。
  6. ^ Hall, Loura (2019年4月8日). 「NIAC 2019 Phase I, Phase II and Phase III Selections」NASA . 2023年2月9日閲覧。
  7. ^ a bショーン・ポッター（2022年5月24日）「NASA​​が支援するソーラーセイルは科学を新たな高みへ導く可能性がある」 NASA 2023年2月9日閲覧。
  8. ^ a b Sivarajah, Ilamaran; Thomson (review), Laura (2022年6月29日). 「The Diffractive Solar Sailing Project」 AZoOptics.com . 2023年2月9日閲覧。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Diffractive_solar_sail&oldid=1333989809」より取得