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/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / space / 16183 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-11-20  |  3.0 KB
  1. Path: sparky!uunet!cs.utexas.edu!sun-barr!ames!agate!dog.ee.lbl.gov!csa3.lbl.gov!sichase
  2. From: sichase@csa3.lbl.gov (SCOTT I CHASE)
  3. Newsgroups: sci.space
  4. Subject: Re: Solar Sailing
  5. Date: 20 Nov 1992 12:59 PST
  6. Organization: Lawrence Berkeley Laboratory - Berkeley, CA, USA
  7. Lines: 51
  8. Distribution: world
  9. Message-ID: <20NOV199212594736@csa3.lbl.gov>
  10. References: <N4HY.92Nov20111535@wahoo.UUCP>
  11. NNTP-Posting-Host: 128.3.254.198
  12. News-Software: VAX/VMS VNEWS 1.41    
  13.  
  14. In article <N4HY.92Nov20111535@wahoo.UUCP>, n4hy@wahoo.UUCP (Bob McGwier) writes...
  15. > 
  16. >I have a local high school student asking me for information on Solar
  17. >sailing.  I have programs that will allow him to manipulate the sail
  18. >if I knew how to calculate `thrusts' etc. from the photon pressure.
  19. >Any details you care to send, primarily references, that will allow me
  20. >to help this very bright student, I would appreciate it.
  21. > 
  22. >Please use EMAIL.  I will summarize replies that contain useful information.
  23.  
  24. I tried to E-mail, and failed.  Here's some incomplete information
  25. which might be useful.
  26.  
  27. It's fairly straightforward to calculate the force on your sail
  28. from solar radiation pressure.  Here's a back-of-the-envelope calculation
  29. which ignores some details. Consider an individual photon hitting
  30. your sail.  It has total momentum p = h*lambda, where h is planck's constant
  31. and lambda is the wavelength.  By totally reflecting off your sail,
  32. you get a total momentum change of dp = 2*p.  To calculate the total
  33. pressure from the Sun on a sail of area A at distance D from the Sun,
  34. you need only to know the total solar luminosity, L = 3.8x10^26 Joules/sec.
  35. If your sail makes an angle theta with respect to the Sun, it has
  36. an effective area of A*cos(theta), and intercepts a total fraction f
  37. of the light, where 
  38.  
  39.     f = A*cos(theta)/(4*pi*D^2),
  40.  
  41. so a total photon energy of E = f*L hits it.  Now, for a photon, E = pc,
  42. where c = 3x10^8 m/s, so you can find the total momentum of the light 
  43. hitting your sails and p = E/c, and then your total momentum change per
  44. second is 2*p.  Your acceleration is then 2*p/m, where m is your ship's
  45. mass, directed away from the Sun.
  46.  
  47. There is more to Solar sailing, however, than just the radiation pressure.
  48. The Solar wind contains massive particles which will also hit your
  49. sail.  I don't have data handy for what the flux is, but you would
  50. need to look it up and make some kind of correction for it.  It might
  51. even dominate!  It will be much harder to calculate the effects of 
  52. the proton wind on your sail, since the protons will pass through your
  53. sail, imparting only some of their kinetic energy.  It gets messy, as
  54. the energy loss fraction will depend upon the atomic composition of your
  55. sail and the energy distribution of the protons.  I can work up some
  56. estimates if you want them.
  57.  
  58. -Scott
  59. --------------------
  60. Scott I. Chase            "It is not a simple life to be a single cell,
  61. SICHASE@CSA2.LBL.GOV         although I have no right to say so, having
  62.                  been a single cell so long ago myself that I 
  63.                  have no memory at all of that stage of my 
  64.                  life." - Lewis Thomas
  65.