O cometa Philae poderia ser recarregado por laser?

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Poderia o cometa Philae pousar com um laser (ou possivelmente muitos lasers) da Terra? Meu pensamento seria apontar um ou mais lasers poderosos da Terra para o Philae para recarregá-lo através de seus painéis solares.

Outro pensamento seria aquecer uma pequena parte do cometa com um ou mais lasers, possivelmente fazendo com que o cometa girasse lentamente para uma posição em que a luz do sol caísse sobre o lander.

Alguma dessas idéias seria viável?

earth comets space-probe

— Jonathan
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Algo relacionado e divertido de ler what-if.xkcd.com/13

— toniedzwiedz

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Poderia o cometa Philae pousar com um laser (ou possivelmente muitos lasers) da Terra?

Não.

Você pode fazer um raio laser com uma divergência bastante baixa - ou seja, um raio que permanece firme e paralelo por uma distância muito longa. No entanto, "uma distância muito longa" não é nada na escala cósmica.

O experimento Lunar Laser Ranging está usando lasers de alta potência focados em telescópios, lançando um feixe na Lua. A luz é refletida de volta à Terra por espelhos colocados lá pelo programa Apollo.

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

O problema é que, mesmo com todo o foco apertado na origem, dos 10 ^ 17 fótons iniciais em um pulso, apenas 1 volta ao detector. É muito difícil dizer que algo faz com que tudo volte, e muito menos carregar painéis solares com ele.

O cometa e Philae estão muito, muito mais distantes do que a Lua. Você não poderia projetar nenhuma densidade de energia útil a essa distância. Não com a tecnologia atual.

— Florin Andrei
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Perfeito. Isso é exatamente o que minha resposta estava faltando.

— HDE 226868

Da Terra para o espelho lunar e vice-versa, você está basicamente calculando o fator pelo qual o fluxo é reduzido em comparação com apenas da Terra para o espelho lunar. O feixe diverge daqui para a Lua e os espelhos capturam uma fração do fluxo (área do espelho dividida pela área do feixe na Lua) e, no caminho de volta, o feixe refletido diverge novamente e na Terra o telescópio recebe uma pequena fração do que o espelho refletia (abertura do telescópio dividida pelo diâmetro do feixe).

— Count Iblis

@CountIblis - à direita. Talvez o exemplo não tenha sido o mais adequado. De qualquer forma, não há como esperar recarregar uma sonda profundamente no Sistema Solar quando não podemos "colocar um ponto de laser" no lado escuro da Lua, que seria visível da Terra. Não podemos criar tanta densidade de energia a essa distância. E isso é apenas a lua, basicamente no nosso quintal.

— Florin Andrei

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Eu só tenho tempo para uma resposta parcial, então vou discutir um pouco sobre a rotação do cometa.

Temos que fazer alguns cálculos com pressão de radiação , a força da luz sobre um objeto. Este pdf tem alguns bons cálculos iniciais, embora eles assumam que a fonte é esférica - o Sol. Nosso laser claramente não é. No entanto, o feixe irá divergir em uma distância tão longa, então terei que usar uma substituição (fornecida por CountIblis). $^1$

A força devido à pressão de radiação é onde é a intensidade, é a velocidade onipresente da luz e é a área na qual a força é aplicada . No entanto, , obtemos

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}

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

O deve ser substituído (pela substituição do CountIblis) por Para um laser ideal, onde é o comprimento de onda é o diâmetro inicial do feixe. Vamos supor que nosso laser tenha uma potência de um megawatt - o laser COIL , de um Boeing YAL-1 , conforme a idéia de Randall Munroe . são muito do laser. Vamos supor também que nenhum poder seja perdido. $4 \pi$

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

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

Para COIL, e . Isso fornece um de e, portanto, um de . $\lambda=1.315 \times 10^{-6}$ $d=0.1016 \text{ meters}$ $\alpha$ $3.158070866 \times 10^{-5}$ $\Omega$ $7.83309915 \times 10^{-10}$

Atualmente, Philae está no cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko , que possui, em seu lado mais longo, uma área de superfície (lobos combinados) de cerca de . No entanto, fica a cerca de da Terra, que é . Sabendo que, para girar o cometa, precisamos aplicar força em apenas metade da área de um lado, descobrimos que esse laser aplicaria uma força de $19,370,000 \text{ meters}$ $310,000,000 \text{ miles}$ $4.9879 \times 10^{11} \text{ meters}$

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

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

Sim, não giraremos um cometa tão cedo. Vou tentar adicionar um pouco mais sobre a recarga do Philae a laser algum tempo depois. Eu acho que isso será muito mais plausível.

$^1$ Infelizmente, não consigo encontrar nenhum cálculo sobre a propulsão a laser .

— HDE 226868
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O laser não irradiará uniformemente em todas as direções; você deve substituir o ângulo sólido de 4 pi no numerador da fórmula pela intensidade por alguns Omega que devem ser calculados a partir do ângulo de divergência do feixe alfa como aproximadamente Omega = pi (alfa / 2 ) ^ 2, e no caso de um laser ideal cuja divergência de feixe é limitada por difração, temos alfa = 2,44 lambda / d em que lambda é o comprimento de onda ed o diâmetro do feixe quando existe o laser.

— Count Iblis

@CountIblis Obrigado; Eu tentara encontrar uma equação para a divergência, mas não consegui.

— HDE 226868

@CountIblis Obrigado novamente. Eu fiz a edição.

— HDE 226868