LightSail 2 wdrożył ten żagiel słoneczny pięć miesięcy temu i wciąż krąży wokół Ziemi. To udana demonstracja potencjału słonecznego statku kosmicznego. Teraz zespół LightSail 2 w The Planetary Society opublikował artykuł opisujący dotychczasowe ustalenia z misji.
Koncepcja żagla słonecznego istnieje już od dawna, aż do Johannesa Keplera. W 1607 roku kometa Halleya przeleciała nad głową, a Kepler zauważył, jak ogon komety odpływa od Słońca. Pomyślał, jak się okazuje, że słońce jest odpowiedzialne. W liście do Galileusza, który jest znany w kręgach astronomicznych, Kepler powiedział: „Dostarcz statki lub żagle dostosowane do niebiańskiej bryzy, a znajdą się tacy, którzy odważnieją nawet tę pustkę”. Całkiem fajne.
Oczywiście Kepler nie mógł wiedzieć, jak miał rację. Ale teraz, dzięki The Planetary Society i innym, robimy to.
Planetary Society jest pionierem w dziedzinie żeglarstwa słonecznego. LightSail 2 jest właściwie ich trzecim statkiem kosmicznym z żaglem słonecznym, podążającym śladami LightSaila 1, a ich pierwotnym prekursorem Cosmos 1, który nie dotarł na orbitę, gdy rakieta startowa zawiodła. Trzeci statek kosmiczny z żaglem słonecznym, zwany LightSail 3, osiągnie punkt L1 Słońce-Ziemia, jeśli wszystko pójdzie dobrze.
Jako jeden z pierwszych statków kosmicznych z żaglem słonecznym, LightSail 2 uczy nas cennych lekcji na temat potencjału i ograniczeń żeglugi słonecznej. 10 stycznia Towarzystwo Planetarne opublikowało artykuł opisujący niektóre z tych lekcji. Artykuł nosi tytuł „Wydajność orbit i postawy statku kosmicznego LightSail 2 Solar Sail”.
LightSail 2 powoli ulega przeciąganiu i zbliża się do Ziemi. Po wdrożeniu modelowanie orbitalne przewidywało, że spadnie na Ziemię około roku po rozmieszczeniu żagli. Ale statek kosmiczny znajduje się na orbicie wysokiego Ziemi na około 720 km (447 mil), znacznie wyżej niż inne satelity i sonda, takie jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, która okrąża 400 km (249 mil).
Dane dotyczące gęstości atmosfery na tej wysokości i wynikającego z niej rozpadu orbit są stosunkowo niewielkie, więc prognozy na jeden rok nie były precyzyjne. Ale dzięki LightSail 2 wiemy już, że opór atmosferyczny na tej wysokości jest wystarczająco silny, aby przyciągnąć LightSail 2 w kierunku Ziemi. Jednym z powodów takiego stanu rzeczy jest to, że statek kosmiczny nie zawsze żegluje na Słońcu.
Podczas każdej 100-minutowej orbity LightSail 2 spędza tylko około 28 minut na przechwytywaniu fotonów słonecznych i to jedyny czas, w którym może zmienić trajektorię. Resztę czasu spędza albo w zaćmieniu, poruszając się bezpośrednio w stronę Słońca, albo dostosowując jego orientację. 28 minut faktycznego czasu żeglugi nie wystarczy, aby w pełni przeciwdziałać opórowi atmosferycznemu.
To tylko jedna z rzeczy, których Towarzystwo Planetarne nauczyło się podczas projektu LightSail 2. Ale w obrębie tych orbit istnieją inne zmienne.
Zespół porównał wydajność LightSail 2, gdy był on zorientowany losowo, a kiedy był aktywnie ukierunkowany na żeglugę słoneczną. Odkryli, że gdy statek kosmiczny był losowo zorientowany, pół-główna oś jego orbity zmniejszała się o 34,5 metra dziennie. Po aktywnym ukierunkowaniu ta sama miara skurczyła się tylko o 19,9 metra dziennie. Ale na orbicie występuje duża różnorodność, a czasami mały statek kosmiczny zwiększał swoją orbitę o 7,5 metra dziennie.
Film pokazuje jedną pojedynczą orbitę dla LightSail 2. Zwróć uwagę na czerwone i niebieskie linie nałożone na statek kosmiczny. Czerwona linia wskazuje kierunek Słońca, a niebieska linia to kierunek lokalnego pola magnetycznego. Zbliżając się do Słońca, statek kosmiczny upierza żagle, a gdy aktywnie żegluje, obraca swoje żagle, aby złapać fotony Słońca. Kąt Słońca do -Z zmienia się z około 90 stopni na około 0 stopni.
Ogólnie rzecz biorąc, żegluga słoneczna nie jest w stanie pokonać oporu atmosferycznego, ale nie do tego tak naprawdę zaprojektowano te statki kosmiczne. Ich potencjał polega na podróżach międzyplanetarnych, wolnych od atmosfer i efektów zaćmienia planet. Statek kosmiczny NEA Scout (Near Earth Asteroid Scout) NASA spędzi dwa lata pod napędem żagli słonecznych, aby dotrzeć do asteroidy, chociaż otrzyma początkowe przyspieszenie od zimnych silników odrzutowych.
Apogeum i perygeum LightSail 2 zmieniają się cyklicznie w ciągu pięciu miesięcy od jego wdrożenia. Bezpośrednio po rozmieszczeniu statek kosmiczny podniósł apogeum, co czyni go pierwszym statkiem kosmicznym z żaglem słonecznym. W tym samym czasie perygeum zmalało. Pod koniec października nastąpiło odwrócenie tego trendu, aw grudniu - odwrócenie.
Istnieje kilka powodów, dla których orbita przechodzi przez te cykle. Po pierwsze, Ziemia jest spłaszczoną sferoidą, a nie kulą. Oznacza to, że jego średnica na równiku jest o około 42 km (26 mil) większa niż na biegunach. To sprawia, że statek kosmiczny doświadcza precesji lub chwiejności.
Drugim powodem cykli apogeum / perygeum LightSail 2 jest droga Ziemi wokół Słońca. Ten ruch zmienia kąt między Słońcem a pozycjami apogeum i perygeum statku kosmicznego.
LightSail 2 to świetny statek kosmiczny demonstracyjny, ale ma ograniczenia. Jednym z nich jest jedno koło pędu. Statek kosmiczny używa tego koła do ustawiania się równolegle lub prostopadle do promieni słonecznych, w zależności od tego, czy wtapia żagle, czy aktywnie żegluje. Początkowo załoga naziemna robiła to ręcznie, co nie było wydajne. Teraz zautomatyzowali ten proces, dzięki czemu sonda osiąga lepsze wyniki.
Ale w trakcie tego procesu zespół wyciągnął jedną z cennych wniosków. Częste zmiany orientacji żagla nadają statkowi kosmicznemu znaczny rozpęd. Jednym z kluczowych wyzwań technicznych jest zarządzanie tym rozmachem.
Kolejna lekcja dotyczy energii słonecznej. Żagle słoneczne są przeznaczone wyłącznie do żeglugi słonecznej. LightSail 2 ma kilka bardzo małych paneli słonecznych, które zaspokajają niewielkie zapotrzebowanie statku na energię.
Jego początkowa konstrukcja wymagała małych paneli słonecznych po obu stronach jednostki, ale panele jednej strony zostały usunięte, aby pomieścić specjalne lustra potrzebne do określenia zasięgu lasera w celu ustalenia jego dokładnej odległości od Ziemi. Ale teraz, gdy energia słoneczna jest tylko z jednej strony, czasami te panele są zacienione przez żagle. Prowadzi to do awarii. Zespół był w stanie to obejść do pewnego stopnia, zarządzając zużyciem energii przez statek kosmiczny i trybem kontroli położenia. Ale to dobra lekcja dla przyszłego statku kosmicznego z żaglem słonecznym.
Zespół LightSail 2 dodał także inny tryb do statku kosmicznego, który nazywają trybem skierowanym na Słońce.
Tryb wskazywania Słońca sprawi, że żagiel słoneczny statku kosmicznego będzie skierowany ku Słońcu przez całą orbitę. Ograniczy to zmianę orientacji statku kosmicznego, aby zmniejszyć efekt częstych zmian orientacji, które nadają statkowi kosmicznemu problematyczny pęd przez koło pędu. Pomaga również w ładowaniu baterii przez ogniwa słoneczne, chociaż nie zmniejszy rozpadu orbity.
Nowy tryb pomoże również w dokładności celowania statku kosmicznego i zapewni mu bardziej spójną postawę początkową podczas manewrów pchania on / off.
Towarzystwo Planetarne zamierza ściśle monitorować rozpad orbity statku kosmicznego, aby zobaczyć, jaki wpływ mają same żagle. Jest to w dużej mierze dla innych zespołów badających, w jaki sposób można wykorzystać żagle typu drag w celu celowego odwrócenia orbity statku kosmicznego.
Nadal będą robić zdjęcia. Głównym powodem zdjęć jest monitorowanie stanu żagli, ale są one również miłe dla oka.
Możesz dowiedzieć się więcej o LightSail 2 na stronie The Planetary's Society. To społeczeństwo non-profit, więc możesz dołączyć, jeśli chcesz być częścią ich misji. To świetny sposób, by obywatele mogli się w to wnieść.
Więcej:
- Informacja prasowa: Oto, czego nauczyliśmy się tak daleko od LightSail 2
- Pełny raport: Wydajność orbit i postawy statku kosmicznego LightSail 2 Solar Sail
- The Planetary Society: The Story of LightSail, Part 1
