LightSail 2 udbredte solseglen for fem måneder siden og kredser stadig om Jorden. Det er en vellykket demonstration af potentialet i solsejlfartøjer. Nu har LightSail 2-teamet i The Planetetary Society frigivet et papir, der beskriver deres fund fra missionen indtil videre.
Solsejlkonceptet har eksisteret i et stykke tid, helt tilbage til Johannes Kepler, faktisk. Tilbage i 1607 Halley's komet gik over hovedet, og Kepler bemærkede, hvordan kometens hale strømmede væk fra solen. Han troede korrekt, som det viser sig, at sollys var ansvarlig. I et brev til Galileo, som er slags berømt i astronomikredse, sagde Kepler: "Giv skibe eller sejl tilpasset de himmelske briser, og der vil være nogle, der vil modige selv dette tomrum." Temmelig cool.
Der var selvfølgelig ingen måde for Kepler at vide, hvor ret han var. Men nu, takket være The Planetarium Society og andre, gør vi det.
Planetary Society er en pioner inden for solsejladsfeltet. LightSail 2 er faktisk deres tredje solsejl rumfartøj, der følger i LightSail 1's fodspor og deres oprindelige forløber Cosmos 1, som ikke nåede op på bane, da dens raket mislykkedes. Et tredje solsejl rumfartøj, kaldet LightSail 3, når Sun-Earth libration point L1, hvis alt går godt.
Som et af de første solsejl rumfartøjer, underviser LightSail 2 værdifulde lektioner om solsejls potentiale og begrænsninger. Den 10. januar frigav Planetary Society et papir, der beskrev nogle af disse lektioner. Papiret har titlen "Orbit and Attitude Performance of the LightSail 2 Solar Sail Spacecraft."
LightSail 2 bukker langsomt efter for at trække og gør vej tættere på Jorden. Da den blev udsat, forudsagde den orbitale modellering, at den ville falde til Jorden omkring et år efter, at dens sejl blev udsendt. Men rumfartøjet befinder sig i en bane med høj jord på ca. 720 km (447 miles), meget højere end andre satellitter og rumfartøjer som den Internationale rumstation, der kredser omkring 400 km.
Der er relativt få data om atmosfæretæthed i denne højde og om det resulterende baneforfald, så forudsigelsen af et år var ikke præcis. Men takket være LightSail 2 ved vi nu, at atmosfærisk træk i den højde er stærk nok til at trække LightSail 2 mod Jorden. En af grundene hertil er rumfartøjet ikke altid solsejlads.
I løbet af hver 100 minutters kredsløb bruger LightSail 2 kun ca. 28 minutter på at fange solfotoner, og det er den eneste gang, det kan ændre sin bane. Resten af tiden tilbringes enten i formørkelse, bevæger sig direkte mod solen eller justerer dens orientering. Den 28 minutters faktiske sejletid er ikke nok til fuldt ud at modvirke det atmosfæriske træk.
Det er bare en af de ting, som Planetarisk Samfund har lært af deres LightSail 2-projekt. Men inden for disse kredsløb er der andre variabler.
Holdet sammenlignede LightSail 2's præstation, da det var tilfældigt orienteret kontra når det var aktivt orienteret til solsejlads. De fandt ud af, at når rumfartøjet var tilfældigt orienteret, faldt den halve hovedakse på dens bane med 34,5 meter pr. Dag. Da den var aktivt orienteret, krympet den samme måling kun med 19,9 meter om dagen. Men der er meget variation i sin bane, og undertiden øgede det lille rumfartøjets bane med 7,5 meter pr. Dag.
Videoen viser en enkelt bane til LightSail 2. Bemærk de røde og blå linjer, der er lagt ovenpå rumfartøjet. Den røde linje viser solens retning, og den blå linje er retningen for det lokale magnetfelt. Når man nærmer sig Solen, fjeder rumfartøjet sine sejl, og når det aktivt sejler, vender det sine sejl for at fange solens fotoner. Solen til -z vinklen ændres fra ca. 90 grader til ca. 0 grader.
Generelt set kan solsejlads ikke overvinde atmosfærisk træk, men det er ikke det, dette rumfartøj virkelig er designet til. Deres potentiale ligger i interplanetær rejse, fri for atmosfærer og planetarisk formørkelseseffekter. NASA's NEA Scout (Near Earth Asteroid Scout) rumfartøj vil tilbringe to år under fremdrivning af solsejl for at nå en asteroide, skønt det vil modtage en første fremdrivningsforøgelse fra koldgasstrustere.
LightSail 2's apogee og perigee har cyklet op og ned i de fem måneder, der er gået siden dens implementering. Umiddelbart efter indsættelsen hævede rumfartøjet sin apogee, hvilket gjorde det til det første solsejl rumfartøj, der gjorde det. På samme tid faldt perigeen. Det oplevede en vending af tendensen i slutningen af oktober og en tilbageføring i december.
Der er et par grunde til, at bane går gennem disse cyklusser. For det første er jorden en skrå sfæroid, ikke en kugle. Det betyder, at dens diameter ved ækvator er cirka 42 km (26 miles) større end ved polerne. Det gør rumfartøjets oplevelse af præcession eller wobbliness.
Den anden grund til LightSail 2's apogee / perigee-cyklusser er jordens sti rundt om solen. Denne bevægelse ændrer vinklen mellem solen og positionerne i rumfartøjets apogee og perigee.
LightSail 2 er et fantastisk demonstrations rumfartøj, men det har begrænsninger. En af dem er dets enkelt momentumhjul. Rumfartøjet bruger dette hjul til at orientere sig enten parallelt eller vinkelret på Solens stråler, afhængigt af om dens fjerning sejler eller aktivt sejler. Oprindeligt gjorde jordbesætningen dette manuelt, hvilket ikke var effektivt. Nu har de automatiseret processen, og rumfartøjet klarer sig bedre som et resultat.
Men gennem hele denne proces lærte teamet en af deres værdifulde lektioner. Hyppige ændringer i sejlorientering giver rumfartøjet et betydeligt momentum. En af de vigtigste tekniske udfordringer er at styre dette momentum.
En anden lektion involverer solenergi. Solsejlene er strengt taget til solsejlads. LightSail 2 har nogle meget små solcellepaneler, der sørger for rumfartøjets magre strømbehov.
Dens oprindelige design krævede små solcellepaneler på begge sider af håndværket, men den ene sides paneler blev fjernet for at rumme specielle spejle, der kræves til laser-rækkevidde for at finde den nøjagtige afstand fra Jorden. Men nu, hvor der kun er solenergi på den ene side, skygger disse paneler undertiden af sejlene. Dette fører til brownouts. Holdet har været i stand til at arbejde omkring det til en vis grad ved at styre rumfartøjets strømforbrug og dets holdningskontroltilstand. Men det er en god lektion for fremtidens solsejl rumfartøj.
LightSail 2-teamet har også tilføjet en anden tilstand til rumfartøjet, som de kalder Sun-pointing mode.
Solpeglingstilstanden holder rumfartøjets solsejl mod Solen under hele dens bane. Dette vil begrænse omorienteringen af rumfartøjet for at reducere effekten af hyppige orienteringsændringer, der giver rumfartøjet et problematisk momentum ved momentumhjulet. Det hjælper også med batteriopladning fra solcellerne, skønt det ikke reducerer orbitalfaldet.
Den nye tilstand hjælper også med rumfartøjets pegningsnøjagtighed og giver det en mere konsistent startindstilling for on / off-trykmanøvrer.
Planetary Society har til hensigt at nøje overvåge rumfartøjets orbital forfald for at se, hvilken effekt sejlene selv har. Dette er i vid udstrækning for andre hold, der studerer, hvordan træksejl kan bruges til målrettet at afkredse rumfartøjer.
De fortsætter også med at tage billeder. Den primære årsag til billederne er at overvåge sejlens tilstand, men de er også dejlige øjen slik.
Du kan finde ud af mere om LightSail 2 på The Planetetary Society's websted. De er et non-profit samfund, så du kan tilmelde dig, hvis du gerne vil være en del af deres mission. Det er en fantastisk måde for borgere at bidrage med.
Mere:
- Pressemeddelelse: Her er hvad vi har lært hidtil fra LightSail 2
- Fuld rapport: Orbit and Attitude Performance of LightSail 2 Solar Sail Ruimfartøj
- The Planetetary Society: The Story of LightSail, del 1
