LightSail 2 ha dispiegato la sua vela solare cinque mesi fa ed è ancora in orbita attorno alla Terra. È una dimostrazione riuscita del potenziale dei veicoli spaziali a vela solari. Ora il team LightSail 2 di The Planetary Society ha pubblicato un documento che delinea i risultati della missione finora.
Il concetto di vela solare è in circolazione da un po ', in realtà fino a Johannes Kepler. Nel 1607 la cometa di Halley passò sopra la testa e Keplero notò come la coda della cometa si allontanava dal sole. Pensò, a quanto pare, che la luce solare era responsabile. In una lettera a Galileo che è abbastanza famosa nei circoli di astronomia, Keplero disse: "Fornisci navi o vele adattate alle brezze celesti, e ci saranno alcuni che sfideranno anche quel vuoto". Abbastanza bello
Ovviamente non c'era modo per Keplero di sapere quanto avesse ragione. Ma ora, grazie a The Planetary Society e altri, lo facciamo.
La Planetary Society è un pioniere nel campo della vela solare. LightSail 2 è in realtà la loro terza navicella spaziale a vela solare, seguendo le orme di LightSail 1, e il loro precursore originale Cosmos 1, che non raggiunse l'orbita quando il suo razzo di lancio fallì. Un terzo veicolo spaziale a vela solare, chiamato LightSail 3, raggiungerà il punto di librazione Sole-Terra L1 se tutto andrà bene.
Come uno dei primi veicoli spaziali a vela solare, LightSail 2 ci sta insegnando preziose lezioni sul potenziale e sui limiti della vela solare. Il 10 gennaio, la Planetary Society ha pubblicato un documento che illustra alcune di quelle lezioni. L'articolo è intitolato "Orbit and Attitude Performance of the LightSail 2 Solar Sail Spacecraft".
LightSail 2 sta lentamente cedendo per trascinarsi e si sta avvicinando alla Terra. Quando fu dispiegato, la modellazione orbitale prevedeva che sarebbe caduta sulla Terra circa un anno dopo lo spiegamento delle sue vele. Ma l'astronave si trova in un'orbita terrestre alta a circa 720 km (447 miglia) molto più alta di altri satelliti e veicoli spaziali come la Stazione Spaziale Internazionale, che orbita a 400 km (249 miglia)
Ci sono relativamente pochi dati sulla densità atmosferica a quell'altitudine e sul decadimento dell'orbita risultante, quindi la previsione di un anno non era precisa. Ma grazie a LightSail 2, ora sappiamo che la resistenza atmosferica a quell'altitudine è abbastanza forte da spingere LightSail 2 verso la Terra. Una delle ragioni di ciò è che il veicolo spaziale non è sempre la navigazione solare.
Durante ogni orbita di 100 minuti, LightSail 2 impiega solo circa 28 minuti a catturare fotoni solari, e questa è l'unica volta in cui può cambiare la sua traiettoria. Il resto del tempo è trascorso in eclissi, spostandosi direttamente verso il Sole o regolandone l'orientamento. Quei 28 minuti del tempo di navigazione effettivo non sono sufficienti per contrastare completamente la resistenza atmosferica.
Questa è solo una delle cose che The Planetary Society ha imparato dal loro progetto LightSail 2. Ma all'interno di quelle orbite ci sono altre variabili.
Il team ha confrontato le prestazioni di LightSail 2 quando era orientato in modo casuale rispetto a quando era attivamente orientato per la navigazione solare. Hanno scoperto che quando l'astronave era orientata in modo casuale, l'asse semi-maggiore della sua orbita diminuiva di 34,5 metri al giorno. Quando è stato attivamente orientato, la stessa misura si è ridotta di soli 19,9 metri al giorno. Ma c'è molta variazione nella sua orbita, e talvolta il piccolo veicolo spaziale ha aumentato la sua orbita di 7,5 metri al giorno.
Il video mostra una singola orbita per LightSail 2. Notare le linee rosse e blu sovrapposte al veicolo spaziale. La linea rossa mostra la direzione del Sole e la linea blu è la direzione del campo magnetico locale. Quando si avvicina al Sole, l'astronave mette le piume sulle sue vele e quando naviga attivamente, gira le sue vele per catturare i fotoni del Sole. L'angolo da Sole a -z cambia da circa 90 gradi a circa 0 gradi.
In termini generali, la navigazione solare non può superare la resistenza atmosferica, ma non è per questo che questi veicoli spaziali sono realmente progettati. Il loro potenziale risiede nel viaggio interplanetario, libero da atmosfere ed effetti di eclissi planetari. L'astronave NEA Scout (Near Earth Asteroid Scout) della NASA impiegherà due anni sotto la propulsione a vela solare per raggiungere un asteroide, anche se riceverà una spinta di propulsione iniziale da propulsori a gas freddo.
L'apogeo e il perigeo di LightSail 2 hanno continuato a pedalare su e giù per i cinque mesi successivi al suo spiegamento. Immediatamente dopo lo spiegamento, l'astronave sollevò il suo apogeo, rendendolo il primo veicolo spaziale a vela solare a farlo. Allo stesso tempo, il perigeo è diminuito. Ha subito un'inversione di tendenza a fine ottobre e un'inversione a dicembre.
Ci sono un paio di ragioni per cui l'orbita attraversa questi cicli. Innanzitutto, la Terra è uno sferoide oblato, non una sfera. Ciò significa che il suo diametro all'equatore è circa 42 km (26 miglia) più grande rispetto ai poli. Ciò rende l'esperienza del veicolo spaziale precessione o vacillazione.
Il secondo motivo per i cicli apogee / perigee di LightSail 2 è il percorso della Terra attorno al Sole. Quel movimento cambia l'angolo tra il Sole e le posizioni dell'apogeo e del perigeo del veicolo spaziale.
LightSail 2 è un'astronave dimostrativa eccezionale, ma presenta dei limiti. Uno di questi è la sua ruota a slancio unico. La navicella spaziale usa quella ruota per orientarsi in parallelo o perpendicolare ai raggi del Sole, a seconda che vada in piuma o navigando attivamente. Inizialmente, l'equipaggio di terra lo faceva manualmente, il che non era efficiente. Ora hanno automatizzato il processo e, di conseguenza, il veicolo spaziale sta ottenendo prestazioni migliori.
Durante tutto questo processo, il team ha appreso una delle loro preziose lezioni. Frequenti cambiamenti nell'orientamento della vela conferiscono uno slancio significativo al veicolo spaziale. Una delle principali sfide tecniche è gestire questo slancio.
Un'altra lezione riguarda l'energia solare. Le vele solari sono rigorosamente per la navigazione solare. LightSail 2 ha alcuni pannelli solari di dimensioni molto ridotte che soddisfano le scarse esigenze di energia del veicolo spaziale.
Il suo progetto iniziale prevedeva piccoli pannelli solari su entrambi i lati dell'imbarcazione, ma i pannelli di un lato sono stati rimossi per ospitare specchi speciali necessari per il raggio laser che trova la sua esatta distanza dalla Terra. Ma ora che c'è energia solare da un solo lato, a volte quei pannelli sono ombreggiati dalle vele. Questo porta ai brownouts. Il team è stato in grado di aggirare questo in una certa misura, gestendo il consumo di energia del veicolo spaziale e la sua modalità di controllo dell'atteggiamento. Ma è una buona lezione per il futuro veicolo spaziale a vela solare.
Il team di LightSail 2 ha anche aggiunto un'altra modalità al veicolo spaziale che chiamano modalità di puntamento del sole.
La modalità di puntamento del Sole manterrà la vela solare del veicolo spaziale rivolta verso il Sole durante la sua intera orbita. Ciò limiterà il riorientamento del veicolo spaziale per ridurre l'effetto di frequenti cambi di orientamento che impartiscono un momento problematico al veicolo spaziale dalla ruota del momento. Aiuta anche con la ricarica della batteria da parte delle celle solari, sebbene non riduca il decadimento orbitale.
La nuova modalità aiuterà anche con la precisione di puntamento del veicolo spaziale e gli darà un atteggiamento di partenza più coerente per le manovre di spinta on / off.
La Planetary Society intende monitorare attentamente il decadimento orbitale del veicolo spaziale per vedere quale effetto hanno le vele stesse. Questo è in gran parte per gli altri team che studiano come le vele da trascinamento possono essere utilizzate per de-orbitare intenzionalmente l'astronave.
Continueranno anche a scattare foto. Il motivo principale delle immagini è monitorare lo stato delle vele, ma sono anche un piacere per gli occhi.
Puoi scoprire di più su LightSail 2 sul sito web di The Planetary’s Society. Sono una società senza scopo di lucro, quindi puoi unirti se vuoi far parte della loro missione. È un ottimo modo per i cittadini di contribuire.
Di Più:
- Comunicato stampa: ecco cosa abbiamo imparato finora da LightSail 2
- Rapporto completo: prestazioni in orbita e atteggiamento del veicolo spaziale a vela solare LightSail 2
- The Planetary Society: The Story of LightSail, Part 1
