LightSail 2 otti sen käyttöön aurinkopurjeen viisi kuukautta sitten, ja se kiertää edelleen maata. Se on onnistunut osoitus aurinkopurjilla varustetun avaruusaluksen mahdollisuuksista. Nyt The Planetary Society -ryhmän LightSail 2 -tiimi on julkaissut paperin, jossa hahmotellaan havainnot tähänastisesta tehtävästä.
Aurinkopurjekonsepti on ollut olemassa jo jonkin aikaa, aina takaisin Johannes Kepleriin asti. Takaisin vuonna 1607 Halleyn komeetta kulki yläpuolella, ja Kepler huomasi, kuinka komeetan häntä virtaa pois auringosta. Hän ajatteli oikein, kuten käy ilmi, että auringonvalo oli vastuussa. Kirjeessä Galileolle, joka on eräänlainen kuuluisa tähtitiedepiireissä, Kepler sanoi: "Tarjoa taivaallisten tuulen mukaan sovitettuja aluksia tai purjeita, ja on joitain, jotka rohkeuttavat jopa tuon tyhjyyden". Aika siistiä.
Kepler ei tietysti voinut tietää, kuinka hyvä hän oli. Mutta nyt, Planetary Society ja muiden ansiosta, teemme niin.
Planeettayhdistys on edelläkävijä aurinkopurjehtimien alalla. LightSail 2 on oikeastaan heidän kolmas aurinkopurjehtiva avaruusalus, joka seuraa LightSail 1: n jalanjälkiä, ja heidän alkuperäisen edeltäjänsä Cosmos 1: n, joka ei saavuttanut kiertorataa, kun sen käynnistävä raketti epäonnistui. Kolmas aurinkopurje-avaruusalus, nimeltään LightSail 3, saavuttaa Aurinko-Maa-librointipisteen L1, jos kaikki menee hyvin.
Yhtenä ensimmäisistä aurinkopurje-avaruusaluksista LightSail 2 opettaa meille arvokkaita opetuksia aurinkopurjetuksen potentiaalista ja rajoituksista. Planetary Society julkaisi 10. tammikuuta lehden, jossa hahmotellaan joitain näistä oppitunneista. Artikkelin otsikko on ”LightSail 2 Solar Sail -aluksen avaruusaluksen kiertorata ja asennesuorituskyky.”
LightSail 2 on hitaasti viemässä ja tekee tiensä lähemmäksi Maata. Kun se asetettiin paikalleen, kiertoradan mallinnus ennusti, että se putoaa maan päälle noin vuoden kuluttua purjeidensa käyttöönotosta. Avaruusalus on kuitenkin maapallon kiertoradalla noin 720 km (447 mailia), paljon korkeammalla kuin muut satelliitit ja avaruusalukset, kuten Kansainvälinen avaruusasema, joka kiertää 400 km (249 mailia).
Ilmakehän tiheydestä tällä korkeudella ja siitä johtuvasta kiertoradan rappeutumisesta on suhteellisen vähän tietoa, joten vuoden ennuste ei ollut tarkka. Mutta LightSail 2: n ansiosta tiedämme nyt, että ilmakehän veto tällä korkeudella on riittävän voimakas vetämään LightSail 2: ta kohti Maata. Yksi syistä siihen, että avaruusalus on, ei ole aina aurinkoa purjehdus.
Jokaisen 100 minuutin kiertoradan aikana LightSail 2 viettää vain noin 28 minuuttia aurinkofotonien sieppaamiseen, ja se on ainoa kerta, kun se voi muuttaa radansa. Loppuosa vietetään joko pimennyksessä, siirtyessä suoraan aurinkoa kohti tai säätämällä sen suuntaa. Se, että 28 minuuttia todellista purjehdumisaikaa ei riitä vastaamaan täysin ilmakehän vetäytymistä.
Se on vain yksi niistä asioista, jotka Planeettayhteiskunta on oppinut heidän LightSail 2 -projektistaan. Mutta noilla kiertoradoilla on muitakin muuttujia.
Tiimi vertasi LightSail 2: n suorituskykyä, kun se oli suunnattu satunnaisesti, kun se oli aktiivisesti suuntautunut aurinkopurjehdusta varten. He havaitsivat, että kun avaruusalus suuntautui satunnaisesti, sen kiertoradan puoliväri-akseli laski 34,5 metriä päivässä. Aktiivisesti suuntautuneena sama mitta laski vain 19,9 metriä päivässä. Mutta sen kiertoradalla on paljon variaatiota, ja joskus pieni avaruusalus kasvatti kiertoradaltaan 7,5 metriä päivässä.
Video näyttää yhden yksittäisen kiertoradan LightSail 2: lle. Huomaa punaiset ja siniset viivat, jotka ovat avaruusaluksen päällä. Punainen viiva osoittaa Auringon suunnan ja sininen viiva on paikallisen magneettikentän suunta. Kun lähestyt aurinkoa, avaruusalus sulkee purjeet ja aktiivisesti purjehtiessaan se kääntää purjeetsa saadakseen Auringon fotonit. Aurinko -z-kulma muuttuu noin 90 asteesta noin 0 asteeseen.
Yleisesti ottaen aurinko purjehdus ei voi voittaa ilmakehän vetämistä, mutta juuri niihin nämä avaruusalukset on todella suunniteltu. Heidän potentiaalinsa on planeettojenvälinen matka, vapaa ilmakehistä ja planeettojen pimennysvaikutuksista. NASA: n NEA Scout (lähellä Earth Asteroid Scout) -alusta viettää kaksi vuotta aurinkopurjeen työntövoiman alla asteroidiin pääsemiseksi, vaikka se saa aluksi työntövoiman lisäyksen kylmäkaasuputkeista.
LightSail 2: n apogee ja perigee ovat pyöräilleet ylös ja alas viiden kuukauden aikana sen käyttöönotosta. Välittömästi käyttöönoton jälkeen avaruusalusta nosti apogeensa, joten se oli ensimmäinen aurinkopurjehtiva avaruusalus, joka teki niin. Samanaikaisesti perigee väheni. Sen trendi kääntyi lokakuun lopulla ja kääntyi joulukuussa.
On pari syytä, miksi kiertorata kulkee näiden syklien läpi. Ensinnäkin, maa on rappeutunut pallokehä, ei pallo. Tämä tarkoittaa, että sen halkaisija päiväntasaajalla on noin 42 km (26 mailia) suurempi kuin napoilla. Se tekee avaruusaluksesta kokemusta precessiosta tai heikkoudesta.
Toinen syy LightSail 2: n apogee / perigee -sykleille on maapallon polku Auringon ympärillä. Tämä liike muuttaa auringon ja avaruusaluksen apogeen ja perigeen aseman välistä kulmaa.
LightSail 2 on loistava esittelyalusta, mutta sillä on rajoituksia. Yksi niistä on sen yhden vauhdin pyörä. Avaruusalus käyttää tätä pyörää suunnatakseen itsensä joko yhdensuuntaisesti tai kohtisuoraan auringonsäteiden suhteen riippuen siitä, purkavatko se purjeet vai aktiivisesti. Alun perin maajoukot tekivät tämän manuaalisesti, mikä ei ollut tehokasta. Nyt he ovat automatisoineet prosessin, ja avaruusaluksen suorituskyky on parempi.
Mutta koko prosessin aikana joukkue oppi yhden arvokkaista kokemuksistaan. Purjeen suunnan toistuvat muutokset antavat avaruusalukselle merkittävän vauhdin. Yksi tärkeimmistä teknisistä haasteista on tuon vauhdin hallinta.
Toinen oppitunti liittyy aurinkovoimaan. Aurinkopurjet ovat ehdottomasti aurinkopurjehduksia. LightSail 2: lla on joitain erittäin pieniä aurinkopaneeleja, jotka vastaavat avaruusaluksen vähäisiin virran tarpeisiin.
Alkuperäinen suunnittelu vaati pieniä aurinkopaneeleja veneen molemmilta puolilta, mutta toisen sivun paneelit poistettiin erityisten peilien sijoittamiseksi, joita tarvitaan laser-etäisyyden löytämiseksi sen tarkan etäisyyden maasta. Mutta nyt, kun vain toisella puolella on aurinkovoimaa, purjeet varjostavat toisinaan nuo paneelit. Tämä johtaa katkeamiseen. Tiimi on kyennyt kiertämään tämän jossain määrin hallitsemalla avaruusaluksen virrankulutusta ja sen asennonhallintatilaa. Mutta se on hyvä oppitunti tulevaisuuden aurinkopurjeveneille.
LightSail 2 -tiimi on myös lisännyt toisen moodin avaruusalukseen, jota he kutsuvat aurinkoa osoittavaan tilaan.
Aurinkoa osoittava tila pitää avaruusaluksen aurinkopurjeen aurinkoa kohti koko kiertoradallaan. Tämä rajoittaa avaruusaluksen uudelleenorientaatiota vähentää niiden usein tapahtuvien suuntausmuutosten vaikutusta, jotka antavat avaruusalukselle ongelmavirran momenttipyörän avulla. Se auttaa myös aurinkokennojen akkujen lataamisessa, vaikka se ei vähentäkään kiertoradan rappeutumista.
Uusi tila auttaa myös avaruusaluksen osoitustarkkuudessa ja antaa sille entistä johdonmukaisemman lähtöasennon työntövoiman päälle / pois päältä ohjaamiseksi.
Planeettayhdistys aikoo tarkkailla tarkkaan avaruusaluksen kiertoradan rappeutumista nähdäkseen, mitä vaikutuksia purjeilla on itse. Tämä on suurelta osin muille ryhmille, jotka tutkivat, kuinka vedon purjeita voidaan käyttää avaruusaluksen tarkoituksenmukaiseen kiertämiseen.
He jatkavat myös kuvien ottamista. Kuvien ensisijainen syy on purjeiden tilan seuraaminen, mutta ne ovat myös mukavia silmäkarkkeja.
Voit saada lisätietoja LightSail 2: sta The Planetary's Society -sivustolla. He ovat voittoa tavoittelematonta yhteiskuntaa, joten voit liittyä mukaan, jos haluat olla osa heidän tehtäväänsä. Se on loistava tapa kansalaisille osallistua.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Tässä olemme oppineet tähän mennessä LightSail 2: sta
- Koko raportti: LightSail 2 Solar Sail-avaruusaluksen kiertorata ja asennesuorituskyky
- Planeettayhteiskunta: Tarina LightSailista, osa 1
