A LightSail 2 öt hónappal ezelőtt telepítette napelemes vitorláját, és még mindig a Föld körül kering. Ez a napelemes vitorlás űrhajók lehetőségeinek sikeres bemutatása. A The Planetary Society LightSail 2 csapata kiadott egy papírt, amelyben felvázolja a misszió eddigi eredményeit.
A napvédő vitorla koncepció már egy ideje fennáll, egészen Johannes Keplerig vissza. Még 1607-ben Halley üstökös áthaladt a feje fölött, és Kepler észrevette, hogy az üstökös farka miközben a Naptól távozik. Jól gondolta, amint kiderül, hogy a napfény felelős. A csillagászati körökben híres Galileonak küldött levélben Kepler azt mondta: „Gondoskodjon hajókról vagy vitorlákról, amelyek igazodtak a mennyei szellőhöz, és vannak olyanok, akik még az ürességet is bátorítani fogják”. Elég jó.
Keplernek természetesen nem volt lehetősége megtudni, mennyire jól van. De most, a The Planetary Societynek és másoknak köszönhetően megtesszük.
A Planetary Society úttörője a napelemes vitorlázás területén. A LightSail 2 valójában harmadik napelemes vitorlás űrhajója, a LightSail 1 nyomában, és az eredeti elődeik, a Cosmos 1, amely nem érte el a pályát, amikor a rakéta nem sikerült. Egy harmadik, a LightSail 3 nevű vitorlás űrhajó eléri az L1 Nap-Föld libration pontját, ha minden jól megy.
Mint az első napelemes vitorlás űrhajó, a LightSail 2 értékes tanulságokat mutat be a napelemes vitorlázás lehetőségeiről és korlátairól. Január 10-én a Planetary Society kiadott egy papírt, amely felvázolja ezeknek az óráknak a néhányát. A cikk címe: „A LightSail 2 Solar Sail űrhajó pályája és hozzáállásbeli teljesítménye”.
A LightSail 2 lassan elhúzódik, és közelebb kerül a Földhöz. Amikor telepítették, az orbitális modellezés azt jósolta, hogy körülbelül egy évvel a vitorlák telepítése után esik a Földre. Az űrhajó azonban egy Föld magas pályáján helyezkedik el, körülbelül 720 km-re (447 mérföld), sokkal magasabb, mint más műholdak és űrhajók, mint például a Nemzetközi Űrállomás, amely 400 km-re (249 mérföld) körüli körpályán kering.
Viszonylag kevés adat áll rendelkezésre a légköri sűrűségről ezen a magasságon, és az ebből eredő pálya bomlásáról, tehát az egyéves előrejelzés nem volt pontos. De a LightSail 2-nek köszönhetően most már tudjuk, hogy a légköri húzás ennél a magasságon elég erős ahhoz, hogy a LightSail 2-et a Föld felé húzza. Ennek egyik oka az, hogy az űrhajó nem mindig napelemes vitorlázás.
Minden 100 perces pályán a LightSail 2 csak kb. 28 percet vesz napfotók rögzítésére, és ez az egyetlen alkalom, hogy megváltoztassa a pályáját. Az idő hátralévő részét vagy napfogyatkozásban, közvetlenül a Nap felé mozgatva, vagy tájolásának beállítását töltik. A tényleges vitorlázási 28 perc nem elegendő a légköri húzás teljes ellensúlyozására.
Ez csak egy a dolgok közül, amelyeket a Bolygóközösség megtanult a LightSail 2 projektjükből. De ezen a pályán belül vannak más változók is.
A csapat összehasonlította a LightSail 2 teljesítményét, amikor véletlenszerűen volt orientálva, amikor aktívan orientálták a napfényes vitorlázást. Megállapították, hogy amikor az űrhajó véletlenszerűen orientálódott, pályája félig fő tengelye napi 34,5 méterrel csökkent. Amikor aktívan orientáltak, ugyanaz a mérték csak napi 19,9 méterrel csökkent. De a pályája sok variációval rendelkezik, és néha az apró űrhajó napi 7,5 méterrel növelte pályáját.
A videó egy egyetlen pályát mutat a LightSail 2 számára. Vegye figyelembe a vörös és a kék vonalakat az űrhajón. A piros vonal a Nap irányát, a kék vonal a helyi mágneses tér irányát mutatja. A Nap felé közeledve az űrhajó tolja a vitorláját, és aktív vitorlázásakor a vitorláit elfordítja, hogy elkapja a Nap fotonjait. A Nap –z szöge körülbelül 90 fokról körülbelül 0 fokra változik.
Általánosságban elmondható, hogy a napelemes vitorlázás nem képes legyőzni a légköri húzódást, de erre nem ezek az űrhajók készültek. Potenciáik a bolygók közötti utazásokban rejlenek, légkörektől és bolygók elsötétülésétől mentesen. A NASA NEA Scout (Near Earth Asteroid Scout) űrhajója két évet tölt napenergia vitorla alatt, hogy egy aszteroidát érjen el, bár a hideggáz-tolóberendezések kezdeti hajtóerőt kapnak.
A LightSail 2 apogee és perigee a telepítés óta eltelt öt hónap során fel-le kerékpározott. Közvetlenül a telepítés után az űrhajó megemelte apogejét, és ezzel lett az első napelemes vitorlás űrhajó. Ugyanakkor a perigee csökkent. Október végén a tendencia megfordult, decemberben pedig megfordult.
Van néhány oka annak, hogy a pálya ezen a cikluson megy keresztül. Először is, a Föld egy elhagyott gömb, nem pedig gömb. Ez azt jelenti, hogy átmérője az Egyenlítőn kb. 42 km-re (26 mérföld) nagyobb, mint a pólusoknál. Ez teszi az űrhajót precesszióvá vagy hullámosságra.
A LightSail 2 apogee / perigee ciklusának második oka a Föld útja a Nap körül. Ez a mozgás megváltoztatja a szöget a Nap és az űrhajó apogee és perigee helyzete között.
A LightSail 2 nagyszerű demonstrációs űrhajó, ám ennek vannak korlátai. Az egyik az egyetlen lendítőkerék. Az űrhajó ezt a kereket arra használja, hogy a Nap sugaraira párhuzamosan vagy merőlegesen orientálódjon, attól függően, hogy a vitorla tolja-e vagy aktívan vitorlázik-e. A földi személyzet kezdetben manuálisan tette ezt, ami nem volt hatékony. Most már automatizálták a folyamatot, és ennek eredményeként az űrhajó jobban teljesít.
De a folyamat során a csapat megtanulta egyik értékes tanulságukat. A vitorla tájolásának gyakori változása jelentős lendületet ad az űrhajónak. Az egyik legfontosabb technikai kihívás a lendület kezelése.
Egy másik lecke a napenergiát foglalja magában. A napelemes vitorlák szigorúan napelemes vitorlásokra vonatkoznak. A LightSail 2-nek van néhány nagyon kicsi napeleme, amely kielégíti az űrhajó alacsony energiaigényét.
Kezdeti tervezése szerint a kézműves mindkét oldalán kicsi napelemekre volt szükség, de az egyik oldal paneleit eltávolították, hogy beilleszthetők legyenek a speciális tükrök, amelyek ahhoz szükségesek, hogy lézer-távolságot képezzenek, hogy pontosan meg tudják határozni a Földtől való távolságot. De most, amikor csak az egyik oldalon van napenergia, ezeket a paneleket néha a vitorlák árnyékolják. Ez elvonulásokhoz vezet. A csapat képes volt ezt bizonyos mértékig megkerülni, ha irányította az űrhajó energiafelhasználását és hozzáállás-ellenőrzési módját. De ez jó leckét jelent a jövőbeli vitorlás űrhajók számára.
A LightSail 2 csapata egy újabb módot is hozzáadott az űrhajóhoz, amelyet Napozó mutató üzemmódnak hívnak.
A Nap felé mutató üzemmódban az űrhajó napellenző vitorlája a Nap felé néz az egész pályája alatt. Ez korlátozza az űrhajó újraorientálódását, és csökkenti azoknak a gyakori tájolási változásoknak a hatását, amelyek a lendítőkerék által problematikus lendületet adnak az űrhajónak. Segít a napelemek akkumulátorának töltésében, bár nem csökkenti az orbitális bomlást.
Az új mód elősegíti az űrhajó mutató pontosságát, és következetesebb indulási hozzáállást biztosít a be- és kikapcsolási tolóerő manővereihez.
A Bolygóközösség szorosan figyelemmel kíséri az űrhajó körforgási bomlását, hogy megtudja, milyen hatással vannak maguk a vitorlák. Ez nagyrészt más csoportok számára szól, amelyek azt vizsgálják, hogyan lehet a vitorlákat felhasználni az űrhajók célirányos keringésére.
Továbbra is fényképeznek. A képek elsődleges oka a vitorlák állapotának figyelemmel kísérése, ám ezek is szép szemceruza.
A LightSail 2-ról többet megtudhat a The Planetary's Society webhelyén. Nonprofit társadalom, tehát csatlakozhat, ha részese lenne küldetésüknek. Ez nagyszerű módja a polgárok hozzájárulásának.
Több:
- Sajtóközlemény: Itt van, amit eddig megtanultunk a LightSail 2-től
- Teljes jelentés: A LightSail 2 Solar Sail űrhajó pályája és attitűdje
- A Planetary Society: A LightSail története, 1. rész
