LightSail 2 distribuerte solsegelen for fem måneder siden, og den kretser fremdeles rundt Jorden. Det er en vellykket demonstrasjon av potensialet til romseil i solfanger. Nå har LightSail 2-teamet i The Planetary Society gitt ut et papir som beskriver funnene deres fra oppdraget så langt.
Solseilkonseptet har eksistert en stund, helt tilbake til Johannes Kepler, faktisk. Tilbake i 1607 kom Halleys komet over hodet, og Kepler la merke til hvordan kometens hale strømmet bort fra solen. Han trodde, riktig som det viser seg, at sollys var ansvarlig. I et brev til Galileo som er berømt i astronomikretser, sa Kepler: "Gi skip eller seil tilpasset de himmelske brisene, og det vil være noen som vil modige til og med det tomrommet." Ganske kult.
Det var selvfølgelig ingen måte for Kepler å vite hvor rett han hadde. Men nå, takket være The Planetarium Society og andre, gjør vi det.
Planetary Society er en pioner innen solseilfeltet. LightSail 2 er faktisk deres tredje solseil-romfartøy, i fotsporene til LightSail 1, og deres opprinnelige forløper Cosmos 1, som ikke nådde bane da lanseringsraketten mislyktes. Et tredje solseil-romskip, kalt LightSail 3, vil nå Sun-Earth-frigjøringspunktet L1 hvis alt går bra.
Som et av de første solseil-romfartøyene, lærer LightSail 2 oss verdifulle lærdommer om solseilas potensial og begrensninger. 10. januar ga Planetary Society ut et papir som beskrev noen av disse leksjonene. Oppgaven heter "Orbit and Attitude Performance of the LightSail 2 Solar Sail Spacecraft."
LightSail 2 bukker langsomt etter for å dra og gjør veien nærmere jorden. Da den ble utplassert, spådde orbitale modellering at den ville falle til Jorden omtrent ett år etter at seilene ble utplassert. Men romfartøyet befinner seg i en bane med høy jord på omtrent 720 km (447 miles), mye høyere enn andre satellitter og romfartøyer som den internasjonale romstasjonen, som går i bane rundt 400 km.
Det er relativt lite data om atmosfæretetthet i den høyden, og om det resulterende baneforfallet, så ettårs prediksjonen var ikke presis. Men takket være LightSail 2, vet vi nå at atmosfærisk drag i den høyden er sterk nok til å trekke LightSail 2 mot Jorden. En av grunnene til det er romfartøyet som ikke alltid er solseiling.
I løpet av hver 100 minutters bane bruker LightSail 2 bare cirka 28 minutter på å fange solfotoner, og det er den eneste gangen det kan endre banen. Resten av tiden tilbringes enten i formørkelse, beveger deg direkte mot solen eller justerer orienteringen. At 28 minutter med faktisk seiltid ikke er nok til å motvirke det atmosfæriske draget fullt ut.
Det er bare en av tingene Planetesamfundet har lært av LightSail 2-prosjektet deres. Men innenfor disse banene er det andre variabler.
Teamet sammenlignet LightSail 2s ytelse da det var tilfeldig orientert vs når det var aktivt orientert for solseiling. De fant ut at når romfartøyet var tilfeldig orientert, reduserte halv-hovedaksen til bane sin med 34,5 meter per dag. Da den var aktivt orientert, krympet det samme tiltaket med bare 19,9 meter per dag. Men det er mye variasjon i bane sin, og noen ganger økte det bittesmå romfartøyets bane med 7,5 meter per dag.
Videoen viser en enkelt bane for LightSail 2. Legg merke til de røde og blå linjene som er lagt på romfartøyet. Den røde linjen viser solens retning, og den blå linjen er retningen til det lokale magnetfeltet. Når du nærmer seg sola, fjærer romfartøyet seilene sine, og når det aktivt seiler, snur det seilene for å fange solens fotoner. Solen til -z vinkelen endres fra omtrent 90 grader til omtrent 0 grader.
Generelt sett kan solseiling ikke overvinne atmosfærisk drag, men det er ikke det dette romfartøyet egentlig er designet for. Potensialet deres ligger i interplanetarisk reise, fri for atmosfærer og planetenes formørkelseseffekter. NASAs romfartøy NEA Scout (Near Earth Asteroid Scout) vil tilbringe to år under fremdrift av solseil for å nå en asteroide, selv om det vil motta en første fremdriftsøkning fra kuldegass-thrustere.
LightSail 2s apogee og perigee har syklet opp og ned i løpet av de fem månedene siden utplasseringen. Umiddelbart etter utplasseringen løftet romfartøyet sitt apogee, noe som gjorde det til det første solseil-romfartøyet som gjorde det. Samtidig avtok perigeen. Den opplevde en reversering av trenden i slutten av oktober, og en reversering i desember.
Det er et par grunner til at bane går gjennom disse syklusene. For det første er jorden en lang sfæroid, ikke en sfære. Det betyr at diameteren ved ekvator er omtrent 42 km større enn ved polene. Det får romfartøyet til å oppleve presisjon eller wobbliness.
Den andre grunnen til LightSail 2s apogee / perigee-sykluser er jordens bane rundt sola. Den bevegelsen endrer vinkelen mellom solen og posisjonene til romfartøyets apogee og perigee.
LightSail 2 er et flott demonstrasjonsromskip, men det har begrensninger. Et av disse er det eneste momentumhjulet. Romfartøyet bruker dette hjulet for å orientere seg enten parallelt eller vinkelrett på solstrålene, avhengig av om dens fjærende seil eller aktivt seiler. Opprinnelig gjorde bakkemannskapet dette manuelt, noe som ikke var effektivt. Nå har de automatisert prosessen, og romskipet gir bedre resultater som et resultat.
Men gjennom denne prosessen lærte teamet en av sine verdifulle leksjoner. Hyppige endringer i seilorientering gir romfartøyet betydelig fart. En av de viktigste tekniske utfordringene er å styre det momentumet.
En annen leksjon involverer solkraft. Solseilene er strengt tatt for solseiling. LightSail 2 har noen veldig små solcellepaneler som gir romfartøyets magre behov.
Den opprinnelige designen krevde små solcellepaneler på begge sider av håndverket, men den ene sidens paneler ble fjernet for å imøtekomme spesielle speil som er nødvendige for laserområdet å finne den eksakte avstanden fra Jorden. Men nå som det bare er solenergi på den ene siden, blir noen ganger skygger av panelene av seilene. Dette fører til brownouts. Teamet har vært i stand til å omgå det til en viss grad ved å styre romfartøyets strømbruk og dets holdningskontrollmodus. Men det er en god leksjon for fremtidig solseil-romfartøy.
LightSail 2-teamet har også lagt til en annen modus til romskipet som de kaller Sun-pointing mode.
Solavvisende modus vil holde romskipets solseil vendt mot solen under hele banen. Dette vil begrense romorienteringen omorientering for å redusere effekten av hyppige orienteringsendringer som gir romfartøyet et problematisk momentum ved momentumhjulet. Det hjelper også med batterilading ved solcellene, selv om det ikke reduserer forløpet i omløpet.
Den nye modusen vil også hjelpe med romfartøyets pekerøyaktighet, og vil gi det en mer konsekvent startholdning for på / av skyvemanøvrer.
Planetary Society har til hensikt å følge nøye med på romfartøyets baneforfall for å se hvilken effekt seilene har. Dette er i stor grad for andre team som studerer hvordan dragseil kan brukes til målbevisst å de-bane romfartøy.
De vil også fortsette å ta bilder. Den viktigste grunnen til bildene er å overvåke seilens tilstand, men de er fine øyegodterier også.
Du kan finne ut mer om LightSail 2 på nettstedet til The Planetetary Society. De er et ideelt samfunn, så du kan bli med hvis du vil være en del av deres oppdrag. Det er en flott måte for innbyggerne å bidra.
Mer:
- Pressemelding: Dette er hva vi har lært så langt fra LightSail 2
- Full rapport: Orbit and Attitude Performance of LightSail 2 Solar Sail Romfartøy
- The Planetetary Society: The Story of LightSail, del 1
