LightSail 2 hat das Sonnensegel vor fünf Monaten eingesetzt und umkreist immer noch die Erde. Es ist eine erfolgreiche Demonstration des Potenzials von Sonnensegel-Raumfahrzeugen. Jetzt hat das LightSail 2-Team der Planetary Society ein Papier veröffentlicht, in dem die bisherigen Ergebnisse der Mission dargelegt werden.
Das Sonnensegelkonzept gibt es schon seit einiger Zeit, bis hin zu Johannes Kepler. Im Jahr 1607 flog Halleys Komet über uns hinweg, und Kepler bemerkte, wie der Schwanz des Kometen von der Sonne wegströmte. Er dachte richtig, wie sich herausstellte, dass das Sonnenlicht dafür verantwortlich war. In einem Brief an Galileo, der in Astronomiekreisen berühmt ist, sagte Kepler: "Stellen Sie Schiffe oder Segel zur Verfügung, die an die himmlische Brise angepasst sind, und es wird einige geben, die selbst dieser Leere trotzen." Ziemlich cool.
Natürlich konnte Kepler nicht wissen, wie richtig er war. Aber jetzt, dank der Planetary Society und anderen, tun wir es.
Die Planetary Society ist ein Pionier auf dem Gebiet des Sonnensegelns. LightSail 2 ist tatsächlich ihr drittes Sonnensegel-Raumschiff, das in die Fußstapfen von LightSail 1 tritt, und ihr ursprünglicher Vorläufer, der Cosmos 1, der die Umlaufbahn nicht erreichte, als seine Startrakete versagte. Ein drittes Sonnensegel-Raumschiff namens LightSail 3 erreicht den Sonnen-Erde-Librationspunkt L1, wenn alles gut geht.
Als eines der ersten Sonnensegel-Raumschiffe lehrt uns LightSail 2 wertvolle Lektionen über das Potenzial und die Grenzen des Sonnensegelns. Am 10. Januar veröffentlichte die Planetary Society ein Papier, in dem einige dieser Lektionen beschrieben wurden. Das Papier trägt den Titel "Orbit and Attitude Performance des LightSail 2 Solar Sail Spacecrafts".
LightSail 2 erliegt langsam dem Ziehen und nähert sich der Erde. Als es eingesetzt wurde, sagte die Orbitalmodellierung voraus, dass es etwa ein Jahr nach dem Einsatz seiner Segel auf die Erde fallen würde. Das Raumschiff befindet sich jedoch in einer erdnahen Umlaufbahn von etwa 720 km (447 Meilen), viel höher als andere Satelliten und Raumfahrzeuge wie die Internationale Raumstation, die 400 km (249 Meilen) umkreist.
Es gibt relativ wenig Daten zur atmosphärischen Dichte in dieser Höhe und zum daraus resultierenden Umlaufbahnabfall, sodass die Vorhersage für ein Jahr nicht genau war. Dank LightSail 2 wissen wir jetzt, dass der Luftwiderstand in dieser Höhe stark genug ist, um LightSail 2 in Richtung Erde zu ziehen. Einer der Gründe dafür ist, dass das Raumschiff nicht immer Sonnensegeln ist.
Während jeder 100-minütigen Umlaufbahn verbringt LightSail 2 nur etwa 28 Minuten damit, Sonnenphotonen einzufangen. Dies ist das einzige Mal, dass es seine Flugbahn ändern kann. Der Rest der Zeit wird entweder in der Sonnenfinsternis verbracht, um sich direkt der Sonne zu nähern oder um ihre Ausrichtung anzupassen. Diese 28 Minuten tatsächliche Segelzeit reichen nicht aus, um dem Luftwiderstand vollständig entgegenzuwirken.
Dies ist nur eines der Dinge, die die Planetary Society aus ihrem LightSail 2-Projekt gelernt hat. Innerhalb dieser Umlaufbahnen gibt es jedoch andere Variablen.
Das Team verglich die Leistung von LightSail 2 bei zufälliger Ausrichtung mit der Leistung bei aktivem Sonnensegeln. Sie fanden heraus, dass, wenn das Raumschiff zufällig ausgerichtet war, die Semi-Major-Achse seiner Umlaufbahn um 34,5 Meter pro Tag abnahm. Bei aktiver Ausrichtung schrumpfte das gleiche Maß nur um 19,9 Meter pro Tag. Aber seine Umlaufbahn variiert stark, und manchmal vergrößerte das winzige Raumschiff seine Umlaufbahn um 7,5 Meter pro Tag.
Das Video zeigt eine einzelne Umlaufbahn für LightSail 2. Beachten Sie die roten und blauen Linien, die dem Raumschiff überlagert sind. Die rote Linie zeigt die Richtung der Sonne und die blaue Linie zeigt die Richtung des lokalen Magnetfelds. Wenn sich das Raumschiff der Sonne nähert, federt es seine Segel und wenn es aktiv segelt, dreht es seine Segel, um die Photonen der Sonne einzufangen. Der Winkel von Sonne zu -z ändert sich von ungefähr 90 Grad auf ungefähr 0 Grad.
Im Allgemeinen kann das Sonnensegeln den Luftwiderstand nicht überwinden, aber dafür sind diese Raumschiffe nicht wirklich ausgelegt. Ihr Potenzial liegt in interplanetaren Reisen, frei von Atmosphären und planetaren Finsterniseffekten. Das Raumschiff NEA Scout (Near Earth Asteroid Scout) der NASA wird zwei Jahre unter Sonnensegelantrieb verbringen, um einen Asteroiden zu erreichen, obwohl es einen ersten Antriebsschub von Kaltgasstrahlrudern erhalten wird.
Der Höhepunkt und das Perigäum von LightSail 2 sind in den fünf Monaten seit seiner Bereitstellung auf und ab gefahren. Unmittelbar nach dem Einsatz hob das Raumschiff seinen Höhepunkt und war damit das erste Sonnensegel-Raumschiff, das dies tat. Gleichzeitig nahm das Perigäum ab. Ende Oktober kam es zu einer Trendumkehr und im Dezember zu einer Umkehrung des Trends.
Es gibt einige Gründe, warum die Umlaufbahn diese Zyklen durchläuft. Erstens ist die Erde ein abgeflachter Sphäroid, keine Kugel. Das heißt, sein Durchmesser am Äquator ist etwa 42 km größer als an den Polen. Dadurch erfährt das Raumschiff Präzession oder Wackeln.
Der zweite Grund für die Apogäum- / Perigäumzyklen von LightSail 2 ist der Weg der Erde um die Sonne. Diese Bewegung verändert den Winkel zwischen der Sonne und den Positionen des Apogäums und des Perigäums des Raumfahrzeugs.
LightSail 2 ist ein großartiges Demonstrationsraumschiff, hat jedoch Einschränkungen. Eines davon ist das Single-Momentum-Rad. Das Raumschiff verwendet dieses Rad, um sich entweder parallel oder senkrecht zu den Sonnenstrahlen zu orientieren, je nachdem, ob es seine Segel federt oder aktiv segelt. Anfänglich machte die Bodenmannschaft dies manuell, was nicht effizient war. Jetzt haben sie den Prozess automatisiert und das Raumschiff arbeitet dadurch besser.
Während dieses Prozesses lernte das Team eine ihrer wertvollen Lektionen. Häufige Änderungen der Segelorientierung verleihen dem Raumschiff einen erheblichen Impuls. Eine der wichtigsten technischen Herausforderungen besteht darin, diese Dynamik zu bewältigen.
Eine weitere Lektion betrifft Solarenergie. Die Sonnensegel sind ausschließlich für das Sonnensegeln bestimmt. LightSail 2 verfügt über einige sehr kleine Solarmodule, die den geringen Strombedarf des Raumfahrzeugs decken.
Das ursprüngliche Design sah kleine Sonnenkollektoren auf beiden Seiten des Fahrzeugs vor, aber die Paneele einer Seite wurden entfernt, um spezielle Spiegel aufzunehmen, die für die Laser-Entfernungsmessung der genauen Entfernung von der Erde erforderlich sind. Aber jetzt, wo es nur auf einer Seite Sonnenenergie gibt, werden diese Paneele manchmal von den Segeln beschattet. Dies führt zu Stromausfällen. Das Team konnte dies bis zu einem gewissen Grad umgehen, indem es den Stromverbrauch des Raumfahrzeugs und seinen Lagesteuerungsmodus verwaltete. Aber es ist eine gute Lektion für zukünftige Sonnensegel-Raumschiffe.
Das LightSail 2-Team hat dem Raumschiff einen weiteren Modus hinzugefügt, den sie als Sonnenzeigemodus bezeichnen.
Der Sonnenzeigemodus hält das Sonnensegel des Raumfahrzeugs während seiner gesamten Umlaufbahn in Richtung Sonne. Dies begrenzt die Neuausrichtung des Raumfahrzeugs, um den Effekt häufiger Orientierungsänderungen zu verringern, die dem Raumfahrzeug durch das Impulsrad einen problematischen Impuls verleihen. Es hilft auch beim Laden der Batterie durch die Solarzellen, verringert jedoch nicht den Zerfall der Umlaufbahn.
Der neue Modus hilft auch bei der Richtgenauigkeit des Raumfahrzeugs und verleiht ihm eine gleichmäßigere Starthaltung für Ein / Aus-Schubmanöver.
Die Planetary Society beabsichtigt, den Orbitalzerfall des Raumfahrzeugs genau zu überwachen, um festzustellen, welche Wirkung die Segel selbst haben. Dies ist hauptsächlich für andere Teams gedacht, die untersuchen, wie Schleppsegel verwendet werden können, um Raumfahrzeuge gezielt aus der Umlaufbahn zu bringen.
Sie machen auch weiterhin Fotos. Der Hauptgrund für die Bilder ist die Überwachung des Segelzustands, aber sie sind auch eine schöne Augenweide.
Weitere Informationen zu LightSail 2 finden Sie auf der Website der Planetary's Society. Sie sind eine gemeinnützige Gesellschaft, also können Sie beitreten, wenn Sie Teil ihrer Mission sein möchten. Es ist eine großartige Möglichkeit für die Bürger, einen Beitrag zu leisten.
Mehr:
- Pressemitteilung: Folgendes haben wir bisher von LightSail 2 gelernt
- Vollständiger Bericht: Umlaufbahn und Fluglage des LightSail 2 Solar Sail Spacecrafts
- The Planetary Society: Die Geschichte von LightSail, Teil 1
