LightSail 2 nasadil svou sluneční plachtu před pěti měsíci a stále obíhá Zemi. Je to úspěšná demonstrace potenciálu kosmických lodí se solárními plachtami. Nyní tým LightSail 2 z The Planetary Society zveřejnil dokument, který popisuje jejich dosavadní poznatky z mise.
Koncept solární plachty existuje již nějakou dobu, až do r Johannes Kepler , ve skutečnosti. V roce 1607 Halleyova kometa prolétla nad hlavou a Kepler si všiml, jak ohon komety proudí pryč od Slunce. Myslel si, jak se správně ukázalo, že za to může sluneční světlo. V dopise Galileovi, který je v astronomických kruzích tak trochu známý, Kepler řekl: „Poskytněte lodě nebo plachty přizpůsobené nebeským vánkům a najdou se někteří, kteří se postaví i té prázdnotě.“ Docela v pohodě.
Kepler samozřejmě nemohl nijak poznat, jakou měl pravdu. Ale teď díky Planetární společnost a další, my ano.
Planetární společnost je průkopníkem v oblasti solárního plachtění. LightSail 2 je vlastně jejich třetí solární plachta kosmická loď ve stopách LightSail 1 a jejich původní předchůdce Cosmos 1, která nedosáhla oběžné dráhy, když její startovací raketa selhala. Třetí kosmická loď se solární plachtou, nazvaná LightSail 3, dosáhne libračního bodu L1 Slunce-Země, pokud vše půjde dobře.
Jako jedna z prvních kosmických lodí se solárními plachtami, LightSail 2 nás učí cenné lekce o potenciálu a omezeních solárního plachtění. 10. ledna Planetární společnost vydala dokument, který nastiňuje některé z těchto lekcí. List nese název „ Výkon orbity a polohy kosmické lodi LightSail 2 Solar Sail .'
LightSail 2 pořídila tento snímek Ománského zálivu a Perského zálivu 14. prosince 2019. Plachta se zdá mírně zakřivená kvůli 185stupňovému objektivu kosmické lodi s rybím okem. Obraz byl barevně opraven a některé zkreslení bylo odstraněno. Obrazový kredit: Planetární společnost
LightSail 2 pomalu podléhá tažení a blíží se k Zemi. Když byl rozmístěn, orbitální modelování předpovídalo, že spadne na Zemi asi rok poté, co byly rozmístěny jeho plachty. Ale kosmická loď je na vysoké oběžné dráze kolem Země ve výšce asi 720 km (447 mil), mnohem výše než jiné satelity a kosmické lodě, jako je Mezinárodní vesmírná stanice, která obíhá ve vzdálenosti 400 km (249 mil.)
Existuje relativně málo údajů o hustotě atmosféry v této výšce a o výsledném poklesu oběžné dráhy, takže jednoroční předpověď nebyla přesná. Ale díky LightSail 2 nyní víme, že atmosférický odpor v této výšce je dostatečně silný na to, aby přitáhl LightSail 2 k Zemi. Jedním z důvodů je, že kosmická loď není vždy sluneční plachtění.
Během každých 100 minut oběhu stráví LightSail 2 pouze asi 28 minut zachycováním slunečních fotonů, a to je jediný čas, kdy může změnit svou trajektorii. Zbytek času tráví buď v zatmění, pohybem přímo ke Slunci, nebo úpravou jeho orientace. Těchto 28 minut skutečné doby plavby nestačí k úplnému potlačení atmosférického odporu.
To je jen jedna z věcí, které se The Planetary Society naučila z jejich projektu LightSail 2. Ale v rámci těchto drah jsou další proměnné.
Tým porovnával výkon LightSail 2, když byl náhodně orientován vs, když byl aktivně orientován pro solární plachtění. Zjistili, že když byla kosmická loď náhodně orientována, hlavní poloosa její oběžné dráhy se zmenšila o 34,5 metru za den. Při aktivní orientaci se stejná míra zmenšila pouze o 19,9 metru za den. Ale na jeho oběžné dráze je mnoho změn a někdy malá kosmická loď zvýšila svou oběžnou dráhu o 7,5 metru za den.
Video ukazuje jeden oběh pro LightSail 2. Všimněte si červené a modré čáry překrývající se na kosmické lodi. Červená čára ukazuje směr Slunce a modrá čára je směr místního magnetického pole. Když se kosmická loď přibližuje ke Slunci, opeří své plachty, a když aktivně pluje, otočí plachty, aby zachytila fotony Slunce. Úhel Slunce k -z se mění ze zhruba 90 stupňů na zhruba 0 stupňů.
Obecně řečeno, solární plachtění nemůže překonat atmosférický odpor, ale to není to, pro co jsou tyto kosmické lodě skutečně navrženy. Jejich potenciál spočívá v meziplanetárním cestování, bez atmosfér a efektů zatmění planet. NASA NEA Scout Kosmická loď (Near Earth Asteroid Scout) stráví dva roky pod pohonem solární plachty, aby dosáhla asteroidu, ačkoli dostane počáteční podporu pohonu od trysek na studený plyn.
Apogeum a perigeum LightSail 2 během pěti měsíců od jeho nasazení cyklovalo nahoru a dolů. Ihned po rozmístění sonda zvýšila své apogeum, čímž se stala první kosmickou lodí se solární plachetnicí, které se to podařilo. Zároveň se snížilo perigeum. Ke konci října došlo k obratu trendu a v prosinci k obratu.
Tento graf ukazuje apogeum a perigeum oběžné dráhy LightSail 2, jak bylo hlášeno space-track.org od 8. července 2019. K nasazení plachty došlo 23. července 2019. Image Credit: The Planetary Society
Existuje několik důvodů, proč oběžná dráha prochází těmito cykly. Za prvé, Země je zploštělý sféroid , ne koule. To znamená, že jeho průměr na rovníku je asi o 42 km (26 mil) větší než na pólech. To způsobuje, že kosmická loď zažívá precesi nebo viklání.
Druhým důvodem cyklů apogea/perigea LightSail 2 je dráha Země kolem Slunce. Tento pohyb mění úhel mezi Sluncem a polohami apogea a perigea kosmické lodi.
LightSail 2 je skvělá demonstrační kosmická loď, ale má svá omezení. Jedním z nich je jeho singl hybné kolo . Kosmická loď používá toto kolo k orientaci buď rovnoběžně, nebo kolmo na sluneční paprsky, v závislosti na tom, zda pluje plachtami nebo aktivně pluje. Zpočátku to pozemní personál dělal ručně, což nebylo efektivní. Nyní tento proces zautomatizovali a kosmická loď díky tomu funguje lépe.
Ale během tohoto procesu se tým naučil jednu ze svých cenných lekcí. Časté změny orientace plachet dodávají kosmické lodi významnou hybnost. Jednou z klíčových technických výzev je zvládnutí této dynamiky.
Další lekce se týká solární energie. Solární plachty jsou výhradně pro solární plachtění. LightSail 2 má několik velmi malých solárních panelů, které zajišťují skromné energetické potřeby kosmické lodi.
Jeho původní návrh vyžadoval malé solární panely na obou stranách plavidla, ale panely na jedné straně byly odstraněny, aby se do nich vešla speciální zrcadla potřebná pro laserové zjišťování přesné vzdálenosti od Země. Ale teď, když je solární energie pouze na jedné straně, někdy jsou tyto panely zastíněny plachtami. To vede k brownoutům. Týmu se to do určité míry podařilo obejít řízením spotřeby energie kosmické lodi a jejím režimem řízení polohy. Ale je to dobrá lekce pro budoucí kosmické lodě se solárními plachtami.
Solární články na jedné straně LightSail2. Nablýskaná kulatá věc je mini-DVD obsahující seznam členů Planetary Society, seznam přispěvatelů na Kickstarteru a jména a obrázky z kampaně společnosti „Selfies to Space“. Obrazový kredit: Jason Davis/The Planetary Society
Tým LightSail 2 také přidal do kosmické lodi další režim, který nazývají režim ukazování Slunce.
Režim Sun-pointing udrží sluneční plachtu kosmické lodi obrácenou ke Slunci během celé její oběžné dráhy. To omezí přeorientování kosmické lodi, aby se snížil účinek častých změn orientace, které udělují kosmické lodi problematickou hybnost pomocí momentového kola. Pomáhá také s nabíjením baterie solárními články, i když to nesníží orbitální rozpad.
Tento snímek sluneční plachty LightSail 2 ukazuje jižní cíp Madagaskaru. Obrazový kredit: Planetární společnost
Nový režim také pomůže s přesností zaměřování kosmické lodi a poskytne jí konzistentnější výchozí polohu pro manévry zapnutí/vypnutí tahu.
Planetary Society má v úmyslu pozorně sledovat pokles oběžné dráhy kosmické lodi, aby zjistila, jaký účinek mají samotné plachty. To je z velké části pro jiné týmy, které studují jak táhnout plachty lze použít k cílenému de-orbitu kosmických lodí.
Budou také pokračovat ve focení. Primárním důvodem pro obrázky je sledování stavu plachet, ale jsou také příjemnou pastvou pro oči.
Více o LightSail 2 se můžete dozvědět na Planetární společnost webová stránka. Jsou neziskovou společností, takže se můžete připojit, pokud chcete být součástí jejich poslání. Je to skvělý způsob, jak mohou občané přispět.
Více:
- Tisková zpráva: Zde je to, co jsme se dosud naučili od LightSail 2
- Celá zpráva: Výkon orbity a polohy kosmické lodi LightSail 2 Solar Sail
- Planetární společnost: Příběh LightSail, část 1