LightSail 2 nasadil solární plachtu před pěti měsíci a stále obíhá kolem Země. Je to úspěšná demonstrace potenciálu sluneční plachetnice. Nyní tým LightSail 2 v The Planetetary Society vydal dokument, který nastiňuje jejich zjištění z dosavadní mise.
Koncept sluneční plachty existuje už nějakou dobu, ve skutečnosti až do Johannes Kepler. V roce 1607 prošla Halleyova kometa nad hlavou a Kepler si všiml, jak se ocas komety vytékal pryč od Slunce. Jak se ukázalo, myslel si, že sluneční světlo je zodpovědné. V dopise Galileovi, který je tak slavný v astronomických kruzích, Kepler řekl: „Poskytujte lodě nebo plachty přizpůsobené nebeským vánkům, a budou i někteří, kdo se statečně vyrovná i tomu prázdnotě.“ Docela v pohodě.
Keplerovi samozřejmě nebylo možné vědět, jak má pravdu. Ale nyní, díky Planetární společnosti a dalším, ano.
Planetární společnost je průkopníkem v oblasti sluneční plachtění. LightSail 2 je ve skutečnosti jejich třetí kosmická loď se solárními plachtami, která následuje ve stopách LightSail 1, a jejich původní předchůdce Cosmos 1, který nedosáhl oběžnou dráhu, když její raketová raketa selhala. Třetí kosmická loď se solárními plachtami, nazvaná LightSail 3, dosáhne bodu libra Slunce L1, pokud vše půjde dobře.
Jako jeden z prvních kosmických lodí pro sluneční plachty nás LightSail 2 učí hodnotným lekcím o potenciálu a omezeních plachtění. 10. ledna vydala Planetární společnost referát, který nastiňuje některé z těchto lekcí. Příspěvek je nazván „Orbit a Attitude Performance of LightSail 2 Solar Sail Spacecraft“.
LightSail 2 pomalu podléhá tažení a přibližuje se k Zemi. Když to bylo rozmístěno, orbitální modelování předpovídalo, že to dopadne na Zemi asi rok po rozmístění jeho plachet. Kosmická loď je však na oběžné dráze na Zemi asi 720 km (447 mil) mnohem vyšší než ostatní satelity a kosmické lodě, jako je Mezinárodní kosmická stanice, která obíhá na 400 km (249 mil).
V této nadmořské výšce a výsledném rozpadu oběžné dráhy je relativně málo údajů o atmosférické hustotě, takže roční předpověď nebyla přesná. Ale díky LightSail 2 nyní víme, že atmosférický odpor v této výšce je dostatečně silný, aby přitahoval LightSail 2 směrem k Zemi. Jedním z důvodů, proč je kosmická loď, není vždy sluneční plachtění.
Během každých 100 minut oběžné dráhy, LightSail 2 utratí pouze asi 28 minut zachycením slunečních fotonů, a to je jediný čas, kdy může změnit svou trajektorii. Zbytek času je stráven buď zatměním, pohybem přímo k Slunci, nebo úpravou jeho orientace. Že 28 minut skutečného času plavby nestačí k úplnému potlačení atmosférického odporu.
To je jen jedna z věcí, které se Planetary Society poučila z jejich projektu LightSail 2. Ale uvnitř těchto oběžných drah jsou další proměnné.
Tým porovnával výkon LightSail 2, když byl náhodně orientován v porovnání s aktivním zaměřením na sluneční plachtění. Zjistili, že když byla kosmická loď náhodně orientována, poloosvětlová osa její dráhy klesla o 34,5 metrů denně. Když byla aktivně orientována, stejné opatření se snížilo pouze o 19,9 metrů za den. Na své oběžné dráze je však mnoho variací a občas malá kosmická loď oběžnou dráhu zvýšila o 7,5 metru denně.
Video ukazuje jednu oběžnou dráhu pro LightSail 2. Všimněte si červené a modré čáry překrývající se na kosmické lodi. Červená čára ukazuje směr Slunce a modrá čára je směr lokálního magnetického pole. Když se kosmická loď blíží ke Slunci, nakrývá své plachty a když aktivně pluje, otáčí své plachty, aby zachytila fotony Slunce. Úhel Slunce k -z se mění z přibližně 90 stupňů na zhruba 0 stupňů.
Obecně lze říci, že sluneční 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 zatmění planet. Kosmická loď NASA NEA Scout (Near Earth Asteroid Scout) stráví dva roky pod pohonem sluneční plachty, aby dosáhla asteroidu, i když obdrží počáteční podporu pohonu z tryskačů studeného plynu.
Apogee a perigee LightSail 2 jezdí po dobu pěti měsíců od svého nasazení nahoru a dolů. Bezprostředně po rozmístění zvedla kosmická loď apogee, což z ní učinilo první kosmickou loď solárních plachet. Současně se perigee snížil. Koncem října došlo k obrácení tohoto trendu a v prosinci ke zvratu.
Existuje několik důvodů, proč oběžné dráhy procházejí těmito cykly. Za prvé, Země je sploštělý sféroid, nikoli koule. To znamená, že jeho průměr v rovníku je asi 42 km (26 mil) větší než v pólech. Díky tomu se kosmická loď stává precesí nebo wobblinessem.
Druhým důvodem pro apogee / perigee cykly LightSail 2 je cesta Země kolem Slunce. Tento pohyb mění úhel mezi Sluncem a polohami apogee a perigee kosmické lodi.
LightSail 2 je skvělá demonstrační kosmická loď, ale má svá omezení. Jedním z nich je jeho jediné kolo hybnosti. Kosmická loď používá toto kolo k tomu, aby se orientovala buď rovnoběžně, nebo kolmo na sluneční paprsky, v závislosti na tom, zda se prolíná svými plachtami nebo aktivně pluje. Pozemní posádka to zpočátku dělala ručně, což nebylo efektivní. Nyní tento proces automatizovali a díky tomu se kosmická loď vede lépe.
Ale během tohoto procesu se tým naučil jednu ze svých cenných lekcí. Časté změny v orientaci plachet propůjčují kosmické lodi významnou dynamiku. Jednou z klíčových technických výzev je zvládnutí této dynamiky.
Další lekce zahrnuje sluneční energii. Sluneční plachty jsou výhradně pro sluneční plachtění. LightSail 2 má několik velmi malých solárních panelů, které zajišťují skrovnou potřebu energie kosmické lodi.
Počáteční konstrukce vyžadovala malé solární panely na obou stranách plavidla, ale panely na jedné straně byly odstraněny, aby vyhovovaly speciálním zrcátkům potřebným k nalezení přesné vzdálenosti od Země od Země. Ale teď, když je sluneční energie pouze na jedné straně, někdy jsou tyto panely stínovány plachtami. To vede k obočím. Tým byl do určité míry schopen obejít řízení spotřeby energie kosmické lodi a její režim řízení polohy. Je to však dobrá ponaučení pro budoucí kosmické lodi se slunečními plachtami.
Tým LightSail 2 také přidal do kosmické lodi další režim, který nazývají režimem směřujícím na slunce.
Režim zaměřený na Slunce zajistí, aby sluneční plachta kosmické lodi byla na celé své oběžné dráze obrácena ke Slunci. To omezí přeorientování kosmické lodi, aby se snížil účinek častých změn orientace, které propůjčují kosmické lodi problematickou hybnost pomocí hybného kola. Pomáhá také s nabíjením baterií solárními články, ačkoli to nezmenší orbitální rozpad.
Nový režim také pomůže s přesností nasměrování kosmické lodi a poskytne jí důslednější počáteční postoj pro tahové manévry zapnuto / vypnuto.
Planetární společnost má v úmyslu pozorně sledovat orbitální úpadek kosmické lodi, aby zjistila, jaký účinek mají samotné plachty. To je z velké části pro další týmy, které studují, jak lze plachetnice použít k účelovému odvrácení kosmické lodi.
Budou také fotit. Hlavním důvodem pro obrázky je sledování stavu plachet, ale také pěkné oční bonbóny.
Více informací o LightSail 2 se dozvíte na webových stránkách Planetary's Society. Je to nezisková společnost, takže se můžete připojit, pokud byste chtěli být součástí jejich poslání. Je to skvělý způsob, jak občané přispívat.
Více:
- Tisková zpráva: Zde je přehled toho, co jsme se dosud dozvěděli od LightSail 2
- Úplná zpráva: Orbit a Attitude Performance of LightSail 2 Solar Sail Spacecraft
- Planetární společnost: Příběh LightSail, část 1
