LightSail 2 nasadil solárnu plachtu pred piatimi mesiacmi a stále obieha okolo Zeme. Je to úspešná ukážka potenciálu slnečnej lode. Teraz tím LightSail 2 v Planetárnej spoločnosti vydal dokument, v ktorom načrtol svoje zistenia z doterajšej misie.
Koncept solárnej plachty už nejaký čas existuje, v skutočnosti až do Johannes Kepler. V roku 1607 prešla Halleyova kométa nad hlavou a Kepler si všimol, ako chvost komety prúdil preč od Slnka. Keď sa ukázalo, že slnečné svetlo je zodpovedné, správne si myslel. V liste Galileovi, ktorý je v sláve astronomických kruhov slávny, Kepler povedal: „Poskytujte lode alebo plachty prispôsobené nebeským vánkom a budú existovať niektorí, ktorí sa odvážia vyrovnať aj tomuto prázdnu.“ Celkom v pohode.
Keplerovi samozrejme neexistoval spôsob, ako zistiť, aký má pravdu. Teraz však vďaka Planetárnej spoločnosti a ďalším áno.
Planetárna spoločnosť je priekopníkom v oblasti slnečnej plachtenia. LightSail 2 je vlastne ich tretia kozmická loď pre slnečné plachty, ktorá šla v stopách LightSail 1, a ich pôvodný predchodca Cosmos 1, ktorý sa nedostal na obežnú dráhu v prípade zlyhania rakety. Tretia kozmická loď pre slnečné plachty s názvom LightSail 3 dosiahne, ak bude všetko v poriadku, libračný bod L1 pre Slnko-Zem.
Ako jedna z prvých kozmických lodí pre slnečné plachty nás LightSail 2 učí hodnotné lekcie o potenciáli a obmedzeniach plachtenia. 10. januára vydala Planetárna spoločnosť dokument, v ktorom načrtla niektoré z týchto lekcií. Príspevok je nazvaný „Výkon obežnej dráhy a pozornosti kozmickej lode LightSail 2 Solar Sail.“
LightSail 2 pomaly podľahne ťahaniu a približuje sa k Zemi. Keď bolo nasadené, orbitálne modelovanie predpovedalo, že padne na Zem asi rok po nasadení jeho plachiet. Vesmírna loď je však na obežnej dráhe vysokej Zeme vzdialená asi 720 km (447 míľ) oveľa viac ako iné satelity a kozmické lode, ako je Medzinárodná vesmírna stanica, ktorá obieha 400 km (249 míľ).
V tejto nadmorskej výške a výslednom útlme obežnej dráhy je pomerne málo údajov o atmosférickej hustote, takže ročná predpoveď nebola presná. Ale vďaka LightSail 2 teraz vieme, že atmosférický aerodynamický odpor v tejto nadmorskej výške je dosť silný na to, aby LightSail 2 pritiahol smerom k Zemi. Jedným z dôvodov je, že kozmická loď nie je vždy slnečná plachtenie.
Počas každých 100 minút obežnej dráhy strávi LightSail 2 zachytením slnečných fotónov iba asi 28 minút a to je jediný prípad, kedy môže zmeniť svoju dráhu. Zvyšok času strávime zatmením, pohybom priamo smerom k Slnku alebo úpravou jeho orientácie. Týchto 28 minút skutočného času plavby nestačí na úplné vyrovnanie atmosférického odporu.
To je len jedna z vecí, ktorú sa Planetárna spoločnosť naučila z projektu LightSail 2. V rámci týchto dráh sú však aj iné premenné.
Tím porovnával výkon LightSail 2, keď bol náhodne orientovaný v porovnaní s časom, keď bol aktívne orientovaný na solárne plachtenie. Zistili, že keď bola kozmická loď náhodne orientovaná, polovica hlavnej osi jej dráhy klesla o 34,5 metra za deň. Keď bolo aktívne orientované, rovnaké opatrenie sa znížilo iba o 19,9 metra za deň. Na svojej obežnej dráhe je však veľa variácií a malá kozmická loď niekedy zvýšila svoju obežnú dráhu o 7,5 metra za deň.
Video ukazuje jednu jedinú obežnú dráhu pre LightSail 2. Všimnite si červené a modré čiary prekrývajúce sa s kozmickou loďou. Červená čiara ukazuje smer Slnka a modrá čiara predstavuje smer lokálneho magnetického poľa. Keď sa kozmická loď blíži k Slnku, perie svoje plachty a keď sa aktívne plaví, otáča svoje plachty, aby zachytila fotóny Slnka. Uhol Slnka až -z sa mení z približne 90 stupňov na zhruba 0 stupňov.
Solárne plachtenie vo všeobecnosti nemôže prekonať atmosférický odpor, ale na to nie sú tieto kozmické lode určené. Ich potenciál spočíva v medziplanetárnom cestovaní bez atmosféry a účinkov zatmenia planéty. Kozmická loď NASA NEA Scout (Near Earth Asteroid Scout) strávi dva roky pod pohonom slnečnej plachty, aby dosiahla asteroid, hoci dostane počiatočnú podporu pohonu z prúdov studeného plynu.
Apogee a perigee LightSail 2 sa pohybujú hore a dole po dobu piatich mesiacov od nasadenia. Ihneď po nasadení kozmická loď zdvihla apogee, čím sa stala prvou kozmickou loďou so slnečnou plachtou. Súčasne sa perigee znížil. Koncom októbra došlo k zvráteniu tohto trendu a k decembrovému zvráteniu.
Existuje niekoľko dôvodov, prečo obežná dráha prechádza týmito cyklami. Po prvé, Zem je sploštený sféroid, nie guľa. To znamená, že jeho priemer v rovníku je asi 42 km (26 míľ) väčší ako v póloch. Vďaka tomu prežíva kozmická loď precesiu alebo nehybnosť.
Druhým dôvodom apogee / perigee cyklov LightSail 2 je zemská cesta okolo Slnka. Tento pohyb mení uhol medzi Slnkom a polohami apogee a perigee kozmickej lode.
LightSail 2 je skvelá demonštračná kozmická loď, ale má obmedzenia. Jedným z nich je jeho jediné koleso s hybnosťou. Kozmická loď používa toto koleso na to, aby sa orientovala buď rovnobežne alebo kolmo na slnečné lúče, v závislosti od toho, či jeho plachty plávajú alebo aktívne plavia. Pôvodne to pozemná posádka robila manuálne, čo nebolo efektívne. Teraz tento proces automatizovali a vďaka tomu sa kozmická loď vedie lepšie.
V priebehu tohto procesu sa tím však naučil jednu zo svojich cenných lekcií. Časté zmeny v orientácii plachiet dodávajú kozmickej lodi výraznú dynamiku. Jednou z kľúčových technických výziev je zvládnutie tejto dynamiky.
Ďalšia lekcia sa týka solárnej energie. Slnečné plachty sú určené výlučne na slnečné plachtenie. LightSail 2 má niekoľko veľmi malých solárnych panelov, ktoré zaisťujú skrovnú potrebu energie kozmickej lode.
Pôvodný návrh vyžadoval malé solárne panely na oboch stranách plavidla, ale panely na jednej strane boli odstránené, aby vyhovovali špeciálnym zrkadlám potrebným na nájdenie presnej vzdialenosti laserového dosahu od Zeme. Ale teraz, keď je slnečná energia iba na jednej strane, niekedy sú tieto panely zatienené plachtami. To vedie k obočiu. Tím sa do určitej miery dokázal obísť tým, že riadil spotrebu energie kozmickej lode a jej režim riadenia polohy. Je to však dobrá lekcia pre budúce kozmické lode so solárnymi plachtami.
Tím LightSail 2 do kozmickej lode pridal aj ďalší režim, ktorý nazývajú režimom zameraným na slnko.
Režim zamerania na slnko udržiava solárnu plachtu kozmickej lode na celej jej obežnej dráhe oproti Slnku. Tým sa obmedzí presmerovanie kozmickej lode, aby sa znížil účinok častých zmien orientácie, ktoré prepožičiavajú kozmickej lodi problematickú dynamiku prostredníctvom hybného kolesa. Pomáha tiež pri nabíjaní batérií solárnymi článkami, neznižuje to však orbitálny rozpad.
Nový režim tiež pomôže s presnosťou nasmerovania kozmickej lode a poskytne jej jednotnejší východiskový postoj pri náporových manévroch.
Planetárna spoločnosť má v úmysle pozorne sledovať orbitálny rozpad kozmickej lode, aby zistila, aký účinok majú samotné plachty. Toto je do značnej miery pre ostatné tímy, ktoré študujú, ako môžu byť použité vlečné plachty na zámerné odstránenie obehovej kozmickej lode.
Budú tiež pokračovať vo fotografovaní. Hlavným dôvodom obrázkov je sledovanie stavu plachiet, ale sú to tiež pekné očné cukríky.
Viac informácií o LightSail 2 nájdete na webovej stránke The Planetetary's Society. Je to nezisková spoločnosť, takže sa môžete pripojiť, ak by ste chceli byť súčasťou ich poslania. Je to skvelý spôsob, ako občania prispievať.
Viac:
- Tlačová správa: Tu je to, čo sme sa už dozvedeli od LightSail 2
- Úplná správa: Výkon orbity a postoja kozmickej lode LightSail 2 Solar Sail
- Planetárna spoločnosť: Príbeh LightSail, 1. časť
