نشر LightSail 2 الشراع الشمسي قبل خمسة أشهر ، ولا يزال يدور حول الأرض. إنه عرض ناجح لإمكانات مركبة الفضاء الشراعية الشمسية. الآن قام فريق LightSail 2 في The Planetary Society بنشر ورقة تلخص نتائجهم من المهمة حتى الآن.
كان مفهوم الشراع الشمسي موجودًا منذ فترة ، حتى يوهانس كيبلر ، في الواقع. مرة أخرى في عام 1607 ، مر مذنب هالي في الهواء ، ولاحظ كيبلر كيف يتدفق ذيل المذنب بعيدًا عن الشمس. كان يعتقد ، كما اتضح ، أن ضوء الشمس هو المسؤول. قال كيبلر في رسالة إلى جاليليو المشهورة نوعًا ما في أوساط علم الفلك ، "زوِّد السفن أو الأشرعة المكيفة بالنسمات السماوية ، وسيكون هناك من سيشجع حتى هذا الفراغ." لطيف جدا.
بالطبع لم يكن هناك طريقة كيبلر لمعرفة كيف كان على حق. ولكن الآن ، بفضل جمعية الكواكب وغيرها ، نقوم بذلك.
تعتبر جمعية الكواكب رائدة في مجال الإبحار الشمسي. LightSail 2 هي في الواقع ثالث مركبة فضائية شراعية شمسية ، تسير على خطى LightSail 1 ، وسلطتها الأصلية Cosmos 1 ، التي لم تصل إلى المدار عندما فشل إطلاق صاروخها. ستصل مركبة فضائية ثالثة من الشراع الشمسي ، تسمى LightSail 3 ، إلى نقطة معايرة الشمس-الأرض L1 إذا سارت الأمور على ما يرام.
كواحدة من أولى المركبات الفضائية الشراعية الشمسية ، يعلمنا LightSail 2 دروسًا قيّمة حول إمكانيات وقيود الإبحار بالطاقة الشمسية. في 10 يناير ، أصدرت جمعية الكواكب ورقة تحدد بعض تلك الدروس. عنوان الورقة هو "أداء المدار والمواقف لمركبة LightSail 2 Solar Sail Spacecraft."
يستسلم LightSail 2 ببطء للسحب ويجعل طريقه أقرب إلى الأرض. عندما تم نشرها ، تنبأت النمذجة المدارية بأنها ستسقط على الأرض بعد عام تقريبًا من نشر أشرعتها. لكن المركبة الفضائية تقع في مدار حول الأرض على ارتفاع 720 كم (447 ميلًا) ، أعلى بكثير من الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية الأخرى مثل محطة الفضاء الدولية ، التي تدور في 400 كم (249 ميلاً).
هناك القليل من البيانات نسبيًا حول كثافة الغلاف الجوي على هذا الارتفاع ، وعلى اضمحلال المدار الناتج ، لذلك لم يكن التنبؤ لمدة عام دقيقًا. ولكن بفضل LightSail 2 ، نعرف الآن أن السحب الجوي على هذا الارتفاع قوي بما يكفي لسحب LightSail 2 نحو الأرض ، أحد أسباب ذلك هو أن المركبة الفضائية ليست دائمًا إبحارًا شمسيًا.
خلال كل 100 دقيقة في مدار ، يقضي LightSail 2 حوالي 28 دقيقة فقط في التقاط الفوتونات الشمسية ، وهذه هي المرة الوحيدة التي يمكنه فيها تغيير مساره. يتم قضاء بقية الوقت في كسوف الشمس ، أو التحرك مباشرة نحو الشمس ، أو تعديل اتجاهها. أن 28 دقيقة من وقت الإبحار الفعلي لا يكفي لمواجهة السحب الجوي تمامًا.
هذا مجرد أحد الأشياء التي تعلمتها جمعية الكواكب من مشروع LightSail 2. ولكن داخل هذه المدارات ، هناك متغيرات أخرى.
قارن الفريق أداء LightSail 2 عندما كان موجهًا بشكل عشوائي مقابل عندما كان موجهًا بشكل نشط للإبحار بالطاقة الشمسية. ووجدوا أنه عندما كانت المركبة الفضائية موجهة بشكل عشوائي ، انخفض المحور شبه الرئيسي لمدارها بمقدار 34.5 مترًا في اليوم. عندما تم توجيهه بنشاط ، تقلص نفس الإجراء بمقدار 19.9 مترًا فقط في اليوم. ولكن هناك الكثير من الاختلافات في مدارها ، وأحيانًا زادت المركبة الفضائية الصغيرة مدارها بمقدار 7.5 متر في اليوم.
يُظهر الفيديو مدارًا واحدًا لـ LightSail 2. لاحظ الخطوط الحمراء والزرقاء المتراكبة على المركبة الفضائية. يظهر الخط الأحمر اتجاه الشمس ، والخط الأزرق هو اتجاه المجال المغناطيسي المحلي. عند اقترابها من الشمس ، تبحر المركبة الفضائية بأشرعتها ، وعندما تبحر بنشاط ، فإنها تدير أشرحتها للقبض على فوتونات الشمس. تتغير زاوية الشمس إلى z من 90 درجة تقريبًا إلى 0 درجة تقريبًا.
بشكل عام ، لا يمكن للإبحار الشمسي التغلب على السحب الجوي ، ولكن هذا ليس ما صممت هذه المركبات الفضائية من أجله حقًا. تكمن إمكاناتها في السفر بين الكواكب ، خالية من الأجواء وآثار الكسوف الكوكبي. ستقضي المركبة الفضائية NEA Scout (بالقرب من كشافة الكويكبات حول الأرض) التابعة لوكالة ناسا عامين تحت دفع الشراع الشمسي للوصول إلى كويكب ، على الرغم من أنها ستحصل على دفعة دفع مبدئية من دافعات الغاز البارد.
كانت ذروة LightSail 2 وحضيضها يتجهان صعودًا وهبوطًا خلال الأشهر الخمسة منذ نشره. بعد النشر مباشرة ، رفعت المركبة الفضائية ذروتها ، مما جعلها أول مركبة فضائية شراعية شمسية تقوم بذلك. في نفس الوقت ، انخفض الحضيض. وشهد انعكاس الاتجاه في أواخر أكتوبر ، وعكسه في ديسمبر.
هناك سببان وراء مرور المدار بهذه الدورات. أولاً ، الأرض كروية مفلطحة وليست كروية. وهذا يعني أن قطرها عند خط الاستواء يبلغ حوالي 42 كيلومترًا (26 ميلًا) أكبر من القطبين. هذا يجعل من تجربة المركبة الفضائية سابقة أو تذبذب.
السبب الثاني لدورات الأوج / الحضيض لـ LightSail 2 هو مسار الأرض حول الشمس. تغير هذه الحركة الزاوية بين الشمس ومواضع ذروة المركبة الفضائية وحضيضها.
LightSail 2 هي مركبة فضاء رائعة ، ولكن لها قيود. واحدة من هذه هي عجلة الزخم الفردية. تستخدم المركبة الفضائية تلك العجلة لتوجيه نفسها إما موازية أو متعامدة مع أشعة الشمس ، اعتمادًا على ما إذا كانت تشرعها أو تبحر بنشاط. في البداية ، كان الطاقم الأرضي يفعل ذلك يدويًا ، وهو ما لم يكن فعالًا. الآن قاموا بأتمتة العملية ، وأداء المركبة الفضائية أفضل نتيجة لذلك.
لكن طوال هذه العملية ، تعلم الفريق أحد دروسهم القيمة. تضفي التغييرات المتكررة في اتجاه الشراع زخما كبيرا على المركبة الفضائية. واحدة من التحديات التقنية الرئيسية هي إدارة هذا الزخم.
درس آخر ينطوي على الطاقة الشمسية. الأشرعة الشمسية هي بدقة للإبحار بالطاقة الشمسية. يحتوي LightSail 2 على بعض الألواح الشمسية الصغيرة جدًا التي توفر احتياجات طاقة المركبة الفضائية الهزيلة.
دعا تصميمها الأولي إلى إنشاء الألواح الشمسية الصغيرة على جانبي المركبة ، ولكن تمت إزالة الألواح من جانب واحد لاستيعاب المرايا الخاصة المطلوبة لتحديد مدى الليزر للعثور على المسافة الدقيقة من الأرض. ولكن الآن بما أن هناك طاقة شمسية على جانب واحد فقط ، فأحيانًا تكون هذه الألواح مظللة بالأشرعة. هذا يؤدي إلى اللون البني. تمكن الفريق من التغلب على ذلك إلى حد ما ، من خلال إدارة استخدام طاقة المركبة الفضائية ووضع التحكم في الموقف. لكنه درس جيد للمركبة الفضائية الشراعية الشمسية في المستقبل.
أضاف فريق LightSail 2 أيضًا وضعًا آخر إلى المركبة الفضائية يسمونه وضع إشارة الشمس.
سيحافظ وضع الإشارة الشمسية على الإبحار الشمسي للمركبة الفضائية المواجهة للشمس خلال مدارها بالكامل. سيحد هذا من إعادة توجيه المركبة الفضائية لتقليل تأثير تغييرات التوجه المتكررة التي تنقل الزخم الإشكالي إلى المركبة الفضائية بواسطة عجلة الزخم. كما أنه يساعد في شحن البطارية بواسطة الخلايا الشمسية ، على الرغم من أنه لن يقلل من التسوس المداري.
سيساعد الوضع الجديد أيضًا في دقة توجيه مركبة الفضاء ، وسيعطيها موقف بدء أكثر اتساقًا لمناورات الدفع للتشغيل / الإيقاف.
تعتزم جمعية الكواكب مراقبة التحلل المداري للمركبة الفضائية عن كثب لمعرفة تأثير الأشرعة نفسها. هذا إلى حد كبير لفرق أخرى تدرس كيف يمكن استخدام الأشرعة لسحب المركبات الفضائية عن عمد.
سيستمرون أيضًا في التقاط الصور. السبب الرئيسي للصور هو مراقبة حالة الأشرعة ، لكنها حلوة لطيفة للعين أيضًا.
يمكنك معرفة المزيد عن LightSail 2 على موقع جمعية الكواكب. إنهم مجتمع غير ربحي ، لذا يمكنك الانضمام إذا كنت ترغب في أن تكون جزءًا من مهمتهم. إنها طريقة رائعة للمواطنين للمساهمة.
أكثر:
- بيان صحفي: إليك ما تعلمناه حتى الآن من LightSail 2
- تقرير كامل: أداء المدار والموقف من المركبة الفضائية LightSail 2 Solar Sail
- مجتمع الكواكب: قصة LightSail ، الجزء الأول
