Planetary Society schiera la vela solare di LightSail 2. Cosa riserva il futuro per le vele solari?
Il luogo in cui puoi viaggiare nello spazio dipende dalla quantità di propellente che hai a bordo del tuo razzo e dall'efficienza con cui puoi utilizzarlo. Ma c'è una fonte di propellente libero proprio qui nel Sistema Solare - il Sole - che emette fotoni in tutte le direzioni. Hai solo bisogno di catturarli.
E in questo momento, il Il nuovo LightSail 2 della Planetary Society la navicella spaziale sta testando quanto bene funzionerà.
Le vele solari sono un'idea geniale che fu pensata per la prima volta da Johannes Kepler nel 1600, poiché immaginava che le vele e le navi potessero essere adattate ai viaggi nello spazio. Naturalmente, non aveva ancora compreso appieno la fisica coinvolta.
Ma con le principali scoperte nella fisica delle particelle e nella meccanica quantistica all'inizio del XX secolo, gli scienziati si sono resi conto che la luce stessa poteva agire come un vento che spinge una vela nello spazio.
Sebbene i fotoni non abbiano massa, possono impartire slancio quando rimbalzano su una superficie altamente riflettente: questa è una vela leggera. Non è molto, ma nel vuoto dello spazio non c'è resistenza dell'aria per rallentare la vela. Con abbastanza fotoni e abbastanza tempo, una vela leggera può accelerare a velocità incredibilmente elevate.
Usando un razzo chimico, potresti convertire l'intera massa del Universo osservabile in carburante per razzi e non otterresti una piccola navicella spaziale che vada più veloce dello 0,2% della velocità della luce. Ma una vela leggera può teoricamente portarti a velocità relativistiche, viaggiando da una stella all'altra in una vita umana.
LightSail viene lanciato a bordo dell'X-37B il 20 maggio 2015. Credito: The Planetary Society
Dal momento che il propellente libero illimitato proviene dal Sole e sono possibili enormi velocità, perché non ci sono vele solari ovunque?
Buona domanda.
È una domanda che il Società planetaria è ossessionato da anni ormai, e finalmente hanno lanciato una vera vela solare per cercare di capire come funzionano effettivamente.
Illustrazione artistica della vela solare Cosmos 1. Credito: The Planetary Society
Nel 2005, hanno cercato di lanciare la prima vela solare al mondo, Cosmo 1 , ma un guasto a un razzo lo distrusse. Quindi sono tornati al lavoro, sviluppando LightSail 1, che è stato lanciato nel 2015 e ha testato con successo il dispiegamento della loro vela solare nello spazio.
E finalmente, nel 2019, la Planetary Society era pronta a provare davvero a navigare nello spazio.
La missione Falcon Heavy STP-2 è stata lanciata dal Kennedy Space Center martedì 25 giugno 2019. Image Credit: Alex Brock Instagram: @alexhbrock, Website: www.alexhbrock.com
Il 25 giugno 2019, a SpaceX Falcon Heavy decollato da Cape Canaveral in Florida con a bordo 24 veicoli spaziali per la missione STP-2 dell'aeronautica statunitense. Questa è stata la terza volta che il Falcon Heavy è stato lanciato e tutti noi speravamo che riuscisse ad atterrare con successo nel suo stadio intermedio. Uh, non così tanto, è ancora nella lista delle cose da fare. Ma non è di questo che tratta questo video.
Ad ogni modo, oltre ai misteriosi satelliti dell'Air Force, Falcon Heavy stava trasportando il LightSail 2 della Planetary Society a bordo della sua navicella spaziale Prox-1, che ha rilasciato a un'altitudine di 720 chilometri.
Quindi, il 23 luglio 2019, la navicella spaziale ha dispiegato la sua vela solare.
Foto dello spiegamento della vela di LightSail 2. Credito: The Planetary Society
Ha aperto i suoi pannelli solari incernierati, quindi ha srotolato quattro bracci velici simili a un metro a nastro, srotolando le sue 4 vele triangolari, dispiegando 32 metri quadrati di superficie velica.
È importante notare che questa navicella spaziale è minuscola, con un peso di soli 5 kg o 11 libbre, circa le dimensioni di una pagnotta.
Mentre orbita intorno alla Terra, l'astronave fa oscillare le sue vele dentro e fuori la luce solare, con ogni periodo che alza la sua orbita di poche centinaia di metri al giorno.
Questo suona alla grande, sfortunatamente, LightSail 2 non ha i sistemi di controllo a bordo per controllare il suo angolo abbastanza attentamente da rimanere in orbita indefinitamente.
Illustrazione artistica di come LightSail 2 aumenterà la sua orbita. Credito: The Planetary Society
Mentre sta alzando la sua orbita su un lato della Terra di diverse centinaia di metri al giorno, non può inclinare le vele abbastanza precisamente da impedire di abbassare la sua orbita sull'altro lato del pianeta. Alla fine si immergerà nell'atmosfera terrestre e brucerà.
Ma si spera che gli ingegneri della Planetary Society abbiano finalmente imparato quanto può essere pratica una vela solare per l'esplorazione dello spazio.
È ancora in orbita e sta tornando indietro fantastiche immagini del nostro pianeta natale .
LightSail 2 ha catturato questa immagine del Messico il 12 luglio 2019. L'immagine guarda verso est attraverso il Messico. La punta della penisola di Baja è a sinistra e all'estrema destra c'è la tempesta tropicale Barry. Credito immagine: la società planetaria
Con il LightSail 2 della Planetary Society che invia i dati a casa, insegnando ai controllori di missione a navigare nello spazio, queste saranno lezioni preziose per le missioni future che potrebbero utilizzare questa tecnologia come un vero metodo di propulsione.
Una missione in cantiere è Esploratore di asteroidi Near-Earth della NASA , o NEA Scout . Questa missione Cubesat potrebbe volare come carico utile secondario con il primo test dello Space Launch System della NASA, la missione EM-1 senza equipaggio, che potrebbe essere lanciata già nel giugno 2020.
Dopo il dispiegamento dalla capsula Orion, il NEA Scout dispiegherebbe le sue vele solari, due volte più grandi di LightSail 2, e poi trascorrerà due anni viaggiando su un asteroide vicino alla Terra per studiarlo da vicino.
Non conosciamo ancora l'obiettivo, ma una potenziale destinazione potrebbe essere l'oggetto vicino alla Terra 1991 VG, che è stato scoperto nel 1991 poco prima che passasse alla distanza dalla Terra alla Luna. E poi è tornato nell'agosto 2017. Vorremo tenere d'occhio quella roccia come una potenziale minaccia, ma anche un tesoro di metalli e minerali che potrebbe aiutare a supportare la futura esplorazione del Sistema Solare.
Un'altra missione che potrebbe utilizzare una vela solare è il giapponese Oversize Kite-craft for Exploration and Astronautics in the Outer Solar System o OKEANOS . Questa sarebbe una missione verso gli asteroidi troiani, che si trovano nei punti di Lagrange L4 e L5 Sole-Giove.
Concetto artistico degli asteroidi troiani, piccoli corpi che dominano il nostro sistema solare. Credito: NASA
Questi sono un luogo ideale per studiare gli asteroidi perché Giove e la gravità del Sole hanno intrappolato un gran numero in un punto e una missione può facilmente campionare molti asteroidi diversi.
OKEANOS avrebbe una vela solare ibrida, ricoperta di pannelli solari, che utilizzerebbe anche per fornire elettricità ai suoi strumenti e al motore a ioni.
Il Giappone è stato uno dei primi paesi a testare una vela solare, con il loro Missione IKAROS che è stato schierato nel 2010 e alla fine ha guadagnato centinaia di metri al secondo di velocità usando la vela solare.
Illustrazione artistica di IKAROS. Attestazione: JAXA
OKEANOS potrebbe anche venire con un lander. Grazie alla loro esperienza con Hayabusa2 e l'asteroide Ryugu, la JAXA ha imparato moltissimo sull'atterraggio e sulla raccolta di campioni da piccoli asteroidi.
Se tutto va bene, OKEANOS verrà lanciato a metà del 2020 a bordo di un veicolo di lancio H-IIA, utilizzando diversi aiuti gravitazionali per compiere il viaggio verso Giove. E se la missione ha davvero successo, potrebbe anche riportare a casa un campione di un asteroide troiano.
Concetto artistico del lander lunare accoppiato al gateway della piattaforma orbitale lunare. Credito: Lockheed Martin
La NASA sta anche considerando aggiungendo una vela solare al Deep Space Lunar Gateway. In uno speciale evento di pianificazione per il Deep Space Gateway nel 2017, i membri dell'Agenzia spaziale canadese hanno presentato il concetto di una vela solare che potrebbe essere aggiunta alla stazione. La luce continua del Sole fornirebbe una spinta costante che la stazione potrebbe utilizzare per mantenere la sua orbita senza propulsione. Tenuto in mano su un braccio robotico canadese – che altro – una vela solare di 50 metri quadrati potrebbe far risparmiare alla stazione 9 kg di idrazina all'anno, che è costosa da trasportare dalla Terra alla Luna.
Una missione che probabilmente conosci è il concetto Breakthrough Starshot. Invece di utilizzare la luce del Sole come propulsione, Breakthrough Starshot spera di utilizzare potenti laser che accelereranno piccoli satelliti a velocità interstellari.
Questi potrebbero essere i primi veicoli spaziali che inviano a casa immagini da un altro sistema stellare. Abbiamo fatto un intero episodio su questa e un'altra missione di vela laser più pesante chiamata Project Dragonfly.
Sfortunatamente, le agenzie spaziali hanno impiegato più tempo per incorporare le vele solari nelle loro missioni di quanto avrei sperato. È comprensibile, sono complicati e fragili e richiedono un orientamento preciso. Ha senso che i pianificatori delle missioni utilizzino razzi chimici collaudati o motori ionici efficienti per spingere la loro navicella spaziale attraverso il Sistema Solare.
Ma man mano che vengono lanciate e testate sempre più vele solari, gli ingegneri acquisiranno maggiore fiducia nei modi migliori per usarle come parte di una missione. Posso immaginare un futuro in cui quasi tutte le missioni avranno a bordo una vela solare di riserva, nel caso qualcosa vada storto con il motore principale.
Sono sempre stato affascinato dalla possibilità della navigazione solare e ho osservato ogni scoperta e passo avanti con entusiasmo. Sono davvero contento che la Planetary Society sia arrivata così lontano con i suoi test. Hanno svolto l'intera missione per $ 7 milioni di dollari, finanziati dai membri della Planetary Society, da privati cittadini e da una campagna Kickstart. Se vuoi supportare questa e le future missioni per aiutare ad esplorare il Sistema Solare, vai su planetary.org scoprire di più.