LightSail 2は5か月前にソーラーセイルを配備しましたが、まだ地球を周回しています。これは、ソーラーセイル宇宙船の可能性の実証に成功しています。現在、The Planetary SocietyのLightSail 2チームは、これまでのミッションからの調査結果をまとめたペーパーをリリースしています。
ソーラーセイルのコンセプトはしばらく前からあり、実際にはヨハネスケプラーまでさかのぼります。 1607年に戻ると、ハレー彗星は頭上を通過し、ケプラーは彗星の尾が太陽から離れて流れていることに気付きました。彼は、結局のところ、日光が原因であると考えていました。天文学界で有名なガリレオへの手紙の中で、ケプラーは「天のそよ風に適応した船または帆を提供し、その虚空さえも勇ませる者がいるでしょう」と述べました。かなりクール。
もちろん、ケプラーが彼の正しさを知る方法はありませんでした。しかし今、惑星協会などのおかげで、私たちはそうしています。
惑星協会はソーラーセーリング分野のパイオニアです。 LightSail 2は、実際にはLightSail 1の足跡をたどった3番目のソーラーセール宇宙船であり、発射ロケットが失敗したときに軌道に到達しなかった元の前駆体であるCosmos 1です。すべてがうまくいけば、LightSail 3と呼ばれる3番目のソーラーセール宇宙船は、太陽と地球の平衡点L1に到達します。
最初のソーラーセール宇宙船の1つであるLightSail 2は、ソーラーセーリングの可能性と限界についての貴重な教訓を教えてくれます。 1月10日、惑星協会はこれらの教訓のいくつかを概説する論文を発表しました。この論文のタイトルは「LightSail 2ソーラーセイル宇宙船の軌道と姿勢の性能」です。
LightSail 2はゆっくりとドラッグに負けて、地球に近づきます。それが配備されたとき、軌道モデリングは、帆が配備されてから約1年後に地球に落下すると予測しました。しかし、宇宙船は約720 km（447マイル）の高地球軌道にあり、他の衛星や400 km（249マイル）の軌道を回る国際宇宙ステーションなどの宇宙船よりもはるかに高いです。
その高度での大気密度と、その結果としての軌道崩壊に関するデータは比較的少ないため、1年間の予測は正確ではありませんでした。しかし、LightSail 2のおかげで、その高度での大気の抗力がLightSail 2を地球に引き寄せるのに十分強いことがわかりました。その理由の1つは、常に太陽航行ではないことです。
LightSail 2が軌道を100分間移動する間、約28分間しか太陽光子を捕らえません。それが軌道を変更できるのはこのときだけです。残りの時間は、日食に費やされるか、太陽に向かって直接移動するか、またはその方向を調整します。実際の帆走時間28分は、大気抵抗を完全に打ち消すのに十分ではありません。
これは、惑星協会がLightSail 2プロジェクトから学んだことの1つにすぎません。しかし、それらの軌道には他の変数があります。
チームは、LightSail 2のパフォーマンスを、ランダムに方向付けされた場合と、ソーラーセーリングに積極的に方向付けられた場合とを比較しました。彼らは、宇宙船がランダムな方向を向いたとき、その軌道の準主軸が1日あたり34.5メートル減少したことを発見しました。それが積極的に方向付けられたとき、同じ測定値は1日あたりわずか19.9メートル減少しました。しかし、その軌道には多くの変動があり、小さな宇宙船は時々軌道を1日あたり7.5メートル増加させました。
このビデオは、LightSail 2の単一の軌道を示しています。赤と青の線が宇宙船に重なっていることに注意してください。赤い線は太陽の方向を示し、青い線は局所的な磁場の方向を示します。太陽に近づくと、宇宙船は帆を羽ばたかせ、活発に航行しているときは、帆を回して太陽の光子を捉えます。太陽と-zの角度は、約90度から約0度に変化します。
一般的に言って、ソーラーセーリングは大気中の抗力を克服することはできませんが、それはこれらの宇宙船が実際に設計されたものではありません。それらの可能性は、大気や惑星の食の影響のない惑星間旅行にあります。 NASAのNEAスカウト（近地球小惑星スカウト）宇宙船は、ソーラーセールの推進力の下で2年間を費やして小惑星に到達しますが、冷たいガススラスタから最初の推進力を受け取ります。
LightSail 2の遠地点と近地点は、導入から5か月間、上下に循環しています。配備の直後に、宇宙船はその遠地点を上げ、それを行った最初のソーラーセイル宇宙船にしました。同時に、近地点は減少した。 10月下旬に傾向が逆転し、12月に逆転した。
軌道がこれらのサイクルを通過する理由はいくつかあります。まず、地球は球体ではなく、扁平な回転楕円体です。つまり、赤道での直径は、極での直径よりも約42 km（26マイル）大きくなります。これにより、宇宙船は歳差運動またはぐらつきを体験します。
LightSail 2の遠地点/近地点サイクルの2番目の理由は、太陽の周りの地球の経路です。その動きにより、太陽と宇宙船の遠地点と近地点の位置の間の角度が変化します。
LightSail 2は優れたデモ用宇宙船ですが、制限があります。それらの1つは、その単一の運動量ホイールです。宇宙船は、その羽根を使って、帆をフェザリングしているか、積極的にセーリングしているかに応じて、太陽の光線に対して平行または垂直に向きを変えます。当初、地上作業員はこれを手動で行っていましたが、効率的ではありませんでした。現在、彼らはプロセスを自動化しており、その結果、宇宙船のパフォーマンスが向上しています。
しかし、そのプロセス全体を通じて、チームは貴重な教訓の1つを学びました。帆の向きの頻繁な変更は、宇宙船に大きな勢いを与えます。主要な技術的課題の1つは、その勢いを管理することです。
別のレッスンは太陽光発電を含みます。ソーラーセイルは厳密にソーラーセーリング用です。 LightSail 2には、宇宙船の微弱な電力ニーズに対応する非常に小さなソーラーパネルがいくつかあります。
当初の設計では、機体の両側に小さなソーラーパネルが必要でしたが、一方の側のパネルは、地球からの正確な距離をレーザー距離測定するために必要な特別なミラーに対応するために削除されました。しかし、現在、片側だけに太陽光発電があるため、これらのパネルは帆によって遮られています。これは、電圧低下につながります。チームは、宇宙船の電力使用量とその姿勢制御モードを管理することにより、ある程度それを回避することができました。しかし、それは将来のソーラーセイル宇宙船にとって良い教訓です。
LightSail 2チームは、太陽指向モードと呼ばれる別のモードを宇宙船に追加しました。
太陽指向モードは、軌道全体で宇宙船の太陽帆を太陽に向け続けます。これは、宇宙船の再方向付けを制限して、モーメンタムホイールによって宇宙船に問題のある運動量を与える頻繁な方向変更の影響を低減します。また、太陽電池によるバッテリーの充電にも役立ちますが、軌道の減衰は減りません。
新しいモードは、宇宙船のポインティング精度にも役立ち、オン/オフスラスト操作の開始時の姿勢がより一貫したものになります。
惑星協会は、宇宙船の軌道崩壊を綿密に監視して、帆自体にどのような影響があるかを調べます。これは主に、ドラッグセールを使用して宇宙船の軌道をはずす方法を研究している他のチームのためのものです。
また、写真を撮り続けます。写真の主な理由は帆の状態を監視することですが、帆も素晴らしいです。
LightSail 2の詳細については、The Planetary’s Societyのウェブサイトをご覧ください。彼らは非営利の社会なので、彼らの使命の一員になりたいのであれば参加できます。市民が貢献するのに最適な方法です。
もっと：
- プレスリリース：LightSail 2からこれまでに学んだこと
- 完全なレポート：LightSail 2ソーラーセイル宇宙船の軌道および姿勢性能
- 惑星協会：LightSailのストーリー、パート1
