Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Bill Nyes LightSail: Sci-Fi real werden lassen

Die Suche nach einer der ständigen Hindernisse für die Erkundung des Weltraums durch die Bürger

Foto: Josh Spradling

Am 7. Juni öffnete sich am Himmel irgendwo über Baja California, Mexiko, ein kleiner Satellit und breitete eine breite, dünne Mylarmembran aus, wie eine seltsame Blume, die blüht, oder ein Weltraumflieger, der aus seinem Kokon austritt. Die LightSail, die mit einer Atlas V, einer zweistufigen 190-Fuß-Rakete mit erweiterbarer Nutzlast, gestartet wurde, war 18 Tage lang im freien Fall in einer Umlaufbahn zwischen 350 und 700 Kilometern um die Erde geschwommen. Es war ein Höhepunkt jahrzehntelanger Bemühungen, und eine besorgte Crew von Wissenschaftlern und Beobachtern arbeitete an Fehlern und verfolgte deren Standort.

Fotos: F. Scott Schafer

Bill Nye - er ist der Name von Science Guy - hat schnell getwittert: „Sail hat Deployed!“ Obwohl die Bemühungen, ein Sonnensegel zu starten, die Existenz von Nye als Vorstandsvorsitzender der Planetary Society überstanden hatten, war LightSail auch dank ihm gelungen der Himmel - und die Herzen und Köpfe einer neuen Generation von Weltraum-Enthusiasten. Laut Projektmanager Doug Stetson stellt dies einen wichtigen Schritt dar: Eine kompakte, kostengünstige und unbegrenzte Versorgung mit Weltraumfahrzeugen - und nicht nur NASA-großen Raumfahrzeugen.

"Die Demokratisierung des Weltraums ist wirklich die Fähigkeit, diese kleinen Erkundungssonden über die Erde hinausschicken zu können. Dies war etwas, was bisher nicht möglich war", sagt Stetson.

Mit Solarsegeltechnologie, erklärt Stetson, ist es möglich, kleine (billige) Raumsonden über den Erdorbit zu schicken. "Man könnte sich einen Tag vorstellen, an dem kleine Organisationen, Universitäten, Studentengruppen, gemeinnützige Organisationen, solche Dinge tatsächlich über ihre eigenen interplanetaren Erkundungssonden verfügen könnten, die sie zum Mond, zum Asteroiden nahe der Erde oder sogar zum Mars schicken sollen."

 

TUT ES SICH SELBST RAUM-PROBEN

Nye, Stetson und The Planetary Society nutzten Kickstarter sowie moderne Technologien wie CubeSats und Mikrocontroller, um LightSail zu realisieren. Das 18,4-Zoll × 18,4-Zoll-Segel wurde auf die Größe eines Brotlaibs gepackt, um in das standardisierte CubeSat-Gehäuse mit 3U-Größe zu passen, und wurde kontrolliert eingesetzt, um das dünne 4,5-µm-Mylar nicht zu zerreißen.

Einmal entfaltet, blieb die LightSail kaum eine Woche in der Umlaufbahn, bevor sie den Wiedereintritt verbrannte. Schließlich war es nur ein Testlauf, um die Bereitstellung zu testen. In seiner höchsten Position - immer noch in einer erdnahen Umlaufbahn - war das Segel dank der Atmosphäre immer noch zu stark beansprucht, um den solaren Schub zu nutzen. Nächstes Jahr plant die Planetary Society ein ähnliches Segel, aber auf fast 800.000 Fuß - mehr als die halbe Höhe der ISS -, wo es tatsächlich bei Sonnenwind segeln kann. Während die Erde umkreist, passt sich die Crew am Boden mit einem Schwungrad über den Solarphotonenstrom an oder rennt mit. Wenn es gut läuft, bleibt die nächste Version für bis zu sechs Monate aktiv und tritt erneut ein, sobald ihre Bewegung nicht mehr kontrolliert wird.

 

DAS VORSCHLAGSPROBLEM

HÖRST DU? Eine der einfachsten Methoden, um sich an dem LightSail-Projekt zu beteiligen (abgesehen von dem Beitritt zur Planetary Society), besteht darin, es zu verfolgen, wenn es über Kopf geht. Während der Reise des Satelliten 2015 ermutigte die Gesellschaft die Gemeinde aktiv dazu, die Segel per Teleskop, Kamera und Radio zu verfolgen. "Sie waren sehr, sehr hilfreich für uns. Sie konnten nur helfen, das Raumfahrzeug zu verfolgen und Telemetrie zu empfangen", sagt Doug Stetson, Projektmanager der Planetary Society. „Es waren gute Daten, die wichtig waren.“ Dies ist mehr als nur die Position des Satelliten zu beachten. Die Beacon-Pakete, die der Satellit zur Erde geschickt hatte, fielen nicht nur auf Georgia Tech und Cal Poly. Hörer aus Australien, Japan, Argentinien, den Niederlanden und weitere Informationen zu Gesundheit und Status von LightSail. Während der für September geplanten Mission 2016 wird The Planetary Society versuchen, Bürgerwissenschaftler und Beobachter weiter zu integrieren, so Jason Davis, der digitale Redakteur der Gesellschaft. Sie betreiben ein Mission Control Center, mit dem Sie wissen, wann LightSail vorbei ist und wo Sie danach suchen müssen. Wenn Sie es selbst ausprobieren möchten, wählen Sie eine oder mehrere der folgenden Optionen aus und starten Sie los: A: LOOK Richten Sie Ihr Teleskop oder Ihre Langzeitbelichtungskamera in Richtung der Position auf der Mission Control-Seite aus oder geben Sie das zweizeilige Element der Planetary Society in das Tracking ein Software. B: LISTEN Richten Sie eine Bodenstation ein, um Funksignale von LightSail aufzunehmen. Empfangen Sie Satellitenfrequenzen mit kostenloser Computersoftware und einem kostengünstigen, von der Software definierten Funk-USB-Empfänger. C: RELAY Sagen Sie der Planetary Society, was Sie beobachtet haben.

Die LightSail, die diesjährige Einführung und der kontrollierbare Flug im nächsten Jahr, stellt einen besonderen Fortschritt für alle dar, die eigene Experimente im Weltall durchführen möchten. Zwischen CubeSats und der Miniaturisierung der Steuerungstechnik (siehe „Space Chase“) Machen: Band 46) ist es einfacher als je zuvor, Ihre Experimente in den Orbit zu bringen. (Immer noch nicht einfach, viele würden darauf hinweisen. Nur easier.) Was nicht einfacher geworden ist, ist, sie zu bewegen, sobald sie da sind.

"Die eigentliche Einschränkung war der Antrieb, denn der Antrieb ist normalerweise sehr schwer", sagt Stetson. "Und da kommt LightSail ins Spiel. Es ist die Chance, einen eigenen inneren Antrieb in ein CubeSat einzubauen."

Der traditionelle Antrieb war chemisch - dh auf Treibstoffbasis - und ist immer noch notwendig, um LightSail und andere Sonnensegel in den Weltraum zu heben. Obwohl es eine schnelle Beschleunigung bietet, ist der Kraftstoff schwer und verbraucht sich. Bei einem Sonnensegel kommt die Beschleunigung von Photonen - die Energie und Impuls besitzen -, die auf eine reflektierende Oberfläche auftreffen und winzige Momente auf sie übertragen. Das Segel beschleunigt langsam aber unbegrenzt, wodurch es ideal für extrem lange Distanzen und leichte, kostengünstige Einsätze ist.

In der Tat ist die LightSail kein neues Konzept. Im Gegenteil: Beim Weltraumantrieb ist das Sonnensegeln eines der ehrwürdigsten Ziele von Astronomen und Ingenieuren, das bis in Galileo zurückreicht.Die Liebesaffäre einer neuen Generation mit dem Weltraum zeigt die zyklische Kurve der Geschichte, die bis in die Ära unserer Eltern zurückreicht, als die USA, die UdSSR und die NASA Geld in den Himmel geworfen haben und alles möglich war. Es ist immer noch - es kostet einfach viel weniger. Für LightSail schätzt The Planetary Society rund 5,5 Millionen US-Dollar, die hauptsächlich durch private Spenden und Zuschüsse aufgebracht wurden, und durch einen Kickstarter in Höhe von mehr als 1 Million US-Dollar ausgeglichen werden, der gleichzeitig mit dem Testlauf erfolgte. (Niedrige Kosten sind ein relativer Begriff, wenn wir über Raum sprechen.)

"Es war immer so, dass eine Technologie wie diese im Orbit nicht den Mainstream erreicht", sagt Stetson. "Organisationen wie die NASA werden nicht bereit sein, große Beträge für Missionen im Sonnensystem bereitzustellen, bis diese Schlüsseltechnologien bewiesen sind."

Das ist eine Lücke, die die Planetary Society zu füllen beabsichtigt, und das ultimative Ziel für LightSail. Die Ausgabe 2016 wird weder interplanetarisch sein noch eine bestimmte Mission haben. Es wird als Konzeptbeweis dienen und Informationen darüber vermitteln, wie sich das Segel bewegt, wenn Photonen darauf wirken.

Foto: Loren Roberts

 

EIN KOSMISCHER FIX

Die 25 Tage, die LightSail im Orbit verbracht hatte, waren mit einer Reihe von Erfolgen und Tücken gefüllt. Erinnern Sie sich an die kontrollierte Bereitstellung? Es lief auf gängiger Hardware. Der Designer Chris Biddy verwendete bürstenlose Gleichstrommotoren mit Planetengetriebe, die von einem von Alex Diaz programmierten PIC-Controller angetrieben werden. Hall-Effekt-Sensoren verfolgten den Einsatz, sodass die Bediener wissen konnten, wie weit sie ausgefahren waren, und ein Schneckengetriebe hielt es während der Leerlaufzeiten fest.

Damit eine kontrollierte Bereitstellung funktioniert, müssen Sie sie jedoch steuern können. Und eines der ersten Dinge, die geschah, war die Kommunikation von LightSail. Es erstarrte beim Senden von Datenpaketen nach Hause - dem Satellitenäquivalent des blauen Bildschirms des Todes oder des gefürchteten sich drehenden Wasserballs. Ingenieure am Boden können den Ein- / Ausschalter nicht genau gedrückt halten, aber jedes Mal, wenn der Satellit Cal Poly oder Georgia Tech überquerte - die beiden Schulen schlossen sich die Planetary Society an - schickte das Team einen Neustartbefehl.

Acht Tage später begann LightSail erneut, Daten zu senden, obwohl es so aussah, als sei dies nicht auf erdgebundene Versuche zurückzuführen. Stattdessen wurde der Neustart wahrscheinlich durch einen kosmischen Streustrahl verursacht, der die Elektronik des Satelliten mit überraschender Regelmäßigkeit trifft.

LightSail arbeitete nach dem Prinzip "Fotos oder es ist nicht geschehen" und schickte jedes Mal, wenn es Cal Poly oder Georgia Tech passierte, verstümmelte JPEGs nach Hause. Nachdem sich die Außenverkleidung geöffnet hatte, ertönte ein schwaches Batteriesignal und es verstummte wieder.

"Es war sicher eine Achterbahnfahrt", sagt Biddy. „Du gehst ins Wochenende nachdenklich, Mann, es hat es nicht geschafft. So ein Mist. Und dann bekam ich einen Text oder etwas von einem der Betreiber und sagte: Hey, es ist wieder da. "

Wieder ansteigen

Wie die Reise von LightSail selbst, aber über Jahrzehnte statt über Tage hinaus erweitert, ist die Flugbahn der Planetary Society ein langer Slog voller Kämpfe, Misserfolge und Fehlstarts. Die Gesellschaft wurde 1980 von Carl Sagan, Louis Friedman und Bruce Murray gegründet, weil die NASA Pläne für ein eigenes Sonnensegel gestrichen hatte. Die Gesellschaft stützt sich dabei auf private Mittel, um ihre explorativen Weltraummissionen zu verfolgen. (Es ist auch die Organisation, die für die Suche nach extraterrestrial Intelligence oder SETI und Asteroiden von Planetary Defence verantwortlich ist.) Als die Finanzierung durchbrach oder der Start verschoben wurde oder nach dem Start explodierte, war ein Solarsegel aus dem Jahr 2005 bei der Rakete Cosmos 1 verloren gegangen Es war explodiert - das Projekt saß da ​​und sammelte nicht so viel Staub, sondern wartete auf technologische und soziologische Fortschritte und Gelder.

Kickstarter, CubeSats und der Science Guy sorgten dafür. Im Weltraum stabilisierte sich der Akku von LightSail und das Team leitete die Bereitstellung ein. In den nächsten Tagen strahlte der Satellit nach und nach Fotos ab, die zeigten, dass er tatsächlich ausgestreckt war. Ein paar Tage später verschlechterte sich seine Umlaufbahn vollständig und LightSail zerfiel. Todeszeit: 13:23 Uhr EDT, 15. Juni 2015. LightSail Two, Startzeit: Ab September 2016.

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