O LightSail 2 implantou sua vela solar há cinco meses e ainda está orbitando a Terra. É uma demonstração bem-sucedida do potencial da espaçonave de vela solar. Agora, a equipe LightSail 2 da The Planetary Society lançou um documento descrevendo suas descobertas da missão até agora.
O conceito de vela solar já existe há algum tempo, de volta a Johannes Kepler, na verdade. Em 1607, o cometa de Halley passou por cima e Kepler percebeu como a cauda do cometa se afastava do sol. Ele pensou, corretamente, que a luz do sol era responsável. Em uma carta ao Galileu, que é meio famosa nos círculos da astronomia, Kepler disse: "Forneça navios ou velas adaptadas às brisas celestes, e haverá alguns que enfrentarão esse vazio". Muito legal.
Claro que não havia como Kepler saber como ele estava certo. Mas agora, graças à The Planetary Society e outros, nós fazemos.
A Planetary Society é pioneira no campo da vela solar. LightSail 2 é na verdade sua terceira espaçonave de vela solar, seguindo os passos do LightSail 1, e seu precursor original, o Cosmos 1, que não atingiu a órbita quando seu foguete de lançamento falhou. Uma terceira espaçonave de vela solar, chamada LightSail 3, alcançará o ponto de calibração Sol-Terra L1 se tudo der certo.
Como uma das primeiras espaçonaves a vela solar, o LightSail 2 está nos ensinando lições valiosas sobre o potencial e as limitações da vela solar. Em 10 de janeiro, a Sociedade Planetária lançou um documento descrevendo algumas dessas lições. O documento é intitulado "Desempenho em órbita e atitude da espaçonave de vela solar LightSail 2".
O LightSail 2 está lentamente se arrastando para se arrastar e se aproximando da Terra. Quando foi implantada, a modelagem orbital previa que cairia na Terra cerca de um ano após o lançamento de suas velas. Mas a sonda está em uma órbita terrestre alta a cerca de 720 km (447 milhas), muito mais alta que outros satélites e naves espaciais como a Estação Espacial Internacional, que orbita a 400 km (249 milhas).
Há relativamente poucos dados sobre a densidade atmosférica nessa altitude e sobre o decaimento da órbita resultante, portanto, a previsão de um ano não foi precisa. Mas, graças ao LightSail 2, agora sabemos que o arrasto atmosférico a essa altitude é forte o suficiente para puxar o LightSail 2 em direção à Terra. Uma das razões para isso é que a sonda nem sempre é a vela solar.
Durante cada órbita de 100 minutos, o LightSail 2 gasta apenas 28 minutos capturando fótons solares, e é o único momento em que pode mudar sua trajetória. O resto do tempo é gasto em eclipse, movendo-se diretamente em direção ao Sol ou ajustando sua orientação. Que 28 minutos de tempo real de navegação não são suficientes para neutralizar completamente o arrasto atmosférico.
Essa é apenas uma das coisas que a Sociedade Planetária aprendeu com seu projeto LightSail 2. Mas dentro dessas órbitas, existem outras variáveis.
A equipe comparou o desempenho do LightSail 2 quando ele foi orientado aleatoriamente versus quando foi orientado ativamente para a navegação solar. Eles descobriram que quando a sonda era orientada aleatoriamente, o eixo semi-principal de sua órbita diminuía 34,5 metros por dia. Quando orientada ativamente, a mesma medida diminuiu apenas 19,9 metros por dia. Mas há muita variação em sua órbita e, às vezes, a pequena sonda aumentou sua órbita em 7,5 metros por dia.
O vídeo mostra uma única órbita para o LightSail 2. Observe as linhas vermelhas e azuis sobrepostas na espaçonave. A linha vermelha mostra a direção do Sol e a linha azul é a direção do campo magnético local. Ao se aproximar do Sol, a nave espacial empluma suas velas e, quando está navegando ativamente, gira suas velas para capturar os fótons do Sol. O ângulo de Sun para -z muda de aproximadamente 90 graus para aproximadamente 0 graus.
Em termos gerais, a navegação solar não pode superar o arrasto atmosférico, mas não é para isso que essas naves foram realmente projetadas. Seu potencial reside em viagens interplanetárias, livres de atmosferas e efeitos eclipsantes planetários. A sonda NEA Scout (NASA Scout Asteroid Scout) da NASA passará dois anos sob propulsão a vela solar para alcançar um asteróide, embora receba um impulso inicial de propulsão de propulsores a gás frio.
O apogeu e o perigeu do LightSail 2 estão subindo e descendo nos últimos cinco meses desde sua implantação. Imediatamente após a implantação, a sonda levantou seu apogeu, tornando-a a primeira sonda a vela solar a fazê-lo. Ao mesmo tempo, o perigeu diminuiu. Ele experimentou uma reversão da tendência no final de outubro e uma reversão em dezembro.
Existem algumas razões pelas quais a órbita passa por esses ciclos. Em primeiro lugar, a Terra é um esferóide oblato, não uma esfera. Isso significa que seu diâmetro no equador é cerca de 42 km (26 milhas) maior que nos pólos. Isso faz com que a sonda experimente precessão ou oscilação.
A segunda razão para os ciclos de apogeu / perigeu do LightSail 2 é o caminho da Terra em torno do Sol. Esse movimento altera o ângulo entre o Sol e as posições do apogeu e perigeu da espaçonave.
LightSail 2 é uma grande nave espacial de demonstração, mas tem limitações. Uma delas é a roda de momento único. A espaçonave usa essa roda para se orientar paralela ou perpendicularmente aos raios do Sol, dependendo de estar emplumando suas velas ou navegando ativamente. Inicialmente, a equipe de terra fazia isso manualmente, o que não era eficiente. Agora eles automatizaram o processo, e a sonda está tendo um desempenho melhor como resultado.
Mas durante todo esse processo, a equipe aprendeu uma de suas valiosas lições. Mudanças frequentes na orientação da vela dão um impulso significativo à espaçonave. Um dos principais desafios técnicos é gerenciar esse momento.
Outra lição envolve energia solar. As velas solares são estritamente para a vela solar. O LightSail 2 possui alguns painéis solares muito pequenos, que atendem às escassas necessidades de energia da sonda.
Seu design inicial pedia pequenos painéis solares nos dois lados da nave, mas os painéis de um lado foram removidos para acomodar espelhos especiais necessários para o alcance do laser, encontrando sua distância exata da Terra. Mas agora que existe energia solar em apenas um lado, às vezes esses painéis são sombreados pelas velas. Isso leva a quedas de energia. A equipe conseguiu contornar isso até certo ponto, gerenciando o uso de energia da sonda e seu modo de controle de atitude. Mas é uma boa lição para futuras espaçonaves a vela solar.
A equipe do LightSail 2 também adicionou outro modo à sonda que eles chamam de modo de apontar o sol.
O modo de apontar o Sol manterá a vela solar da sonda voltada para o Sol durante toda a sua órbita. Isso limitará a reorientação da espaçonave para reduzir o efeito de mudanças frequentes de orientação que conferem momento problemático à sonda pela roda do momento. Também ajuda no carregamento da bateria pelas células solares, embora não reduza a deterioração orbital.
O novo modo também ajudará na precisão da mira da sonda e proporcionará uma atitude inicial mais consistente para manobras de impulso de ligar / desligar.
A Sociedade Planetária pretende monitorar de perto o decaimento orbital da espaçonave para ver que efeito as velas têm. Isso é principalmente para outras equipes que estudam como as velas de arrasto podem ser usadas para desarticular propositalmente as naves espaciais.
Eles também continuarão a tirar fotos. A principal razão para as fotos é monitorar o estado das velas, mas também são agradáveis para os olhos.
Você pode descobrir mais sobre o LightSail 2 no site da Sociedade Planetária. Eles são uma sociedade sem fins lucrativos, então você pode participar se desejar fazer parte da missão deles. É uma ótima maneira de os cidadãos contribuírem.
Mais:
- Press Release: Aqui está o que aprendemos até agora no LightSail 2
- Relatório completo: Desempenho em órbita e atitude da sonda Solar Sail LightSail 2
- A Sociedade Planetária: A História da LightSail, Parte 1
