Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

H2020

S4ILS — Wynik w skrócie

Project ID: 658645
Źródło dofinansowania: H2020-EU.1.3.2.
Kraj: Niderlandy
Dziedzina: Przemysł kosmiczny

Żagle słoneczne w służbie orientacji sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej

Historycznie, koncepcja żagla związana jest z wizerunkiem pchanego wiatrem żaglowca. To się jednak może niedługo zmienić. Od kiedy organizacja Planetary Society uruchomiła pierwszy prywatny statek kosmiczny skonstruowany tak, by napędzało go światło słońca, podróże słoneczne stały się rzeczywistością. Obecnie, żeglowanie słoneczne jest bliskie osiągnięcia nowych, bliższych Ziemi, wysokości. A to dzięki badaniom prowadzonym w ramach projektu S4ILS.
Żagle słoneczne w służbie orientacji sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej
Napędy kosmiczne to więcej niż tylko silniki rakietowe. Jedną z alternatyw są żagle słoneczne, których skuteczne wykorzystanie zademonstrowano w trakcie misji sondy IKAROS (od japońskiej Narodowej Agencji Kosmicznej, JAXA), sondy NanoSail D2 (od NASA) oraz sondy LightSail-1 (od Planetary Society). Ich niezwykły potencjał prawdopodobnie najlepiej podsumowuje jedna liczba: do 1/5 prędkości światła – to prędkość, jaką teoretycznie można osiągnąć wykorzystując ten rodzaj napędu.

„Przez swoją bezpaliwową naturę żagle słoneczne są przełomem na polu napędów kosmicznych, gdyż umożliwiają długi czas życia i realizację koncepcji misji wysokoenergetycznych. Proponowane pomysły dotyczą między innymi misji nad biegunami słońca na potrzeby heliofizyki, zawieszenie na linii Słońce-Ziemia na potrzeby prognozowania pogody, czy umieszczenie żagla nad orbitą Ziemi na potrzeby nawigacji i komunikacji na dużych szerokościach geograficznych”, zauważa dr Jeanette Heiligers, stypendystka na Uniwersytecie Technicznym w Delft  koordynatorka projektu S4ILS.

Wszystkie te pomysły mają jednak wspólny mianownik: z definicji miałyby być wykorzystane w obrębie układu Słońce-Ziemia. Według dr Heiligers wygląda to tak, jakby społeczność akademicka po prostu przeoczyła możliwość wykorzystania technologii żagli słonecznych o wiele bliżej, w obrębie układu Ziemia-Księżyc.

„W tym kontekście, moją misją w ramach projektu S4ILS było zgłębienie potencjału żeglowania słonecznego w układzie Ziemia-Księżyc, ze szczególnym uwzględnieniem zastosowań w dziedzinie orientacji sytuacyjnej w przestrzeni kosmicznej (ang. Space Situational Awareness, SSA). Trzeba na tym polu uzupełnić ważną lukę, na co wskazują zaburzenia sygnałów GPS i komunikacji satelitarnej wywołane rozbłyskami słonecznymi, kolizja satelitów Iridium i Cosmos w 2009 r., czy wejście asteroidy w atmosferę ziemską nad Rosją w 2013 r.”, wyjaśnia.

Wraz ze współpracownikami dr Heiligers przeprowadziła dogłębną i systematyczną analizę i obliczenia oraz skatalogowała periodyczne orbity żagli słonecznych w ujęciu pełnego, nieliniowego układu Ziemia-Księżyc. Zespół ocenił te orbity w odniesieniu do wykorzystania na potrzeby SSA oraz sprawdził wydajność różnych konfiguracji żagli słonecznych na potrzeby kontroli orbit: od tradycyjnego, płaskiego, często kwadratowego żagla po układ zwany żyroskopem słonecznym, w którym powierzchnia żagla podzielona jest na określoną liczbę długich, smukłych paneli rozmieszczonych wokół centralnie umieszczonej piasty i spłaszczonych naprężeniem wywołanym przez ruch obrotowy.

Wyniki badań projektu S4ILS znajdą zastosowanie w różnych dziedzinach. Na przykład przy projektowaniu innowacyjnych konstelacji żagli słonecznych wokół Ziemi, które przy pomocy tylko dwóch satelitów mogłyby niemal nieprzerwanie pokrywać obszar Arktyki lub Antarktydy. To, z kolei, mogłoby umożliwić badania globalnych zmian klimatu czy monitorowanie i prognozowanie pogody kosmicznej.

Poza badaniami skoncentrowanymi na SSA, projekt ten zaowocował również współpracą dr Heiligers z założonym przez NASA Centrum Badawczym Langley. Istotnie, NASA opracowała nową technologię żagli kosmicznych na potrzeby wykorzystania w małych platformach satelitarnych (tzw. CubeSat), a dr Heiligers sprawdzała możliwości wykorzystania tej technologii na potrzeby monitorowania asteroidy 2016 HO3.

„Wygląda na to, że przy użyciu żagli słonecznych podróż statku kosmicznego do asteroidy byłaby nie tylko krótsza w porównaniu do tradycyjnych, zużywających paliwo napędów o niskim ciągu, takich jak silnik jonowy, ale także wymagane zużycie paliwa takiego silnika jonowego przekraczałoby oczekiwaną pojemność paliwową na pokładzie satelity typu CubeSat. Jednoznacznie wskazuje to w jaki sposób żagle słoneczne pomogą urzeczywistnić misje, których realizacja nie jest możliwa przy pomocy tradycyjnych napędów”, podsumowuje dr Heiligers.

Słowa kluczowe

S4ILS, CubeSat, żagle słoneczne, układ Ziemia-Księżyc, asteroida, napęd
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę