NASA vyvíjí nové rozkládací struktury, technologie a materiály, které by mohly sloužit budoucím slunečním plachetnicím k nízkonákladovým kosmickým misím. Stejně jako je klasická plachetnice poháněna větrem, který se opírá do plachty, sluneční plachetnice využívají k pohonu tlaku slunečního záření. Nepotřebují tedy klasické pohonné látky. NASA proto v rámci mise ACS3 ( Advanced Composite Solar Sail System) hledá možnosti kompozitních materiálů. Jde o kombinaci materiálů s různými vlastnostmi, které by mohly vytvořit lehké nosníky vysouvané z CubeSatu. Data získaná z mise ACS3 budou přímo využita v návrzích budoucích kompozitních systémů slunečních plachetnic. Ty mohou být využity třeba jako včasná výstraha před extrémy kosmického počasí, hledání blízkozemních planetek, přenosu dat a jednou třeba najdou uplatnění i v pilotovaných misích.
Hlavním úkolem programu ACS3 je demonstrovat úspěšné rozložení kompozitního nosníku sluneční plachetnice na nízké oběžné dráze. Po dosažení oběžné dráhy má tento CubeSat vyklopit své fotovoltaické panely a poté začne rozkládat svou sluneční plachtu pomocí čtyř nosníků, které tvoří úhlopříčky této čtvercové plachty a po plném roztažení dosahují délky zhruba 7 metrů. Po zhruba 20 – 30 minutách, kdy bude plachta plně natažena, bude mít jedna její strana délku zhruba 9 metrů. Soubor kamer bude pořizovat snímky z procesu rozkládání antény a vyfotí i výsledek, aby bylo možné vyhodnotit její tvar.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Plachty při misi ACS3 jsou připojeny k tělu CubeSatu pomocí zmíněných nosníků. Tyto kompozitní díly se vyrábí z polymerního materiálu, který je ohebný a vyztužený uhlíkovými vlákny. Takový kompozit může být navinut pro kompaktní uložení, ale po rozvinutí si zachovává pevnost a nízkou hmotnost. Je také poměrně tuhý a odolný proti uhýbání a kroucení vlivem změn teplot. Sluneční plachetnice mohou fungovat nekonečně dlouho – limituje je pouze odolnost materiálu vůči okolnímu prostředí a také výdrž palubní elektroniky. Mise ACS3 má také vyzkoušet inovativní způsob rozkládání nosníku založený na páskové cívce, který minimalizuje možnost zaseknutí navinutého nosníku během rozkládání.
Zájem o sluneční plachtění jakožto alternativu k chemickému a elektrickému pohonu stále roste. Použití slunečního svitu k pohonu malých družic namísto využívání omezeného množství pohonných látek by bylo výhodné pro mnoho různých typů misí a také nabízí velkou flexibilitu z hlediska designu družic a sond, aby NASA efektivněji dosáhla stanovených úkolů daných misí.
Úkoly mise ACS3:
- Demonstrovat úspěšné rozvinutí kompozitního nosníku i sbalené plachty a souvisejících systémů na nízké oběžné dráze Země.
- Vyhodnotit účinnost tvaru a návrhu sluneční plachty.
- Charakterizovat funkčnost tahu plachetnice v době, kdy bude postupně měnit svou dráhu.
- Sbírat data o chování plachty – údaje se budou hodit při návrhu větších a komplexnějších systémů.
Rychlá fakta:
- Jde o první použití kompozitních nosníků i metody sbalení plachty pro sluneční plachetnici na oběžné dráze.
- Kompozitní nosník je o 75% lehčí a zažívá 100× menší tepelné narušení (změny tvaru vlivem tepla) než dříve vypouštěné kovové výsuvné nosníky.
- Sluneční plachta je navržena tak, aby se vešla do 12U CubeSatu, který měří zhruba 23 × 23 × 34 centimetrů, je tedy o trochu větší než toustovač.
- Technologie kompozitního nosníku použitá na misi ACS3 půjde v budoucnu využít pro plachty do plochy 500 metrů čtverečních, což odpovídá ploše basketbalového hřiště. Ve vývoji jsou však již navazující technologie kompozitních nosníků, které umožní sluneční plachetnice s plochou až 2 000 metrů čtverečních.
- Mise ACS3 má odstartovat nejdříve v polovině roku 2022.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Partneři:
- Langley Research Center (Hampton, stát Virginia) navrhuje rozložitelný kompozitní nosník a systémy sluneční plachty pro misiACS3
- NanoAvionics (Columbia, stát Illinois) navrhuje a staví 12U CubeSat pro tuto misi
- Ames Research Center (Silicon Valley, stát Kalifornie) spravuje misi ACS3 a bude dohlížet na finální integraci sluneční plachetnice a CubeSatu
- Santa Clara University’s Robotics Systems Lab (Santa Clara, stát Kalifornie) poskytne provozní podporu mise
- Program Small Spacecraft Technology realizovaný v rámci ředitelství NASA pro kosmické technologické mise financuje projekt ACS3
- Game Changing Development program v rámci ředitelství NASA pro kosmické technologické mise vyvíjí technologii pro rozvinutí kompozitního nosníku
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/solar_sail2.png
https://www.nasa.gov/…/acs3-animation-5seconds-nocaptions_0.gif
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/group.png
Jak pak sluneční plachetnice manévruje? A může se pomocí plachty dostat z LEO třeba na oběžnou dráhu slunce?
Možné to je, jen to může trvat dost dlouho. A manévrování se většinou zajišťuje pomocí ploch, které mění barvu a tím i svou odrazivost.
Díky! A jak je zajištěné to měnění barvy?
Elektronicky na tenkých panelech.
Odpověd od pana Majera se týká techniky, jak dosáhnout manévrování, ale třeba tento https://www.aldebaran.cz/lab/plachetnice/2_cteni_3.php stručný článek ukazuje možnosti. Pro mise do vnějších částí Sluneční soustavy (z pohledu solárního plachtění řekněme od dráhu Marsu dál) je totiž v podstatě nutné se nejprve dostat blízko ke Slunci, jelikož tlak záření ve vzdálenosti 1 AU už není nic moc, ale s klesající vzdáleností roste (nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti od zdroje). Vhodně zvolený blízký průlet okolo Slunce tak umožňuje i dosažení únikové rychlosti ze Sluneční soustavy. Celé je to však v rovině teorie, která vyžaduje ověření v praxi – nikoliv tedy fyzikálně, ale technicky. Jsem zvědav, jestli se misí s využitím solárních plachetnic v nějaké dohledné době dočkáme. Mise ACS3 možná dost napoví, já budu držet palce :-).