CubeSail (УльтраСейл)
космический корабль США
CubeSail
Тип миссииТехнология: солнечная парусная тяга
ОператорНАСА / Иллинойсский университет
Веб-сайтcubesail.us
и
cuaerospace.com/Technology/Space-Propulsion/UltraSail-CubeSail
Свойства космического корабля
Тип космического корабля2 × 1,5 U CubeSat
ПроизводительУниверситет Иллинойса
Стартовая масса~ 3 кг
Начало миссии
Дата запуска16 декабря 2018 г. [1] ( 2018-12-16 )
РакетаЭлектрон
Стартовая площадкаРакетная лаборатория LC-1
ПодрядчикРакетная Лаборатория
Параметры орбиты
Система отсчетаГеоцентрический
РежимНизкая Земля

CubeSail — это недорогая демонстрационная миссия 2018 года по запуску космического аппарата с использованием двух идентичных спутников CubeSat размером 1,5U для развертывания между ними солнечного паруса длиной 260 м (850 футов) и площадью 20 м 2 (220 кв. футов) . [2] Эта миссия была первой в серии все более сложных запланированных демонстраций, ведущих к полномасштабному гелиогироскопу UltraSail [3], разработанному Университетом Иллинойса и CU Aerospace . [ требуется обновление ]

Фон: Гелиогиро

Художественное представление гелиогироскопа, который должен был отправиться к комете Галлея в 1986 году. Каждая лопасть будет иметь ширину 8 м (26 футов) и длину 6,2 км (3,9 мили), что обеспечит площадь парусности 0,6 км 2 (0,23 кв. мили).
Типы солнечных парусов. Гелиогироскоп может иметь десятки лопастей

UltraSail — это предлагаемый тип роботизированного космического корабля, который использует радиационное давление, оказываемое солнечным светом, для движения. Он основан на концепции «гелиогироскопа» [4] Ричарда Х. Макнила, опубликованной в 1971 году [5] [6] [3] и состоит из нескольких вращающихся лопастей, прикрепленных к центральной ступице.

Положение (ориентация) космического аппарата Heliogyro , а следовательно, и направление тяги, будут контролироваться путем изменения циклического и общего шага лопастей, подобно вертолету.

Хотя конструкция Heliogyro не имеет преимущества по массе по сравнению с квадратным парусом, она остается привлекательной, поскольку метод развертывания больших парусных лопастей проще, чем в конструкции на основе стоек. [7] Жесткость лопастей достигается за счет вращения космического корабля (центробежная сила) с его осью вращения, обычно направленной на Солнце.

Космический корабль CubeSail

Обзор

Университет Иллинойса совместно с CU Aerospace разработали эту миссию для демонстрации развертывания и измерения тяги на мембране размером 7,7 см × 250 м (около 20 м 2 ), изготовленной из алюминизированного майлара . Мембрана развертывается между двумя 1,5U CubeSat, которые отделяются друг от друга на низкой околоземной орбите. Она задумана как первый шаг к разработке более крупной концепции солнечного паруса под названием UltraSail.

Переориентация CubeSat приведет к тому, что парус подвергнется аэродинамическому сопротивлению в верхних слоях атмосферы для его утилизации.

Выбор

Космический корабль был выбран в 2012 году НАСА для запуска в рамках программы ELaNa . [8] [9] [10]

Запуск

CubeSail был запущен на ракете-носителе Electron [11] 16 декабря 2018 года из Новой Зеландии. [1] [12]

Хотя «спутниковые маяки на правильной частоте наблюдались после запуска один раз 18 декабря 2018 года», не было «достаточного соотношения сигнала к шуму для демодуляции позывного в маяках», и «никаких дальнейших сообщений от CubeSail получено не было». [13]

Продолжение

I-парус

Предложенная вторая миссия проекта называется I-Sail , ее запуск планируется в 2022 году, и она будет состоять из 25-килограммового (55-фунтового) космического корабля с двусторонними лопастями и общей площадью паруса 2500 м2 . [ 14] Он продемонстрирует уровни тяги, во много раз превышающие уровни ионных двигателей, используемых для дальних космических полетов, и выполнит выход из гравитации Земли. [14] Несколько научных задач оцениваются как второстепенные. [14] Проект финансируется программой NASA's Small Business Innovation Research (SBIR). [15]

УльтраСейл

CubeSail и I-Sail задуманы как шаги к разработке более крупной (1600 кг [16] ) концепции солнечного паруса под названием UltraSail для межпланетных и межзвездных миссий . [17] Последняя состоит из нескольких структур, подобных CubeSail, которые простираются на километровые пленочные лопасти, прикрепленные к центральной ступице, чтобы в конечном итоге сформировать гелиогироскоп. Материал лопасти UltraSail, тело солнечного паруса, монтируется на нескольких катушках, каждая шириной 5–10 м, и развертывается на длину лопасти до 5 км (3,1 мили) [16] для общей площади паруса 100 000 м 2. [2] [3] Космический корабль вращается вокруг центральной ступицы, чтобы сплющить лопасти центробежной силой, поддерживаемой наконечниками CubeSat. Для устойчивости километровых лопастей требуется период вращения 1–2 часа, чтобы они преодолевали силу солнечного давления в 3–5 раз. Каждая лопасть представляет собой тонкую полиимидную пленку, покрытую рипстопом . [16]

Для UltraSail управление лопастями (и, следовательно, управление ориентацией космического корабля) инициируется небольшими управляемыми мини-спутниками (tipsat) на кончике каждой лопасти. [16] [18] Масса tipsat обеспечивает стабилизирующую центробежную силу на лопасти во время вращения. Каждый tipsat будет представлять собой 5-метровую конструкцию из углеродного волокна общей массой 50 кг, включая авионику и 20 кг топлива (катализируемая закись азота ( N 2 O ) и холодный газ). [16] В качестве альтернативы tipsat могут приводиться в движение электрическими микродвигателями для управления шагом лопастей. [19]

Максимальная ожидаемая сила тяги, обусловленная солнечным давлением, эквивалентна ионным двигателям мощностью 400 кВт , используемым для сопоставимых миссий в дальнем космосе. [19]

Смотрите также

  • IKAROS , японский солнечный парус, запущенный в мае 2010 года
  • NanoSail-D2 , преемник NanoSail-D, запущенный в ноябре 2010 года.
  • LightSail , управляемый солнечный парус CubeSat, запущенный в июле 2019 г.
  • Околоземный астероидный разведчик , солнечный парусный CubeSat, запуск которого в настоящее время запланирован на 2020 год
  • Sunjammer — солнечный парус, запуск которого был отменен в 2014 году.

Ссылки

  1. ^ ab Лаборатория проектирования и испытаний малых спутников Архивировано 28 января 2018 г. в Wayback Machine - CubeSail. Университет Иллинойса. 2018.
  2. ^ ab CubeSail Homesite. CU Aerospace. Доступ 30 декабря 2018 г.
  3. ^ abc Начальная разработка космического корабля CubeSail/UltraSail. RL Burton, JK Laystrom-Woodard, GF Benavides, DL Carroll, VL Coverstone, GR Swenson, A. Pukniel, A. Ghosh и AD Moctezuma. (2010)
  4. ^ "Гелиогиро". СоларСейлВики . Проверено 3 июля 2024 г.
  5. ^ Макнил, Р. Х. (1971). Структурная динамика гелиогироскопа (отчет). NASA-CR-1745A.
  6. ^ Burton, R.; Coverstone, V.; Hargens-Rysanek, J.; Ertmer, K.; Botter, T.; Benavides, G.; Woo, B.; Carroll, D.; Gierow, P. (июль 2005 г.). UltraSail — концепция сверхлегкого солнечного паруса (PDF) . 41-я конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. Тусон, Аризона: Американский институт аэронавтики и астронавтики. doi :10.2514/6.2005-4117. ISBN 978-1-62410-063-5. AIAA 2005-4117.
  7. ^ "Проектирование и строительство". NASA JPL. Архивировано из оригинала 2005-03-11.
  8. ↑ Анна Хейни, ELaNa 19: CubeSail, НАСА, 10 декабря 2018 г. Проверено 23 июля 2019 г.
  9. ^ CubeSail. Gunter's Space Page , 2017. Получено 23 июля 2019.
  10. ^ Инициатива по запуску CubeSat. NASA. Предстоящие запуски ELaNa CubeSat. 2018.
  11. ^ ЗАПУСК СПУТНИКА STUDENT CUBESAIL НЕМЕДЛЕННО, Инженерный колледж Грейнджера, Иллинойсский университет, 6 декабря 2018 г. Получено 23 июля 2019 г.
  12. ^ Pietrobon, Steven. "New Zealand Launch Record (2009 to present)" . Получено 14 августа 2017 .
  13. ^ "Добро пожаловать". www.cubesail.us . Получено 2021-07-05 .
  14. ^ abc I-Sail: Демонстрационный прототип солнечного паруса площадью 2500 квадратных метров. Заявка на участие в NASA SBIR 2017. 19 апреля 2017 г.
  15. ^ ELaNa 19: CubeSail. НАСА. 10 декабря 2019 г.
  16. ^ abcde RL Burton, JK Laystrom-Woodard, GF Benavides, DL Carroll, VL Coverstone, GR Swenson, A. Pukniel, A. Ghosh и AD Moctezuma Первоначальная разработка космического корабля CubeSail UltraSail. 27 августа 2014 г.
  17. ^ NASA запустит два малых спутника AE. Aerospace Illinois . 22 февраля 2012 г.
  18. ^ Концепция дизайна солнечного паруса с индивидуально управляемыми элементами. (PDF) Тонг Ло, Мин Сюй и Цинюй Цюй. Журнал космических аппаратов и ракет . 2017. doi :10.2514/1.A33775
  19. ^ ab UltraSail. (PDF) Р. Бертон и Г. Бенавидес. 2003.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=CubeSail_(UltraSail)&oldid=1244187290"