Команда студентов Корнельского университета в рамках программы NASA CSLI осуществила первый в мире запуск свободно летающего светового паруса Alpha CubeSat. Аппарат, представляющий собой куб формата 1U (10x10x10 см), выполнил роль платформы-носителя.
Устройство состоит из:
- Полотна паруса: квадрат со стороной 0.5 метра, изготовленный из металлизированной полиимидной пленки толщиной 4 микрона (0.004 мм). На алюминиевое напыление нанесен защитный слой диоксида кремния для обеспечения стабильного коэффициента отражения (>90%) в условиях космоса;
- Системы развертывания: использован запатентованный механизм развертывания на торсионных пружинах с фиксацией нейлоновыми нитями, пережигаемыми нихромовой проволокой (технология nichrome burn-wire). Это позволило раскрыть парус за менее 100 миллисекунд, минимизируя риск заклинивания.
- Несущей конструкции: сверхлегкий каркас из углеродного волокна с памятью формы (Shape Memory Composite), который принял заданную конфигурацию после выхода из контейнера;
- Автономной платформы управления: к полотну прикреплены четыре чипсета толщиной 2 мм, образующие распределенную сеть. Каждый оснащен микроконтроллером, миниатюрными датчиками (гироскоп, магнитометр, солнечные сенсоры), радиопередатчиком S-диапазона с мощностью 500 мВт и фотоэлементами.
13 января аппарат был выведен на орбиту и после получения телеметрии, подтверждающей стабилизацию, с Земли была отправлена команда на отделение парусного модуля. Ускорение паруса создается исключительно за счет давления солнечного излучения (солнечный парусный эффект) и составляет порядка 0.1 мм/с². Хотя это крайне мало, в условиях вакуума и невесомости, за сутки такой импульс способен изменить скорость на несколько метров в секунду.
Для управления вектором тяги используется пассивная ориентация за счет смещения центра масс относительно центра давления. Микродвигатели-магнитные катушки на чипсетах, взаимодействуя с магнитным полем Земли, позволяют медленно разворачивать парус, меняя направление силы. Передача данных телеметрии (состояние систем, данные с сенсоров) осуществляется в сеансах связи длительностью 10 минут на наземную станцию университета.
После успешного развертывания и кратковременной потери сигнала из-за непредсказуемого вращения, связь была восстановлена. Аппарат подтвердил прием команд и передачу данных. Из-за высокого аэродинамического сопротивления на такой низкой орбите, срок активного существования миссии был запланирован не более 72 часов. По истечении этого времени парус войдет в плотные слои атмосферы и прекратит существование.
Мы доказали, что распределенная архитектура космического аппарата и механизм сверхбыстрого развертывания работают. Собранные данные о динамике полета и деградации поверхности паруса бесценны для будущих миссий к Луне или астероидам, — заявил технический руководитель проекта.
По мнению ученых, эксперимент открывает путь к созданию сверхлегких и дешевых автономных зондов для мониторинга Земли, изучения солнечного ветра или даже миссий к точкам Лагранжа, где давление света становится значимым источником движения.
Читайте также нашу статью о том, как ученые представили уникальный двигатель для межзвездных перелетов.
