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LightSail 2 si lancia nello spazio per librarsi sulla potenza del sole


Questo articolo è stato originariamente pubblicato su Supercluster, un sito Web dedicato a raccontare le più grandi storie dello spazio cosmico dell'umanità.

Carl Sagan sognava di navigare nel sistema solare su vele spinte da raffiche di luce solare, uscendo dalla nostra stella ospite.

Ora, la Planetary Society, guidata dal CEO Bill Nye "the Science Guy", mira a rendere questo sogno una realtà con un satellite non più grande di una scatola da scarpe. Queste "vele solari", che sono state testate solo poche volte, un giorno possono trasportare veicoli spaziali su altri pianeti o forse anche su altri sistemi stellari.

La fase successiva della navigazione solare è stata lanciata il 24 giugno, quando un razzo SpaceX Falcon Heavy ha sollevato la piattaforma di lancio del Kennedy Space Center in Florida. Nascosto all'interno del suo enorme cono, tra due dozzine di altri satelliti, sedeva una minuscola navicella spaziale: un dispositivo delle dimensioni di una pagnotta progettato per spingere se stesso da vele gossamer che sfruttano la pressione della luce solare.

L'imbarcazione, soprannominata LightSail 2, potrebbe essere l'inizio di una nuova era del volo spaziale, quella in cui i veicoli spaziali rinunciano ai motori a razzo su cui fanno affidamento da decenni e navigano elegantemente sui venti del sole. Circa sette giorni dopo il lancio, LightSail 2 uscirà dal suo contenitore, estenderà quattro aste da 13 piedi e dispiegherà quattro fogli di Mylar a specchio che formano collettivamente una vela a forma di aquilone di 340 piedi quadrati. La parte successiva è pura magia cosmica.

Secondo la Planetary Society, LightSail 2 sarà la prima imbarcazione a navigare rigorosamente con la luce mentre è in orbita terrestre. LightSail virerà quindi come una barca a vela per aumentare la sua altitudine, il che gli farà guadagnare la distinzione di essere il primo veicolo spaziale a navigare su un'orbita più alta intorno al nostro pianeta. Questa impresa di navigazione celeste potrebbe essere un ulteriore passo verso il sogno di Carl Sagan di viaggiare attraverso il cosmo su vele riflettenti spinte da raggi di luce.

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Se tendi le mani verso il sole, cosa provi? Calore. Ma nascosto tra il calore è una pressione così minuto che non lo noteresti mai. La luce stessa esercita una forza, come una brezza ventosa, ma è così sottile che non lo noteresti mai. Sulla Terra è all'incirca equivalente a una graffetta appoggiata tra le mani.

Ma nel vuoto quasi vuoto dello spazio, anche una pressione del minuto può avere un effetto importante in quanto spinge continuamente, ora dopo ora, giorno dopo giorno. E a differenza del carburante per missili, c'è una fornitura di luce solare gratuita e praticamente illimitata. Se possiamo sfruttare questo potere, possiamo usarlo; tutto ciò di cui abbiamo bisogno sono le vele. Come i marittimi di vecchi veicoli spaziali futuri (e viaggiatori spaziali) potrebbero spingere se stessi nella vasta distesa cosmica con l'aiuto del sole, o almeno così lo immaginava Sagan.

Diagramma della navetta Schema di una navetta spaziale che libera una vela leggera dalla sua stiva. (JPL)

Sagan aveva una visione grandiosa per il futuro dell'esplorazione spaziale, immaginando che gli astro-marinai avrebbero preso parte a regate intergalattiche, guidando le loro astronavi attraverso l'universo sfruttando il potere della luce delle stelle. Ma non è stato il primo a immaginare l'umanità che naviga con la luce.

Quattro secoli fa, una cometa attraversò il cielo, catturando l'attenzione dell'astronomo tedesco Johannes Kepler. Notò che la coda della cometa sembrava allargarsi dietro di essa. La luce del sole, pensò, doveva riscaldare la cometa e liberare materiale dalla sua superficie. Questa osservazione astuta spinse Keplero a pensare che la luce del sole potesse essere una forma utile di propulsione.

"Fornisci navi o vele adattate alle brezze celesti, e ci saranno alcuni che sfideranno anche quel vuoto", scrisse a Galileo nel 1608.

Keplero visse nel mezzo di un rinascimento scientifico, in un periodo in cui l'umanità iniziò a realizzare il suo posto nel cosmo. La Terra non era il centro del sistema solare, ma in realtà uno dei tanti pianeti in orbita attorno a una delle tante stelle. Dato che le navi - una forma comune di viaggio all'epoca - sono guidate dai venti, sembra naturale che Keplero immaginerebbe persone che navigano nello spazio nello stesso modo in cui i naviganti navigano nei mari.

Ma ci sarebbero voluti secoli perché i sogni di Keplero diventassero realtà.

Nel 1865, James Clerk Maxwell mostrò al mondo che la luce conteneva pacchetti di energia chiamati fotoni e che i fotoni avevano un momento che poteva essere trasferito ad altri oggetti. Se un fotone entrasse in contatto con un oggetto come una lucente vela solare, trasferiva parte della sua energia e spingeva la vela in avanti.

Sail Design Vari disegni a forma di vela leggera. (Raquel Scoggin / Supercluster)

Con i progressi della rocketry dopo la seconda guerra mondiale e con il lancio di Sputnik nel 1957, l'idea di esplorare il cosmo si spostò improvvisamente dalla fantascienza alla realtà, e la vela solare sembrò di nuovo come una forma allettante di propulsione.

Poco dopo il suo inizio, la NASA iniziò a pianificare una serie di missioni spaziali ambiziose, incluso il finanziamento di numerosi studi sulla vela solare. Negli anni '70, fu lanciato un piano per incontrare una cometa, la stessa cometa che Keplero spiò nel cielo secoli prima. Questo veicolo spaziale sarebbe dotato di una vela solare, usando l'energia del sole per fare il suo viaggio. Sfortunatamente, il piano fu demolito prima che potesse raggiungere la piattaforma di lancio, ma l'idea della vela solare sarebbe sopravvissuta.

Lou Freedman, un ingegnere della NASA che lavorava a quella missione ormai defunta, era ancora convinto che la vela solare fosse una forma di propulsione praticabile. Lui (insieme a Carl Sagan e Bruce Murray, ex capo del Jet Propulsion Laboratory della NASA) ha cofondato la Planetary Society nel 1980 in gran parte per trasformare la vela solare in una realtà.

"La vela solare in generale è stata intessuta nel DNA della Planetary Society da prima ancora che fossimo fondati", dice a Supercluster Jennifer Vaughn, Chief Operating Officer della società. "Tutti e tre i nostri fondatori hanno avuto una mano nelle prime fasi della navigazione solare."

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Capire come costruire un'enorme vela ultraleggera e poi lanciarla in modo economico nello spazio si rivelerebbe una grande sfida. Ma il gruppo perseverò e la prima incursione della società nella navigazione solare alla fine colpì la piattaforma di lancio nel 2005 sotto forma di un veicolo spaziale chiamato Cosmos 1. Sfortunatamente l'aspirante satellite non riuscì a orbitare, schiantandosi vicino alla Russia nel Mare di Barents. Sarebbero trascorsi altri dieci anni prima che la Planetary Society raggiungesse il suo primo successo nella navigazione solare.

Diagramma della vela solare Schema di una vela solare. (JPL)

I responsabili delle missioni tornarono al tavolo da disegno e decisero di pensare in piccolo per il loro prossimo tentativo. I cubesati, che hanno le dimensioni di una pagnotta di pane, erano esplosi nella scena del volo spaziale, offrendo un'alternativa più economica ai tradizionali e ingombranti satelliti.

Secondo Bill Nye, l'avvento di CubeSats ha portato all'attuale design della vela quadrata. "Una vela quadrata risulta essere un ottimo punto di partenza e un design piuttosto buono", ha detto Nye a Supercluster.

L'imbarcazione risultante, soprannominata LightSail 1, era una versione ridotta di Cosmos 1. Questo mini satellite di dimensioni pari a una scatola da scarpe lanciato nel 2015, facendo l'autostop su un razzo Atlas V e volando in orbita lungo il piano spaziale clandestino dell'Aeronautica X-37B .

Una volta in orbita, LightSail 1 ha dimostrato di poter schierare con successo la sua vela nel vuoto dello spazio. Ma il minuscolo satellite ha affrontato una miriade di problemi tra cui problemi software, perdite di segnale e problemi di batteria nel corso della sua missione. Dopo un periodo tumultuoso in orbita terrestre bassa, la piccola imbarcazione ha dispiegato il suo omonimo: quattro vele di mylar lucido, dimostrando che puoi montare una vela leggera in un piccolo pacchetto.

Nonostante le sue battute d'arresto, come dimostrazione della tecnologia, LightSail 1 è stato un successo. Per festeggiare, ha trasmesso il selfie definitivo. Ma ha anche sollevato lo sguardo delle persone, cercando di individuare l'imbarcazione mentre si librava sopra la Terra. Nye fu persino in grado di individuare il minuscolo satellite che luccicava nella notte mentre passava sopra il cielo inquinato dalla luce di New York City.

Light Sail Illo Con pochissime particelle che rallentano una luce che scende con la resistenza, potrebbe accelerare nel tempo un veicolo spaziale a velocità molto elevate. (Raquel Scoggin / Supercluster)

Arrivare a questo punto è stato un grande risultato per la Planetary Society, una società senza scopo di lucro formata per aiutare a far avanzare la scienza e l'esplorazione dello spazio. "Lo spazio fa emergere il meglio di noi", afferma Bill Nye. "Fa appello a tutte le persone e tutte le nazionalità."

Più di 40.000 membri della Planetary Society hanno sostenuto questa missione (e lo sviluppo della vela solare), donando da $ 5 a oltre $ 1 milione per finanziare l'organizzazione.

"È incredibilmente raro che si abbia l'opportunità di partecipare alle prime fasi di una nuova tecnologia di propulsione per veicoli spaziali", afferma Bruce Betts, responsabile della missione LightSail. “Non ce ne sono molti. Essere nelle fasi iniziali, i primi passi della vela solare, è un vero onore. ”

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Nel corso degli anni, mentre la Planetary Society ha costruito le loro navi a vela, anche altre persone in tutto il mondo hanno salpato.

È stata lanciata una missione di prova del 2015 chiamata CubeSail, costruita dal Surrey Space Centre nel Regno Unito, ma non è stata implementata correttamente. Altre tre piccole missioni a vela - NanoSail-D della NASA, CanX-7 del Canada e InflateSail di Surrey - hanno avuto un certo successo, ma proprio come LightSail 1, le loro missioni erano confinate in orbita terrestre bassa.

Diagramma della vela solare 2 Schema di una vela solare. (JPL)

Finora il Giappone ha avuto il maggior successo con la vela solare, in quanto è un kite-velivolo interplanetario accelerato dalla radiazione del sole (IKAROS) lanciato in orbita attorno al sole nel 2010. Una volta nello spazio profondo, si è spalancato di 46 piedi di larghezza vela quadrata e, per la prima volta nella storia, ha iniziato a virare e a cambiare velocità con la potenza del sole.

Il veicolo spaziale aveva anche celle solari incorporate nella sua vela a forma di aquilone per generare elettricità. Non ci si aspettava che le celle producessero molta potenza durante il volo, ma aiutarono invece a fungere da banco di prova per futuri motori a propulsione ionica.

IKAROS ha trascorso i successivi tre anni a misurare la sua accelerazione a causa della leggera pressione. Ha anche testato vari modi per controllarne il movimento usando cristalli liquidi (simili a un display elettronico LCD) incorporati nella vela che potevano regolare la riflettività dell'imbarcazione e cambiarne la velocità. L'elettricità che scorre attraverso i pannelli ha aumentato la riflettività, consentendo al veicolo spaziale di accelerare in avanti, mentre la disattivazione del flusso ha reso la pressione della luce solare più diffusa.

Funzionari spaziali giapponesi affermano che IKAROS è stato in grado di regolare sia il suo corso che il suo orientamento prima della fine prevista della missione nel 2015. Il contatto con IKAROS è stato perso, ma il successivo monitoraggio mostra che la vela solare continua a circolare attorno al sole tra Terra e Venere, e la forma della sua orbita continua a cambiare a causa dei cambiamenti nella leggera pressione.

Ma insieme ai suoi successi, i dati IKAROS mostrano che abbiamo ancora molta strada da fare prima di realizzare il pieno potenziale della vela solare. La Planetary Society spera che se tutto andrà secondo i piani, LightSail 2 aiuterà a trasformare le vele solari in un metodo affidabile, a basso costo e a propulsione zero per volare nello spazio.

Da lì, le possibilità sono quasi illimitate. Con una vela leggera, un veicolo spaziale potrebbe andare sulla luna, sugli asteroidi, su Giove, ovunque soffi il vento della luce, senza usare carburante.

LightSail 2 si lancia nello spazio per librarsi sulla potenza del sole