CubeSail — это недорогая демонстрационная миссия космического корабля, в которой используются два идентичных спутника CubeSat размером 1,5U для развертывания между ними ленты солнечного паруса длиной 260 м (850 футов) и площадью 20 м 2 (220 кв. футов) . [2] Эта миссия является первой в серии все более сложных демонстраций, ведущих к созданию полномасштабного гелиогироскопа UltraSail [3] Университетом Иллинойса и CU Aerospace .
UltraSail — это предлагаемый тип роботизированного космического корабля, который для движения использует радиационное давление , создаваемое солнечным светом. Он основан на концепции «гелиогиро» [4] Ричарда Х. МакНила, опубликованной в 1971 году, [5] [6] [3] и состоит из нескольких вращающихся лопастей, прикрепленных к центральной ступице.
Положение (ориентация) космического корабля Heliogyro и, следовательно, направление тяги будут контролироваться путем изменения циклического и общего шага лопастей, как у вертолета.
Хотя конструкция Heliogyro не имеет преимущества в массе перед квадратным парусом, она остается привлекательной, поскольку метод развертывания больших лопастей паруса проще, чем конструкция на основе подкосов. [7] Жесткость лопасти достигается за счет вращения космического корабля (центробежная сила), при этом его ось вращения обычно направлена на Солнце.
Университет Иллинойса совместно с CU Aerospace разработал 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 размещена между двумя спутниками CubeSat высотой 1,5U, которые отделяются друг от друга на низкой околоземной орбите. Он задуман как первый шаг на пути к разработке более крупной концепции солнечного паруса под названием UltraSail.
Переориентация CubeSats приведет к тому, что парус подвергнется аэродинамическому сопротивлению в верхних слоях атмосферы при его утилизации.
Космический корабль был выбран НАСА в 2012 году для запуска в рамках программы ELaNa . [8] [9] [10]
CubeSail был запущен на ракете-носителе Electron [11] 16 декабря 2018 года из Новой Зеландии. [1] [12]
Хотя «спутниковые маяки на правильной частоте были замечены один раз после запуска, 18 декабря 2018 года», не было «достаточного соотношения сигнал/шум для демодуляции позывного в маяках», и «от CubeSail не было получено никаких дальнейших сообщений. ". [13]
Предлагаемая вторая миссия проекта называется I-Sail , запуск которой запланирован на 2022 год, и будет состоять из космического корабля массой 25 кг (55 фунтов) с двусторонними лопастями и общей площадью парусов 2500 м 2 . [14] Он продемонстрирует уровни тяги, во много раз превышающие уровни тяги ионных двигателей , используемых для полетов в дальний космос, и совершит гравитационный побег с Земли. [14] Некоторые научные цели оцениваются как второстепенные. [14] Проект финансируется программой НАСА по исследованию инноваций в сфере малого бизнеса (SBIR). [15]
CubeSail и I-Sail задуманы как шаги на пути к разработке более крупной (1600 кг [16] ) концепции солнечного паруса под названием UltraSail для межпланетных и межзвездных миссий . [17] Последний состоит из множества структур, похожих на CubeSail, которые вытягивают пленочные лопасти длиной в километры, прикрепленные к центральной втулке, чтобы в конечном итоге сформировать гелиогир. Материал лопасти UltraSail, корпус солнечного паруса, монтируется на несколько катушек, каждая шириной 5–10 м, и разворачивается на длину лопасти до 5 км (3,1 мили) [16] на общую длину 100 000 м. 2 площади парусности. [2] [3] Космический корабль вращается вокруг центральной втулки, сглаживая лопасти под действием центробежной силы, поддерживаемой Tip-CubeSat. Для устойчивости километровых лопастей требуется период вращения 1–2 часа, чтобы они преодолевали силу давления Солнца в 3–5 раз. Каждое лезвие представляет собой тонкую полиимидную пленку, покрытую рипстопом . [16]
В UltraSail управление лопастями (и, следовательно, управление ориентацией космического корабля) инициируется небольшими управляемыми мини-спутниками (типсат) на кончике каждой лопасти. [16] [18] Масса типсата обеспечивает стабилизирующую центробежную силу на лопасти во время вращения. Каждый типсат будет представлять собой конструкцию из углеродного волокна длиной 5 метров и общей массой 50 кг, включая авионику и 20 кг топлива (катализируемая закись азота ( N 2 O ) и холодный газ). [16] Альтернативно, типсаты могут приводиться в движение с помощью электрических микродвигателей для регулирования шага лопастей. [19]
Максимальная ожидаемая сила тяги, обусловленная солнечным давлением, эквивалентна системам ионных двигателей мощностью 400 кВт , используемым для сопоставимых миссий в дальний космос. [19]
