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Sonnensegeln dank IKAROS eine Technologie auf dem Weg zur Anwendung

22. September 2010

Die Zeit des Theoretisierens ist vorbei: Seit der japanische Experimentalsatellit IKAROS entscheidende Techniken der Navigation mit nichts weiter als dem Strahlungsdruck des Sonnenlichts demonstriert hat (der auf den Satelliten eine Kraft von 1.1 Millinewton ausübt, wie inzwischen gemessen wurde), wird es vielleicht schon bald auch die ersten Anwendungen dieser Technik geben. Alles entscheidend ist das Verhältnis der Gesamtmasse von Nutzlast und Sonnensegel zur Segelfläche: Mit 10 bis 20 Gramm pro Quadratmeter sind schon eine Menge sinnvolle Manöver und interessante interplanetare Bahnen möglich. Mit 1.5 kg/m^2 ist IKAROS noch weit davon entfernt, was auch für die anderen drei finanzierten Segler-Demonstratoren Nanosail D und Lightsail mit 300 bzw. 140 und CubeSail („… Weltraum-Besen …“) mit 120 g/m^2 gilt, die diesen November bzw. Mitte bzw. Ende kommenden Jahres starten sollen.

Die Werkstoffe für extrem dünne und tausende Quadratmeter große Segel sind durchaus schon vorhanden, aber viel geforscht wird noch an der Technologie, sie elegant in kleinen Kapseln zu verstauen und dann in der Schwerelosigkeit zuverlässig zu entfalten. Im Gegensatz zur IKAROS-Methode – durch Endmassen plus Rotation aber ohne starres Gerüst – setzen die meisten Planer dabei auf kreuzförmige Strukturen, die sich trickreich entfalten und dabei das Segel ausbreiten und tragen sollen. Um für einen 50-kg-Satelliten die gewünschte Verhältniszahl zu erreichen, wäre ein 2500 bis 5000 m^2 großes Segel erforderlich, im üblichen quadratischen Design 50 bis 70 Meter groß: Das entspricht den Solarzellen der ISS (77 m Spitze zu Spitze), wäre also kein Sprung um Größenordungen.

ESA wie DLR wie NASA, die in der Vergangenheit einiges in Prototypen (für Tests am Boden) investiert haben, denken dem Vernehmen nach erneut über konkrete Schritte nach: Zwischen den ersteren beiden soll sogar eine gemeinsame Roadmap abgesprochen worden sein. Und die lange für Exoten gehaltene Gemeinde der Sonnenseglerianer – die sich wie die frühren Raketenforscher um Oberth & Co. fühlt – hat auf einer Tagung im Juli in New York sogar eine gemeinsame Deklaration herausgegeben und die Technologie im Lichte der stürmisch gefeierten IKAROS-Erfolge für „gangbar für Anwendungen in der Raumfahrt“ deklariert. Derer es viele gäbe: Im September wurde auf einer Tagung europäischer Planetenforscher in Rom z.B. angeregt, mit Sonnenseglern große Datenmengen von Sonden bei Jupiter oder Saturn zur Erde zu schaffen, indem diese „Data-Clipper“ zwischen den Planeten hin und her pendeln und erst in der Nähe der der Erde mit hoher Rate senden.

Erst einmal gilt das Interesse aber der IKAROS-Mission, die inzwischen sowohl eine leichte Änderung der Bahn wie auch der räumlichen Lage durch gezielten Einsatz des Segels demonstrieren konnte und damit den kompletten Missionserfolg erzielt hat. Als Bonus erzeugen die ins Sonnensegel integrierten Solarzellen auch noch Strom: Man könnte sich Hybridraumsonden vorstellen, die die Sonnenphotonen sowohl zum Segeln wie auch als Energiequelle für einen Ionenantrieb verwenden. Das Nanosail D, ein Passagier des FASTSAT („… in Alaska angekommen …), ist ein viel bescheideneres Experiment und wird in seiner niedrigen Erdumlaufbahn vermutlich nicht einmal die Wirkung des Strahlungsdrucks erfahren. Dafür wird der Minisatellit aber eine andere Entfaltungstechnik für sein 10-m^2-Segel demonstrieren und insbesondere auch, wie man einen Satelliten damit dank des Luftwiderstands besonders schnell versenken kann: Das „D“ steht nämlich für De-orbit.

JAXA Release 23.7., NASA Release 17.8., EPSC Release 20.9.2010; The Space Review 9.8.2010 [exzellenter Review]; Centauri Dreams 21., Universe Today 19., AstroBiology 2.9., Centauri Dreams 4.8., New Scientist, ScienceTicker 27., Planetary Society, PS Blog, Space.com 26., Centauri Dreams 23., 22., Space.com 21., 12., Planetary Society Blog, Spaceflight Now 9.7.2010 – und Nikkei über die Beobachtung eines GRB durch IKAROS sowie ein JAXA Release und Science@NASA über die Reise von Akatsuki zur Venus, die zusammen mit IKAROS startete

Neuer Weltraum-Seil-Test bei einem Suborbitalflug

Ein 300 m langes, 2.5 cm breites und 1/20 mm dickes Metallband ist am 31.8. im Rahmen von T-Rex („Tether Technologies Rocket Experiment“) von einer japanischen Rakete während eines 10-minütigen Fluges bis in 309 km Höhe getragen worden: Dabei wurden an einem Ende durch eine Kathode Elektronen abgegeben, um zu testen, ob sich das Band diese als Anode fungierend wieder holen würde. Offenbar ist tatsächlich ein Strom geflossen, auch wenn nicht alles klappte: Diesen Effekt könnte man operationell nutzen, um zusammen mit dem Erdmagnetfeld Schub zu erzeugen (der bei dem Experiment allerdings nicht gemessen werden sollte). Im Gegensatz zu früheren fadenförmigen Weltraumseilen – die immer wieder scheiterten – hat das breite Band den Vorteil, dass ein kleines Stück Weltraummüll es nur punktieren aber nicht gleich durchschneiden würde. (JAXA page 31.8., New Scientist 2., Discovery 3.9.2010)

Mysteriöse Rendezvous-Operationen zwischen zwei chinesischen Satelliten, SJ-12 und SJ-06F, haben sich erst russische und dann amerikanische Beobachter mühsam zusammengereimt, während die Chinesen keinerlei Erklärung dazu abgeben. Ein militärisches Experiment ist das wohl nicht, da sich beide Satelliten nur langsam aufeinander zu bewegten und – vielleicht, da sind die westlichen Tracking-Daten zu ungenau – allenfalls sanft berührten. Vielleicht hatte dies etwas mit Training für künftige Andockoperationen an die kleine Raumstation Tiangong-1 („In rund einem Jahr …“) zu tun, die 2011 gestartet und dann von Shenzhou-Kapseln angesteuert werden soll. So oder so gilt der nahe Flug der beiden Satelliten als bedeutende Leistung. (The Space Review 30., New Scientist, Popular Science, Universe Today 31.8., Discovery 2., Spaceflight Now 8.9.2010. Und AW&ST zu den Rendezvous-Experimenten der schwedischen Prisma-Satelliten [„Die Prisma-Satelliten …“] Mango & Tango)

Nachrichten aus der Raumfahrt kompakt

11. April 2010

Ein Ausschnitt aus der Galaxie M 66 im Löwen, zusammengesetzt aus Bildern der Hubble-Kamera ACS im Nah-IR, bei H-Alpha und im Grünen, aber so ‚abgemischt‘, dass ungefähr natürliche Farben herausgekommen sind. Zu erkennen sind die asymmetrischen Spiralarme und der ‚verrutschte‘ Kern der Galaxie: Daran sind wohl die beiden Nachbargalaxien schuld.

Ein kurzes Vergnügen für SOHO-„Zuschauer“ bot in der Nacht vom 9. zum 10. April ein neuer sonnenkratzender Komet, der binnen weniger Stunden kam und verging (in Bewegung). NACHTRAG: War wohl wieder mal einer aus der Kreutz-Gruppe – von der z.Z. ziemlich viele im Anflug sind.

Die Saturnmonde Janus und Epimetheus (individuell anklicken für Details!): ganz neue Rohbilder von Cassini vom 7. April aus 75’000 bzw. 102’000 km Entfernung, entstanden im Umfeld eines ungewöhnlich nahen Dione-Encounters und auch hier und hier beschrieben.

Und schon wieder hat der MRO eine Lawine erwischt, im Moment des Abgangs (siehe auch hier): Vermutlich handelt es sich bei diesem Phänomen um gefrorenes CO2, dem der kommende Frühling seine Stabilität geraubt hat – es scheint eine regelrechte Lawinen-Saison zu geben.

Ein Ausschnitt aus der ersten Aufnahme der Vollerde durch den neuesten Wettersatelliten der USA, GOES-15 („Neuester …), entstanden am 6. April – hier lohnt sich das Anklicken für die Vollversion auf jeden Fall. Nach fünf Monaten Tests wird die NASA den Satelliten der Wetterbehörde NOAA übergeben, die ihn ersteinmal in Reserve halten wird. Das Bild kommt gerade recht zum 50. Jahrestag des ersten Wettersatelliten überhaupt, Tiros 1, der nicht ganz so scharf sah und an dessen Start am 1. April 1960 ein NASA Release, ein Artikel aus New Jersey und Science 26.2.2010 S. 1085-6 erinnerten.

Hyperspektraltechnik revolutioniert die Erdbeobachtung

So hieß es jedenfalls kürzlich auf einem Kongress: Die wesentlichen Vorteile eines abbildenden Spektrometers gegenüber den operierenden Multispektralsystemen mit ihren wenigen und breiten Spektralkanälen liegen in der erheblich verbesserten Genauigkeit bei der Erfassung von Oberflächenmaterialien und in der einzigartigen Detektion von Mineralen. Pioniere waren die Satelliten EO-1 der NASA und PROBA-1 der ESA, und bald gibt’s die nächste Generation. (PM der ESA 31.3.2010)

Das Fortschreiten des Frühlings aus dem Orbit verfolgt das Medium Resolution Imaging Spectrometer auf dem Envisat, das empfindlich auf die Veränderungen an der Vegetation reagiert. Was früher nur ein Hobby von Naturbeobachtern war, ist heute ein Mosaiksteinchen mehr bei der Beurteilung der Auswirkungen des Klimawandels. (ESA Release 1.4.2010)

CubeSail: Weltraum-Besen vor erstem Test Ende 2011

Der Demonstrator passt in eine Kiste von 10 x 10 x 30 cm und kostet – inklusive Huckepack-Start – nur rund 1 Mio. Euro: der CubeSail, den die Univ. of Surrey mit Mitteln von Astrium baut und der Ende 2011 in einem 700-km-Orbit mit einem cleveren Mechanismus ein 5 x 5 Meter großes Segel mit gerade einmal 3 kg Masse entfalten soll. Erst wird damit ein bisschen Solar Sailing mit dem Strahlungsdruck der Sonne getestet, dann das Segel auf maximalen Luftwiderstand gedreht, um den winzigen Satelliten gezielt zum Absturz zu bringen. Solche Systeme könnten eines Tages routinemäßig auf Satelliten und Raketenoberstufen montiert werden, um sie nach dem Ende ihrer Missionen zügiger aus dem Orbit zu kegeln, was allerdings immer noch etliche Jahre dauert. Und eine spätere Variante – die vielleicht 2013 erprobt wird – könnte sich auch an ältere „unkooperative“ Satelliten ankleben, um deren Ende zu beschleunigen. (Univ. of Surrey Release 25., BBC, Guardian, New Scientist 26., Discovery 28., Nature Blog 29., AW&ST Blog 30.3.2010) NACHTRAG: noch ein Nachzügler.

Test des Raumgleiters X-37B weiter für den 19. April geplant: Das geheimnisunwitterte „Orbital Test Vehicle“ („Test des unbemannten …“) von 1/4 der Größe des Space Shuttle wird auf einer Atlas V starten und nach einigen Monaten aus dem Orbit zurückkehren. Weder über die technischen Details noch den Zweck des Ganzen ist viel bekannt … (Status; Spaceflight Now 2., CSM, SpacePorts 4.4.2010) NACHTRAG: Jetzt heißt es, 20. April.

Südkorea versucht es im Juni erneut

mit dem Start einer eigenen Rakete, nachdem die Premiere vergangenen Sommer gescheitert war („Fehlschlag …“): Erneut wird eine erste Stufe aus Russland angeliefert, die damals funktioniert hatte – aber dann war die Hälfte der Nutzlastverkleidung hängen geblieben. Auch die koreanische zweite Stufe hatte zwar funktioniert, aber das half dann nichts mehr. (Spaceflight Now 31.3.2010) NACHTRAG: Der Start wurde auf den 9. Juni festgesetzt – obwohl der Fehlschlag nie ganz aufgeklärt wurde.

Der erste Start einer Falcon 9 ist in den Mai gerutscht, frühestens den 8.5.: Zwar hatte der Triebwerkstest auf der Rampe am Cape im 2. Anlauf gut geklappt, doch dann war ein Problem mit der Selbstzerstörungsanlage entdeckt worden. (Status; Orlando Sentinel Blog 2., Space News, Space.com 3., Raumfahrt-Zeitung 5.4.2010)