LightSail-2-satelliet wordt succesvol voortgestuwd door enkel zonlicht

Het eind juni gelanceerde LightSail-2-ruimtevaartuig heeft op basis van alleen zonlicht een hogere baan om de aarde bereikt. Dat is gelukt door gebruik te maken van de fotonen die op het eerder uitgeklapte zonnezeil vallen.

Volgens The Planetary Society, de organisatie achter het experimentele LightSail-2-ruimtevaartuig, is de missie hiermee een succes. Het is voor het eerst dat een ruimtevaartuig in een baan om de aarde op basis van alleen zonlicht wordt voortgestuwd. De organisatie stelt dat LightSail-2 ook het eerste kleine ruimtevaartuig is dat 'zonnezeilen' succesvol heeft gedemonstreerd. Het eerste ruimtevaartuig dat zich op basis van alleen fotonen uit zonlicht in de ruimte heeft voortbewogen, is het Japanse ruimtevaartuig Ikaros uit 2010.

Een week geleden had LightSail-2 al succesvol zijn zonnezeil uitgeklapt, wat de voortstuwing door middel van fotonen mogelijk maakt. Sinds dat moment is The Planetary Society bezig om het in kaart brengen van de zon door het ruimtevaartuig te verfijnen. Het team gaat in de komende tijd door met het verhogen van de prestaties van het zonnezeil om te kijken tot hoever het hoogste punt kan worden opgerekt. Tussen 26 en 30 juli is dat met zo'n 2km opgehoogd tot 727km.

De verfijningen worden onder meer toegepast bij LightSail-2's enkele reactiewiel, dat wordt gebruikt voor het draaien of oriënteren van het ruimtevaartuig. Daarmee kan de voortstuwing door de zon als het ware worden in- en uitgeschakeld. Deze reactiewielen kunnen echter verzadigd raken als ze hun vooraf bepaalde snelheidslimiet halen; daarna zijn ze niet meer effectief om het ruimtevaartuig te laten roteren. In tegenstelling tot de meeste ruimtevaartuigen gebruikt LightSail-2 geen chemische aandrijving voor het laten afremmen van het wiel, maar magnetische reactiestangen. Die kunnen het ruimtevaartuig oriënteren door zich als het ware af te zetten tegen het magnetische veld van de aarde.

Momenteel bereikt het reactiewiel een paar keer per dag zijn snelheidslimiet. Het weer vertragen van het wiel leidt ertoe dat de satelliet niet meer de juiste oriëntatie heeft voor het inzetten van het zonnezeil. Om dat te verminderen, heeft het team inmiddels een software-update doorgevoerd waarmee de tijd tussen verzadigingsmomenten wordt vergroot. Daarnaast wordt geprobeerd om het proces waarmee het reactiewiel wordt vertraagd, te automatiseren. Deze twee verfijningen moeten leiden tot verbeterde zonnezeilprestaties.

Nadat gedurende een maand is geprobeerd om de baan om de aarde verder te verhogen, zal LightSail-2 uiteindelijk zijn baan om de aarde verlaten en in grofweg een jaar vanaf nu in de aardse atmosfeer terechtkomen. Het zonnezeil kan momenteel vanaf de aarde worden waargenomen, zowel overdag als 's nachts. Op een website van The Planetary Society is in real time te zien waar de satelliet zich precies bevindt.

LightSail-2 meet 11,3x11,3x48,7cm en het uitgeklapte zeil heeft een oppervlakte van 32m². Daarmee worden fotonen afkomstig van de zon opgevangen. Deze ketsen van het reflectieve oppervlak van het zeil af, wat een klein beetje momentum genereert. Deze zwakke stralingsdruk drijft de satelliet aan.

Deze foto is gemaakt op 23 juli toen het zeil bijna volledig was uitgeklapt. Het zeil lijkt bij de hoeken af te buigen, maar dat is een illusie die wordt veroorzaakt door het 185-graden-fisheyeobjectief van de camera.

Reacties (54)

[Miasma]

Misschien beetje domme vraag, maar aangezien licht altijd met dezelfde snelheid beweegt in een vacuüm ongeacht de golflengte. Betekent dit dan dat de fotonen die worden gereflecteerd dan een lagere golflengte hebben dan de toen ze erop komen?

Als ik het goed begrijp werkt het zo?

1: Een foton komt van de zon
2: Botst met het zonnezeil en word terug gereflecteerd
3: Bij die botsing word een gedeelte van de energie van de foton afgenomen en in momentum omgezet voor het zonnezeil
4: Omdat de foton energie verliest in dit proces word deze dan van een lagere golflengte???

[KC Boutiette]

Niet helemaal, bij 3 en 4 ga je een beetje de mist in. Volgens mij zit het zo:

Voor het gemak bekijken we even een loodrechte reflectie:
- foton komt van de zon met impuls p1 in richting >
- foton reflecteert op zonnezeil en heeft daarna een impuls -p2 in richting <
- het verschil aan impuls p1+p2 = +/- 2*p1 is dus overgedragen aan het zonnezeil
- omdat het zonnezeil een eindige snelheid v heeft in richting > krijgt het gereflecteerde foton een dopplerverschuiving naar een lagere frequentie (rood verschoven). Bij een lagere frequentie hoort een lagere foton impuls, maar dit verschil is verwaarloosbaar zolang de snelheid van het zonnezeil niet in de buurt komt van de lichtsnelheid.

Hoop dat er wat van te begrijpen is

Edit:
stokjes aan pijltjes zijn lelijk

[Reactie gewijzigd door KC Boutiette op 22 juli 2024 23:43]

[vhartong]

Volgens mij hebben jullie allebei in principe gelijk. Het is maar hoe je het wil verwoorden. De formules zijn als volgt:
p = E/c and p = h / lambda. Hierbij is c een constante (gezien het niet in een dicht medium zit waar c afhankelijk is van de golflengte), en h is de planck constante.
Energie is dus momentum en andersom, mits c gelijk blijft. Dus momentum neemt af bij de inelastische botsing, golflengte neemt toe.

Overigens kan het photon ook geabsorbeerd worden en dan mogelijk weer uitgestraald worden. Dit kan echter aan beide kanten van het zeil.

Voor de liefhebbers: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1208/1208.0872.pdf

[Rannasha]

De conclusie klopt, de gedachtegang bij stap 3 niet helemaal. Als het foton botst met het zeil, dan draagt het impuls (momentum is het Engelse woord hiervoor) over aan het zeil en tegelijkertijd wordt een deel van de energie van het foton omgezet in kinetische energie van de sateliet. Het is dus niet zo dat impuls wordt omgezet in energie.

[RogerWilco2]

Ja.

In het kort komt het daarop neer.
Vanuit het perspectief van de Zon worden de fotonen naar rood verschoven.
Vanuit andere perspectieven is het wat ingewikkelder.

[Verwijderd]

Die vermaledijde relativiteit. Dus als ten opzichte van de waarnemer het zonnezeil juist afremt dan zou vanuit haar of hem bekeken de golflengte van het licht juist naar violet verschuiven? Oftewel dan wordt er kinetische energie van het zonnezeil overgedragen op het licht??

[Armin]

Dus als ten opzichte van de waarnemer het zonnezeil juist afremt dan zou vanuit haar of hem bekeken de golflengte van het licht juist naar violet verschuiven

Wat gebeurt hangt af van je referentie-kader, niet zozeer waarnemer (dat is Quantum mechanica). Nu ben ik flauw, want doorgaans bedoelt men het referentie-kader van een andere persoon die het object (in dit geval ruimteschip) bekijkt.

Maar het niet flauwe onderdeel van die opmerking is, dat jouw vraag enkel te beantwoorden is als je aangeeft vanuit welk referentie-kader je kijkt naar dit ruimteschip. Een stilstaand persoon? Maar wat is stilstaand? Stlstaand tov de aarde, die zelf ook heel hard beweegt tov de zon, etc.

Omdat het ruimteschip in deze context ook nog eens accelereert is het nog lastiger.

[Verwijderd]

Elke waarnemer heeft zijn eigen referentiekader dus die term is zeker wel relevant als het om relativiteit gaat. De waarnemer waar ik op doel, beweegt in eerste instantie met een constante snelheid hoger dan die van het lichtzeil van de zon af maar staat dichter bij de zon dat het lichtzeil. Zowel waarnemer als lichtzeil bewegen dus van de zon af maar t.o.v. de waarnemer komt het lichtzeil dus steeds dichterbij. De waarnemer haalt het lichtzeil langzaam in. Maar omdat het lichtzeil constant versnelt en de waarnemer niet komt het lichtzeil steeds minder snel richting de waarnemer. T.o.v. de waarnemer remt het lichtzeil dus af. Dus dan zou deze waarnemer een blauwverschuiving moeten meten in het licht dat van het lichtzeil afkaatst omdat t.o.v. de waarnemer het lichtzeil kinetische energie verliest.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 23:43]

[Armin]

Elke waarnemer heeft zijn eigen referentiekader

Mijn punt was meer dat het referentie-kader relevant is, niet de waarnemer. Je kunt ook een theoretisch referentiekader zonder waarnemer hebben, net zoals twee waarnemers hetzelfde referentiekader kunnen hebben. En dat is echter fundamenteel anders dan bij QM waar er uberhaupt geen objectieve realiteit bestaat buiten een waarnemer/waarneming.

Maar volgens mij zijn we het op zich eens, maar meer semantisch bezig.

T.o.v. de waarnemer remt het lichtzeil dus af. Dus dan zou deze waarnemer een blauwverschuiving moeten meten in het licht dat van het lichtzeil afkaatst omdat t.o.v. de waarnemer het lichtzeil kinetische energie verliest.

Precies, je krijgt een steeds verder afnemende blauwverschuiving, todat het zeil weer van je afbeweegt waarna het een roodverschuiving wordt. Tov een referentie-kader dat op het startmoment van het zeil gelijke snelheid had, zie je dus een andere 'kleur', doch gelijke richting van de verschuiving (richting rood).

[kolonel klapzak]

Aangezien de energie van een foton evenredig is met de frequentie, zal de golflengte juist groter zijn, niet lager.

[YGDRASSIL]

Kleine gaatjes zullen denk ik geen probleem zijn. Plus de kans is denk ik klein. Iedereen heeft het over de grote puinzooi daarnoven maar dat puin is wel verspreid over een vrij groot volume.

[batjes]

Die puinzooi kan redelijk verspreid zijn. Maar het ISS is ondertussen al tig keer geraakt met een boel butsen in behuizing en gaten in de zonnepanelen. Het ISS moet ook regelmatig zijn baan aanpassen om troep daarboven te ontwijken.

Er zijn ook al redelijk wat sattelieten stuk gegaan door de puin daar boven.

De ruimte kan wel groot zijn, wij mensen zijn nogal goed in het vervuilen van onze omgeving. Het is daarboven ondertussen een gigantische puinhoop en het is realistisch aan het worden dat we ons zelf aan het opsluiten zijn op deze planeet.

[Cio]

Onszelf opsluiten? Doe normaal. Pure bangmakerij. Dit soort projecten worden (tegenwoordig!) zorgvuldig uitgevoerd (ESA rapport) om problemen te voorkomen en zelfs in het extreemste geval levert het alleen heel veel vertraging op (Youtube sensatie waarschuwing).

De troep tot ~500km brand binnen een generatie of twee op in de atmosfeer, of valt terug op aarde. In hogere banen is alles een stuk verder bij elkaar vandaan en minder verspreid over verschillende type banen, dus makkelijker te vermijden als je er langs zou moeten. Het kan zeker een belemmering worden, maar we moeten niet overdrijven.

Beetje context, het ISS past z'n baan aan wanneer een object een kans van 1 op 100.000 heeft om te raken... als dat de missiedoelen niet belemmert.

[Reactie gewijzigd door Cio op 22 juli 2024 23:43]

[batjes]

Oja oeps klopt, er komt elk jaar minder bij dan dat er terug valt naar de aarde. Oh wacht.
Gelukkig is ook alle troep van bijvoorbeeld de Apollo missies al lang teruggevallen naar de aarde. Is maar 2 generaties terug, waar hebben we het over. Oh nee, die dingen komen we nog tegen in een baan om onze planeet.

Gebeurd ook niet meerdere keren per jaar dat het ISS risico loopt stuk te gaan ofzo. Met de bemanning die al meerdere keren in de soyuz escape shuttle heeft moeten verblijven vanwege dat niet bestaande risico.

Verder is het zeker wel een realistisch scenario. De NASA, ESA en SpaceX uiten hier hun zorgen over. Maar ik zal normaal doen. De rotzooi is inderdaad absoluut niet iets om ons zorgen over te maken! Wat was ik toch gek aan het doen, hè!

[Reactie gewijzigd door batjes op 22 juli 2024 23:43]

[core_dump]

O jee, nog even en er is "Man made space change" .

[Drogo]

wij mensen zijn nogal goed in het vervuilen van onze omgeving

Met deze uitspraak toon je het tegendeel aan. We zijn juist de enige wezens op deze planeet die zich zorgen maken over vervuiling en daar actief actie op ondernemen.

[26428974.]

En wij zijn ook de wezens die de vervuiling gecreëerd heeft ( grotendeels) dus het zou zeer onrespectvol ten opzichte van de andere wezens om die niet opteruimen

[MrMonkE]

respectloos

[VanWilder]

Probleem is dat een botsing opnieuw puin in alle richtingen stuurt. Zie het Kessler syndrome. Men is dus bang van een kettingreactie die eigenlijk niet te stoppen is. Elk object dat botst maakt de kans op een nieuwe botsing opnieuw groter.

Zie ook dit filmpje dat, op een simpele maar dramatische manier uitlegt hoe dit werkt.

[Reactie gewijzigd door VanWilder op 22 juli 2024 23:43]

[xbeam]

https://www.youtube.com/watch?v=OiTiKOy59o4

[TweakTom92]

Ik snap het principe waarmee de satelliet wordt voortgestuwd, maar aan de andere kant van de aarde beweegt hij toch tegen de richting van de zonnestralen in? Dan zou hij juist weer afgeremd worden.. Kan iemand uitleggen waarom hij in een constant hogere baan wordt gebracht, in plaats van heen en weer geduwd te worden bij elke omwenteling om de aarde.

[pagani]

Net als bij zeilen kun je de positie van je zeil ten opzichte van je schip wijzigen, hierdoor kun je dus tot bijna "tegen de wind/licht in" alsnog versnellen

[Verwijderd]

Nee hoor, de impulsen gaan enkel maar weg van de zon, er is geen medium dat wrijving veroorzaakt (zoals water) dat kan aangewend worden om andere richtingen uit te gaan.
Edit: je kan de kracht verminderen door het zeil loodrecht op de richting van de zon te zetten, dat is wat hier gebeurt

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 22 juli 2024 23:43]

[Geim]

Toch wel, staat gewoon in de tekst:

"De verfijningen worden onder meer toegepast bij LightSail-2's enkele reactiewiel, dat wordt gebruikt voor het draaien of oriënteren van het ruimtevaartuig. Daarmee kan de voortstuwing door de zon als het ware worden in- en uitgeschakeld."

[TweakTom92]

Aah top, helemaal gemist. Je hebt gelijk

[TWyk]

Toch maar weer een linkje naar één van de leukste korte SF verhalen over een lichtzeil.
Zeil 25 van Jack Vance

[taaiewillem]

Leuk dat je dit stukje van Jack Vance opdiepte. Ik ben een fan van hem en heb vrijwel al zijn werken/ werkjes op schijf staan. Overigens is er op het net een bibliotheek van vrijwel alle SF-auteurs; met meer dan 10.000 werken.

[Clubbtraxx]

Linkje naar die bieb waar je het over hebt please?

[pjflathead]

Dit misschien?:
https://openlibrary.org/subjects/science_fiction

[Clubbtraxx]

Misschien, ga ik ff bekijken. Bedankt in elk geval.

[taaiewillem]

Library of Science Fiction & Fantasy

[Clubbtraxx]

Dank u. Ga ik ook ff bekijken.

[mrk_iii]

hier hetzelfde. 40 jaar geleden voor t eerst sail 25 gelezen en het blijft verbazingwekkend.

Doet me ook weer denken aan een boek van pournelle/niven dat bij wen dreigende invasie door aliens sf schrijvers werden uitgenodigd om over de oplossing na te denken.

[Huugje]

Je bedoelt waarschijnlijk het boek Voetval. Inderdaad een goed boek, maar volgens mij komt daar geen lichtzeil in voor. Overigens wel in hun boek Splinter.

[mrk_iii]

Hi,

er komt geen zeil in voor, dat klopt. Ik was hier niet duidelijk, sorry.

Het was een referentie aan hoe SF schrijvers ideeën kunnen hebben die later ooit werkelijkheid kunnen worden. En dat ze daardoor soms uitermate geschikt zijn om oplossingen te verzinnen voor nieuwe problemen. Net als Heinlein met Waldo's. https://en.wikipedia.org/wiki/Remote_manipulator

Toen ik als 15-jarige Zeil 25 van Vance las, had ik geen idee dat dit ooit werkelijkheid zou kunnen worden. Sindsdien bijgelezen (fantastisch,dat WikiPedia) zodat ik weet dat als sinds midden 19e eeuw het besef bestaat dat het in principe mogelijk zou moeten zijn.

[breaky73]

<nerdmode>Doet me ook denken aan Star Trek Deep Space Nine waar Sisko en Jake een ruimtevaartuig met zonnezeil bouwen<nerdmode>

[TweakTom92]

Het zonnezeil kan momenteel vanaf de aarde worden waargenomen, zowel overdag als 's nachts.

Aan de baan te zien is de inclinatie niet hoog genoeg dat hij ooit in Nederland te zien zal zijn.

[zonoskar]

Leuk project. Ik wist niet dat Bill Nye "science guy" de CEO was.

[bython]

Leuk om hier te lezen!

Zelf in het verleden via Kickstarter dit project mee gesteund, 2 certificaten met 1 cm² van het zeil erop mogen ontvangen, geweldig om iets te steunen dat de ruimte ingaat / zit

[litebyte]

Benieuwd wat ermee gebeurd als iets anders dan de zonnestralen op het zeil 'valt' (ruimtepuin). ziet er behoorlijk fragiel uit

[chime]

Dan zit er een klein gaatje in ... iets wat me vrij weinig impact lijkt te hebben op het geheel.

[svennd]

Daarvoor zijn ze ook heel bang op het ISS KSP heeft me geleerd dat relatieve snelheid tegenover elkaar zeer belangrijk is, als je bijvoorbeeld moet dokken

[josttie]

Ik ben ook wel benieuwd naar de snelheid en de versnelling, weet iemand hoe dit zit?

[Koekiemonsterr]

Kun je deels hier vinden, de link stond ook al in het nieuwsbericht http://www.planetary.org/...sail-mission-control.html

[josttie]

Toppertje, bedankt!

In de faqs:

How fast is LightSail 2?

Assuming perfect reflectivity, the sun exerts a force of 2.91x10⁻⁴ N/m² on LightSail's 32-square-meter sails. The resulting acceleration is 0.058 mm/s². That's about as much force as a paperclip exerts on the palm of your hand.

In one month of constant sunlight, LightSail's speed would increase by 549 kilometers per hour, roughly the speed of a jet airliner at cruising speed.

In 16 months of constant sunlight, LightSail's speed would increase by 8,556 kilometers per hour, fast enough to escape the moon's gravity well.

Dus dat duurt nog wel even voordat het vaart heeft, maar het is een goed begin.

http://www.planetary.org/explore/projects/lightsail-solar-sailing/lightsail-faqs.html

[Reactie gewijzigd door josttie op 22 juli 2024 23:43]

[Parrotmaster]

Dus als ik ooit iemand heel hard wil slaan moet ik gewoon 16 maanden lang een paperclip vasthouden.

[bazs2000]

Haha, beter gooi je de paperclip naar iemands hoofd aangezien het energie kost om iemand met een paperclip te slaan (wat ten koste gaat van het momentum).

[Yezpahr]

Het was even zoeken, maar toch de real time satellite site gevonden: https://www.n2yo.com/?s=44420