Maggio 21, 2024

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La NASA è pronta a lanciare la sua vela solare di prossima generazione nello spazio profondo: ScienceAlert

La NASA è pronta a lanciare la sua vela solare di prossima generazione nello spazio profondo: ScienceAlert

Tutti sanno che l’energia solare è gratuita e quasi illimitata qui sulla Terra. Lo stesso vale per i veicoli spaziali che operano nel Sistema Solare interno. Ma nello spazio il Sole può fare di più che fornire energia elettrica; emette anche un flusso infinito di vento solare.

Le vele solari possono sfruttare quel vento e fornire propulsione ai veicoli spaziali. La NASA sta per testare un nuovo design di vela solare che può renderla ancora più efficace.

La pressione solare pervade l’intero Sistema Solare. Si indebolisce con la distanza, ma è presente. Colpisce tutti i veicoli spaziali, compresi i satelliti. Ciò influisce in modo drammatico sui voli spaziali di lunga durata.

Una navicella spaziale in missione su Marte può essere costretta fuori rotta di migliaia di chilometri durante il suo viaggio a causa della pressione solare. La pressione influisce anche sull'orientamento del veicolo spaziale e sono progettati per gestirlo.

Sebbene sia un ostacolo, la pressione solare può essere utilizzata a nostro vantaggio.

Sono stati lanciati e testati alcuni veicoli spaziali a vela solare, a cominciare da quello giapponese Ikaros veicolo spaziale nel 2010. Ikaros ha dimostrato che la pressione della radiazione proveniente dal Sole sotto forma di fotoni può essere utilizzata per controllare un veicolo spaziale.

La navicella spaziale a vela solare più recente è quella della Planetary Society Vela leggera 2lanciato nel 2019. LightSail 2 è stata una missione di successo durata oltre tre anni.

Il Mar Rosso e il fiume Nilo, dalla navicella spaziale LightSail 2. LightSail 2 è stata una missione dimostrativa di successo durata più di due anni. (La Società Planetaria)

I veicoli spaziali a vela solare presentano alcuni vantaggi rispetto ad altri veicoli spaziali. I loro sistemi di propulsione sono estremamente leggeri e non restano mai senza carburante. I veicoli spaziali a vela solare possono svolgere missioni in modo più economico rispetto ad altri veicoli spaziali e possono durare più a lungo, sebbene abbiano dei limiti.

Il concetto della vela solare ha ormai dimostrato di funzionare, ma la tecnologia deve progredire affinché sia ​​veramente efficace. Una parte fondamentale di un veicolo spaziale a vela solare sono i suoi bracci. I boma supportano il materiale della vela; Più sono leggeri e resistenti, più efficace sarà la navicella spaziale.

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Sebbene le vele solari siano molto più leggere di altri veicoli spaziali, il peso dei bracci rappresenta ancora un ostacolo.

“I bracci tendevano ad essere pesanti e metallici o realizzati in composito leggero con un design voluminoso, nessuno dei quali funziona bene per i piccoli veicoli spaziali di oggi.”

Keats Wilkie, ricercatore principale dell'ACS3, NASA

La NASA sta per lanciare un nuovo design di vela solare con una migliore struttura di supporto. Chiamato il Sistema avanzato di vela solare composita (ACS3), è più rigido e leggero rispetto ai modelli precedenti del braccio. È realizzato in fibra di carbonio e polimeri flessibili.

Sebbene le vele solari presentino molti vantaggi, presentano anche uno svantaggio critico. Vengono lanciati come piccoli pacchetti che devono essere spiegati prima di iniziare a funzionare. Questa operazione può essere irta di difficoltà e induce stress nel povero personale di terra, che deve aspettare e guardare per vedere se ha successo.

Questa immagine mostra l'ACS3 mentre viene spiegato al Langley Research Center della NASA.  Il vento solare è affidabile ma non molto potente.  Richiede un'ampia superficie velica per alimentare efficacemente un veicolo spaziale.  L'ACS2 è lungo circa 9 metri (30 piedi) per lato e richiede un sistema di bracci robusto e leggero.  Credito immagine: NASA
Questa immagine mostra l'ACS3 mentre viene spiegato al Langley Research Center della NASA. Il vento solare è affidabile ma non molto potente. Richiede un'ampia superficie velica per alimentare efficacemente un veicolo spaziale. L'ACS2 è lungo circa 9 metri (30 piedi) per lato e richiede un sistema di bracci robusto e leggero. (NASA)

ACS3 verrà lanciato con un CubeSat da dodici unità (12U) costruito da NanoAvionics. L'obiettivo principale è dimostrare il dispiegamento del boom, ma il team ACS3 spera anche che la missione dimostri anche che il loro veicolo spaziale a vela solare funziona.

Per cambiare direzione, la navicella inclina le vele. Se il dispiegamento del braccio avrà successo, il team ACS3 spera di eseguire alcune manovre con la navicella spaziale, inclinando le vele e modificando l'orbita della navicella. L’obiettivo è costruire vele più grandi che possano generare più spinta.

“La speranza è che le nuove tecnologie verificate su questo veicolo spaziale ispirino altri a usarle in modi che non abbiamo nemmeno considerato.”

Alan Rhodes, ingegnere capo dei sistemi ACS3, Ames Research Center della NASA

Il design del braccio ACS3 è stato realizzato per superare un problema dei bracci: sono pesanti e sottili oppure leggeri e ingombranti.

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“I bracci tendevano ad essere pesanti e metallici o realizzati in materiale composito leggero con un design voluminoso, nessuno dei quali funziona bene per i piccoli veicoli spaziali di oggi”, ha affermato Keats Wilkie della NASA. Wilke è il ricercatore principale dell'ACS3 presso il Langley Research Center.

“Le vele solari hanno bisogno di boma molto grandi, stabili e leggeri che possano ripiegarsi in modo compatto. I boma di questa vela sono a forma di tubo e possono essere schiacciati e arrotolati come un metro a nastro in un piccolo pacchetto offrendo allo stesso tempo tutti i vantaggi dei materiali compositi, come meno flessioni e flessioni durante i cambiamenti di temperatura.”

ACS3 verrà lanciato dal complesso di lancio 1 di Rocket Lab sull'Isola settentrionale della Nuova Zelanda. (Laboratorio missilistico)

ACS3 sarà lanciato il Elettrone razzo dal complesso di lancio di Rocket Lab in Nuova Zelanda. Si dirigerà verso un'orbita sincrona rispetto al sole a 1.000 km (600 miglia) sopra la Terra.

Una volta arrivata, la navicella srotolerà i bracci e dispiegherà le vele. Ci vorranno circa 25 minuti per dispiegare la vela, con un'area di raccolta dei fotoni di 80 metri quadrati. È molto più grande di LightSail 2, che aveva una superficie velica di 32 metri quadrati o circa 340 piedi quadrati.

Mentre si dispiega, le telecamere sul veicolo spaziale osserveranno e monitoreranno la forma e la simmetria. I dati delle manovre confluiranno nei futuri progetti di vele.

“Sette metri di bracci dispiegabili possono arrotolarsi in una forma che sta nella tua mano”, ha affermato Alan Rhodes, ingegnere di sistema capo della missione presso l'Ames Research Center della NASA. “La speranza è che le nuove tecnologie verificate su questo veicolo spaziale ispirino altri a usarle in modi che non abbiamo nemmeno considerato.”

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ACS3 fa parte del programma Small Spacecraft Technology della NASA. Il programma mira a implementare piccole missioni che dimostrino rapidamente capacità uniche.

Grazie agli esclusivi boma in composito e fibra di carbonio, il sistema ACS3 ha il potenziale per supportare vele grandi fino a 2.000 metri quadrati, o circa 21.500 piedi quadrati. È circa la metà dell'area di un campo da calcio. (O, come lo chiamano erroneamente i nostri amici britannici, un campo da calcio.)

Con vele di grandi dimensioni, i tipi di missioni possono cambiare potenza. Anche se finora le vele solari sono state dei piccoli modelli dimostrativi, il sistema può potenzialmente alimentare alcune serie missioni scientifiche.

“Il Sole continuerà a bruciare per miliardi di anni, quindi abbiamo una fonte illimitata di propulsione. Invece di varare enormi serbatoi di carburante per le missioni future, possiamo varare vele più grandi che utilizzano il “carburante” già disponibile”, ha detto Rhodes.

“Dimostreremo un sistema che utilizza questa abbondante risorsa per compiere i prossimi passi da gigante nell’esplorazione e nella scienza”.

Un brillamento solare come appare nella luce ultravioletta estrema.  Il Sole è una fonte di energia gratuita che non scomparirà presto, ma è anche pericolosa.  Credito: NASA/SFC/SDO
Un brillamento solare come appare nella luce ultravioletta estrema. Il Sole è una fonte di energia gratuita che non scomparirà presto, ma è anche pericolosa. (NASA/SFC/SDO)

I veicoli spaziali a vela solare non hanno la spinta istantanea dei sistemi di propulsione chimica o elettrica. Ma la spinta è costante e non è mai veramente ondulatoria.

Possono fare cose che altri veicoli spaziali faticano a fare, come assumere posizioni uniche che consentano loro di studiare il Sole. Possono fungere da sistemi di allarme precoce per le espulsioni di massa coronale e le tempeste solari, che rappresentano pericoli.

I nuovi bracci compositi hanno anche altre applicazioni. Dal momento che sono così leggeri, resistenti e compatti, potrebbero fungere da struttura strutturale per gli habitat lunari e marziani.

Potrebbero anche essere utilizzati per supportare altre strutture, come i sistemi di comunicazione. Se il sistema funziona, chissà a quali altre applicazioni potrà servire?

“Questa tecnologia stimola l'immaginazione, reinventando l'intera idea di navigazione a vela e applicandola ai viaggi nello spazio”, ha affermato Rudy Aquilina, project manager della missione della vela solare presso la NASA Ames.

“Dimostrare le capacità delle vele solari e dei bracci compositi leggeri è il prossimo passo nell’utilizzo di questa tecnologia per ispirare le missioni future”.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato da Universo oggi. Leggi il articolo originale.