Das war alles ziemlich verkürzt dargestellt, hier die Langversion:
Wenn Lightsail-2 im Erdorbit auf die Sonne zu fliegt, wird es parallel zur Einstrahlungsrichtung gestellt. Beim Rückweg, wenn die Sonne von hinten scheint, wird es um 90° umgeklappt und steht dann quer zur solaren Strahlung, wodurch es in Flugrichtung beschleunigt wird.
Dieses Umklappen wird durch ein Reaktionsrad erzeugt, das beim Hochfahren einen entgegengesetzten Drehimpuls auf die Sonde bewirkt. Wenn die Sensoren melden, dass die Sonde optimal ausgerichtet ist, wird das Reaktionsrad in die entgegengesetzte Richtung beschleunugt und die Drehbewegung des Segels wird dadurch gestoppt. Im Idealfall wechselt das Segel also bei jedem Umlauf die Ausrichtung einmal von 0° zu 90° und zurück zu 0°.
Die Sensoren der Sonde bestehen aus 3 Magnetfeldsensoren (Magnetometern), die die Orientierung der Sonde im Erdmagnetfeld anzeigen und einem Sonnensensor, der die Richtung zur Sonne bestimmt.Die
rote Linie in dem Diagramm zeigt den optimalen Verlauf, der durch das Reaktionsrad erzeugt werden sollte, also das Umklappen jeweils nach einem halben Orbit.
In der
schwarzen Linie sieht man die echten Daten, die über mehrere Orbits ca. 5 Tage nach Beginn der Mission registriert wurden. Diese Daten wurden nachträglich aus den Magnetometern ausgelesen, und sie haben mit der optimalen Ausrichtung des Segels offensichtlich nicht viel zu tun. Man sieht, dass die Sonde ziemlich wild zwischen 10° und 140° pendelt.
Das Team hat also einige Updates an LS.-2 gesendet. Unter anderem wurden die Drehzahländerungen des Reaktionsrades verlangsamt, damit die Software für die Lageregelung mehr Zeit hat, um auf die Sensordaten zu reagieren und sich wieder korrekt auszurichten.
Da die Sonde keine Triebwerke besitzt, wird die Ausrichtung durch Magnetspulen erzeugt, die durch Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld eine Lageänderung erzeugen:
https://de.wikipedia.org/wiki/MagnettorquerEin weiteres Problem entstand dadurch, dass das Reaktionsrad nach den Schwenks nicht wieder auf die Drehzahl "null" zurückkehrte, sondern weiterhin drehte, was vermutlich an der leichten Taumelbewegung der Sonde lag. Da das Rad aber bei jeder 90°-Drehung bis zur maximalen Drehzahl beschleunigt wird, musste es mehmals am Tag wieder entsättigt (gestoppt) werden, um das Drehmoment für den nächsten Schwenk erzeugen zu können.
Das Entsättigen benötigt aber eine Gegenkraft, die von den Magnettorquern erzeugt wird, wodurch es wiederum zum Taumeln der Sonde kam. Man hat jetzt diesen Vorgang in die Phase gelegt, in der die Sonde durch den Erdschatten fliegt. Das hat den Vorteil, dass das Segel dabei antriebslos fliegt, also keine negativen Auswirkungen durch ein falsch ausgerichtetes Segel entstehen. Andererseits muss die Energie für das Manöver dann ausschließlich aus den Akkus gesaugt werden.
Auf der Erde konnte man das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten nicht testen. Dazu hätte man eine Vakuumkammer mit einer Abschirmung gegen das Erdmagnetfeld und der Erzeugung von einem internen gerichteten homogenen Magnetfeld benötigt, in der die Sonde reibungsfrei gelagert wäre. Und das war bei den 7 Mio $ Entwicklungskosten nicht drin.
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Übrigens sollte die Primärmission nur einen Monat dauern und es wurde damit gerechnet, dass das Solarsegel durch die Luftreibung nach etwa einem Jahr so stark abgebremst wäre, dass es in die Atmosphäre eintaucht.