Sonnensegel

LunaSail ist wirklich eine coole Idee. Hätte nie gedacht, dass der Sonnenwind genügt um den Erdorbit zu verlassen. Faszinierend. Wenn das funktioniert könnten ja bald ganze Schwärme von Cubesats Richtung Mond fliegen. Zeit hat man in der Raumfahrt ja genug...

Sehe ich das richtig, dass die einfache Einplatinenrechner nach Vorbild des Raspberry Pi als Bordcomputer verwenden möchten? Auch das ist hochinteressant, denn wenn solche "billige" Hardware über lange Zeit im Weltraum überlebt, dann wird das die Kosten für Satelliten massiv senken.

Wie weit kommt man denn theoretisch von einem niedrigen Orbit nur mit Sonnensegel in sagen wir mal 20 Jahren? Wären auch Missionen die weiter als der Mond gehen denkbar?

Hallo stefang,

LunaSail ist wirklich eine coole Idee. Hätte nie gedacht, dass der Sonnenwind genügt um den Erdorbit zu verlassen.

Das ist erstmal kein grundsätzliches Problem. Ein Sonnensegel bekommt ständig einen Impuls geliefert. Es muss nur so ausgerichtet werden, dass dieser sinnvoll auf die Bewegung einwirkt. Wenn man genug Zeit hat, kommt man zum Mond und weiter ...

Sehe ich das richtig, dass die einfache Einplatinenrechner nach Vorbild des Raspberry Pi als Bordcomputer verwenden möchten? Auch das ist hochinteressant, denn wenn solche "billige" Hardware über lange Zeit im Weltraum überlebt, dann wird das die Kosten für Satelliten massiv senken.

Da sage ich mal (ganz unmutig): Wird sie nicht. Einfache Rechnerelektronik bekommt da oben schnell Probleme ...

Hallo Schillrich,

Das ist erstmal kein grundsätzliches Problem. Ein Sonnensegel bekommt ständig einen Impuls geliefert. Es muss nur so ausgerichtet werden, dass dieser sinnvoll auf die Bewegung einwirkt. Wenn man genug Zeit hat, kommt man zum Mond und weiter ...

Ja soweit ist mir das klar, ich wusste nur nicht dass es genug Schub ist um gegen die Schwerkraft der Erde anzukommen. Aber es geht ja auch nur sehr langsam, wie dieses Bild zeigt:


Das sind ja fast vier Jahre. Deswegen stört mich ja dieser Punkt:

Da sage ich mal (ganz unmutig): Wird sie nicht. Einfache Rechnerelektronik bekommt da oben schnell Probleme ...

Heißt "schnell" schneller als 1023 Tage? Wäre wirklich schade wenn es am Ende daran scheitert.

...
Ja soweit ist mir das klar, ich wusste nur nicht dass es genug Schub ist um gegen die Schwerkraft der Erde anzukommen. Aber es geht ja auch nur sehr langsam, wie dieses Bild zeigt:

Hallo stefang,

der Schub wirkt ja nicht gegen die Schwerkraft. Direkte Hubarbeit in unserem Gravitationsfeld lässt sich mit dem bissel Schub nicht leisten. Stattdessen wirkt der Schub als Impulsänderung des Segels (wenn es passend schräg ausgerichtet ist): es beschleunigt (mehr oder weniger) tangential zum Gravitationsfeld, wird schneller und spiralt nach außen (oder innen, wenn man so bremst).

Okay das habe ich jetzt nur halb verstanden. Auf dem Bild sieht man ja, dass die Flugbahn ziemlich senkrecht nach Oben geht und dann wider Runter fällt, dicht an der Erde vorbei fliegt und dann wieder steil weg. Also wird beim Fallen nach unten gesegelt/beschleunigt und beim Steigen nach oben beschleunigt? Weniger wie eine Schaukel die mit Impulsen arbeitet sondern mehr wie Fahrradfahren in einer hügeligen Gegend?

Hallo stefang,

kannst du mir bitte den Kontext des Bilds geben? Dort steht erstmal nichts von einem Sonnensegel, sondern von "Lunar Capture" und "Quasi Capture". Das hört sich für mich erstmal nach einem "low energy transfer" entlang einer "weak stability boundary" in einem Mehrkörpersystem an.

Ich hab das Bild von der Kickstarter-Seite von Lunarsail. Ich bin davon ausgegangen, dass das mit Sonnensegel berechnet wurde. Aus dem Text geht das aber nicht eindeutig so hervor.

Habe das Paper gefunden, in dem das Bild vorkommt:

HIGH AREA-TO-MASS RATIO HYBRID PROPULSION EARTH TO MOON TRANSFERS IN THE CR3BP

Dort wird die optimale Flugroute von einem kleinem Raumschiff, das sowohl mit einem kleinen chemischen Triebwerk als auch mit einem Sonnensegel ausgestattet ist, gesucht. Optimiert wird auf einen möglichst geringen deltaV-Bedarf für das Triebwerk.

In der Grafik ist dabei nur der Teil der Trajektorie abgebildet, der von einem hohen Erdorbit  mit Perigäum auf Höhe des GEO in den Mondorbit geht. Es wird vereinfacht davon ausgegangen, dass das Raumschiff im GTO ausgesetzt wurde und sich davor mit konstantem Schub hochspiraliert. Das Bezugsystem der Grafik ist x-Achse = Achse Erde - Mond, y-Achse senkrecht darauf und Ursprung = gemeinsamer Schwerpunkt Erde - Mond. Das Koordinatensystem rotiert also mit Erde und Mond mit. Rote Punkte markieren die Zündungen des Triebwerks.

@wulf21
Danke, da warst du kurz vor mir an der Quelle angelangt .

@stefang
Wo passen Bild und meine vorherigen Worte zur Beschleunigung noch nicht zusammen? Das mit dem Radfahrer auf hügeliger Strecke stimmt grundsätzlich. Auch er tauscht ständig potentielle und kinetische Energie zwischen Gipfeln (Apozentrum) und Senken (Perizentrum) aus, wie ein Satellit auf einem elliptischen (Kepler-)Orbit. Durch den Solardruck beschleunigt er zusätzlich immer weiter, gewinnt Energie/Impuls und verändert dabei seine Bahngeometrie (der Radfahrer hingegen kann durch Beschleunigen nicht Topologie der Landschaft beeinflussen).

Hallo,
demnächst soll zur Erforschung neuer Materialien ein Experiment auf der ISS durchgeführt werden. Es heißt "EXHAM-Solar Sail" und soll im Rahmen der Missionsnummern 41/42 durchgeführt werden. Ob es noch im Missionszeitraum von Alexander Gerst durchgeführt wird kann ich nicht finden.
Das Experiment wurde von der JAXA entwickelt und wird dann auch durch sie betreut. Untersucht wird, wie sich die Strahlung im Weltraum auf dünnschichtlige Solarzellen bzw. andere dünnschichtige Materialien/Bauteile auswirkt. Die Ergebnisse könnten auch für die zukünftgen Sonnensegel ausschlaggebend sein.
Link: http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1274.html
VG, firelion
P.S.: Der Link ist bestimmt wieder kaputt, da brauche ich nochmal etwas Hilfe, wie das dann mit diesen Links funktioniert in denen Begriffe wie ESA und NASA usw. vorkommen.

Habe dieses Video hier leider noch nicht entdecken können und weiß auch nicht um welche Arbeitsgruppe oder Firma es sich dabei handelt. Es zeigt die Entfaltung eines kleinen Sonnensegels bei einem Cubesat während eines Parabelflugs.

Das Video ist in diesen Artikel eingebettet: http://www.space.com/27306-space-business-startup-first-person.html
Auf Youtube existiert es nicht, dafür aber ein anderes Video aus 2011 (wohl gleicher Flug):

Waren das Vorarbeiten zu LightSail?

Toll zu sehen: Drehimpuserhaltung ... am Anfang alles in Ruhe ... am Ende alles in Ruhe ... zwischendurch heftige Rotationen.

Also das ist im Verhältnis schon eine schöne Fläche. Man muß ja immer sehen - Entfaltungszuverlässigkeit umgekehrt proportional Quadratmeter. Wenn das dann mal noch Spiegelfolie ist....

Hallo

Die Mission LightSail-1 soll am 6. Mai Huckepack mit "AFSPC 5" der U.S. Air Force auf einer Atlas 501 Rakete gestartet werden.

Es ist ein erster Technologietest zum Ausprobieren des Segels. Um "richtig" zu segeln ist der geplante Orbit zu niedrig.


http://sail.planetary.org/

http://spacenews.com/planetary-society-sets-may-launch-for-solar-sail-experiment/

viele Grüße
Steffen

Guten Tag

Der "untere" Arm (nach Entfaltung) hinkt beim Entfalten aber schwer hinterher. Berührt sogar den folgenden Arm. Ob das nur ein Problem ist das gar keines ist, weil es nur mit dem Modell zusammenhängt? Da müßte man warscheinlich den Aufbau des Modells kennen. Ergäbe das in großer Ausführung Schwierigkeiten? Ich vermute schon, das eine recht symmetrische Entfaltung gewünscht war. Aber es geht recht schnell, das wäre in "groß" sicher nicht der Fall.

Man wird nochmal erinnert - natürlich auf die echt lustige anerikanische Art 

http://support.planetary.org/site/MessageViewer?dlv_id=13682&em_id=9181.0

Hallo

Hier gibt es einen Zeitplan für das Lightsail-Experiment, dass am 6.Mai zusammen mit der X-37B Mission starten soll.

http://www.planetary.org/blogs/jason-davis/2015/20150330-your-first-timeline-of-events.html


viele Grüße
Steffen

Electric Sail Antrieb 2025 verfügbar?

Siehe hier.

Wirklich interessant, dieser neue Antrieb, bis zu 150 km/s sollen drin sein. 10-20 Kabel mit bis zu 20km Länge sollen die geladenen Teilchen des Sonnenwinds für den Vortrieb nutzen, gespannt wohl durch Drehung.

Problematisch könnte sein, dass die Kabel mit Hochspannung positiv geladen werden müssen. Dazu braucht es eine Stromversorgung, die natürlich ein gewisses Gewicht hat - und solche "Segelschiffe" müssen Leichtgewichte sein.

Ist nicht so ganz neu: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=3308.msg25697#msg25697

2008 kam die Idee schon mal vor. Der Sonnenwind hat aber eine deutlich höhere Impulsdichte.

So ein Electric-Sail wäre wahrscheinlich besser steuerbar, indem man einzelne Zonen des Segels "abschalten" kann. Bei Sonnensegeln muss man stattdessen die Reflexion "variieren".

Hallo Zusammen,

das LightSail-A wird durch NASA Elana zusammen mit dem ULTRASat, ein NPSCuL ins All befördert. Anscheinend wird dadurch ULA vom Zwischenhandel ausgeschaltet.

LightSail-A applied through NASA ELaNa, which found the ride on ULTRASat, an NPSCuL. So ULA is cutting out the middleman, it would seem?

Quelle:
http://twitter.com/jasonrdavis/status/667389784789139456

Mit den besten Grüßen
Gertrud

Das Lightsail-2-Sonnensegel der Planetary Society hat am 28. Januar 2016 erfolgreich seinen ersten Deployment-Test am Boden bestanden.
http://www.planetary.org/blogs/jason-davis/2016/20160129-lightsail-b-sail-deployment.html


      Bild: Justin Foley / Cal Poly / The Planetary Society

Das entfaltete Segel hat eine Fläche von 32 m² (5,7 m x 5,7 m) und wird von einem CubeSat aufgespannt:


       Bild: Justin Foley / Cal Poly / The Planetary Society

    Gruss    HHg

Die Stromversorgung geschieht offensichtlich noch konventionell mittels der 4 aufgeklappten PV-Module. Das ist mit einem Cubesat noch nicht anders machbar.

Aber es wird Zeit, große "Solarelektrische Segel (SeS)" zu entwickeln (der "Ikaros" der JAXA war ein erster Test mit wenigen qm aktiver Fläche), um endlich auch eine ausreichende Stromversorgung für elektrische Antriebe und Instrumente im mittleren Systembereich (bis ca. zur Saturnbahn) zu erreichen.

Man würde dann endlich von diesen plumpen und massereichen "Solarauslegern" weg kommen und die Sonde würde nur eine beschichtete Folie ausbreiten, die einerseits den Sonnenwind zum Segeln nutzt, andererseits den elektrischen Strom für ein Triebwerk und die Instrumentierung erzeugt.

Dazu kommt eine sehr filigrane Trägerstruktur, die gleichzeitig als elektrischer Leiter dient.

Robert

Hallo Robert ,

so ganz konventionell sind die hier gezeigten Solar Panels nicht: auf dem Bild sieht man, dass bei den ausgeklappten Auslegern die Vorder- und die Rückseite mit Solarzellen belegt sind - so kann man auf der Vorderseite die direkte Sonneneinstrahlung und auf der Rückseite die vom SolarSail reflektierte Sonneneinstrahlung nutzen (der Neigungswinkel der Panels muss hierfür natürlich optimiert werden).
 Folien-Solarzellenausleger werden auch schon genutzt, zB hatte PHOENIX auf dem Mars solche rosettenförmigen Ultra-Lightweight Panels (wie auch aktuell InSight), und auch auf der ISS wurden schon solche Folienarrays aus- und wieder eingerollt.
Auch die Flussdichte des Sonnenwinds fällt mit 1/r² ab, genau wie die Intensität der Sonneneinstrahlung - weiter draußen im Sonnensystem hat man also (leider) mit beiden Konzepten Probleme...

       Gruss  HHg

"auf dem Bild sieht man, dass bei den ausgeklappten Auslegern die Vorder- und die Rückseite mit Solarzellen belegt sind"

Das ist offensichtlich aber ich bezeichne das trotzdem als konventionell. Die PV-Module sind relativ steil angestellt, da die Solarstrahlung beim Betrieb schräg auf das Segel trifft. Denn mit einer "Vorwindstellung", also quer zur Einstrahlung ist das Teil nicht lenkbar.

Beim Phönix-Lander sieht es so aus, als wenn die Solarwafer (dünne Einkristall-Scheibchen) auf eine Folie aufgeklebt sind. Dies dient der Verbesserung des Leistungsgewichtes, ist aber prinzipiell keine neue Technologie.

Ich meine hier eine Beschichtung der Folie mit solaraktivem Material, bspw. hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Organische_Solarzelle

Die Gesamtmasse des Ikaros-Segels lag bei ca. 2 kg mit einer Größe von etwa 170 qm, eine zusätzliche Beschichtung mit solaraktivem Material bedeutet demnach eine zusätzliche Masse von ca. 1 kg. Damit kann eine elektrische Leistung von über 25 kW auf der Höhe der Erdbahn erzeugt werden, am Rand unseres Systems (Uranus) würde dieses kleine Experimentalsegel immerhin noch rund 100 W liefern. Und das ist ja nur der erste Anfang dieser Technologie. Es spricht nichts dagegen, große SeS zu bauen, mit einem Durchmesser von 50 oder mehr Metern, die auch im äußeren System genug Energie für einen elektrischen Antrieb erzeugen können.

Bei Jaxa steht hier:

Next plan:
 get the larger view
Future Solar Power Sail Demonstrator planned in the late 2010s will involve a large sized solar power sail with a diameter of 50m, and will have integrated ion-propulsion engines. The destinations of the spacecraft will be Jupiter and the Trojan asteroids. Though Solar sail missions are also being studied in the United States and in European countries, Japan will lead future solar system exploration using solar power sails with continuing this kind of mission.And, our missions will lead to lower cost in the solar cells market, whose growth is a key factor for global warming prevention. Those low-cost solar cells are also the foundation of future solar power satellite systems.


Es ist also geplant in den späten 2010ern ein "Powersail" von 50 m Durchmesser Richtung Jupiter bzw. dessen Trojaner zu schicken, ausgestattet mit einem Ionenantrieb. Und es wird betont, dass Japan auf diesem Gebiet führend ist/weiterhin sein soll.

Robert