IKAROS

Hi,

für alle IKAROS-Fans gibt es auf der JAXA-Seite zwei neue Hintergrundbilder für den Desktop in verschiedenen Größen.
http://www.jaxa.jp/countdown/f17/special/craft_e.html

Quelle: JAXA

Hallo tul,
 ...
Ob da ein Sonnensegel einen Vorteil bei Nutzlast und Reisezeit bringt?

Also 100% überzeugt bin ich auch nicht. Allerdings hat Juno eine Startmasse von 3,625 Tonnen und startet mit einer Atlas V 551, die ist stärker als die japanische H-IIB. Also muss die angedachte japanische Jupitermission bereits leichter werden. Ich weiß jetzt nicht wieviel von den 3,625 Tonnen Treibstoff ist, aber angenommen man könnte so eine Mission auf 1 bis 1,2 Tonnen runter bringen, hätte das was den Start angeht einige Vorteile. Allerdings verfügt Japan "nur" über die H-IIA/B. Wenn man sowieso in der Leistungsklasse startet, entfällt natürlich die Notwendigkeit mit dem Gewicht soweit runter zu gehen.

Fast vergessen. Die Jupitermission soll auch noch einen Vorbeiflug an einem Trojaner schaffen. Dafür muss man ja die Umlaufbahn des Jupiter wieder verlassen. Von daher ... .

Die Grafik von vor ein paar Tagen zeigt tatsächlich die bereinigte Beschleunigung. Zuvor hat man nämlich einen konstanten Bereich. Dann (unter der geschweiften Klammer) wurde das Sonnensegel entfaltet und die Beschleunigung setzt deutlich messbar ein.

Übrigens dürfte es sich bei der Beschleunigung nicht um eine Geschwindigkeitszunahme handeln. Vielmehr wird die Sonde durch den "Gegenschub" gebremst.

Hallo Günther,

wissen wir denn, ob sie bremst?

Ist doch eigentlich logisch: Ikaros ist auf dem Weg ins innere Sonnensystem (Venus). Der Strahlungsdruck wirkt nach außen, so dass die Bewegung nach innen abgebremst wird.

So logisch ist das nicht. Je nachdem, wie das Segel zur Sonne gerichtet ist, ensteht ein bremsender oder beschleunigender Impulsvekor.

Hast auch wieder Recht. Ich habe jetzt einfach an eine senkrechte Ausrichtung zur Strahlung gedacht, weil man dabei den größten Effekt hat, den man nachweisen kann.

Um es mal mit "ASCII-Art" schnell darzustellen:

      /      \
<--  /        \ -->
    /          \
   /            \

    ^^^^    ^^^^
    ||||    ||||
    ||||    ||||


Das Licht kommt von unten, und je nach Ausrichtung erfolgt die Impulsänderung nach links oder rechts.

Und ich dachte an diese Ausrichtung:
   ^
   |
_______

^^^^^^
||||||Licht kommt von unten, Kraftwirkung in Strahlungsrichtung (also nach oben)
Weiß jemand, welche Richtung stimmt?

Im Blog stehen in den letzten Tagen positive Sonnenwinkel zwischen 15° und 20°.

Leider kenne ich das Koordinatensystem nicht, was also "positiv" hier heißt.

Ok,

meine Vermutung/Bewertung:

Der Sonnenwinkel gibt in einem rechtshändigen System in IKAROS an, unter welchem Winkel zur Drehachse von IKAROS die Sonne zu sehen ist. 0° ist dann der von websquid skizzierte Fall, wenn die Sonne auf der Nulllinie liegt. Positive Werte deuten in einem rechtshändigen/rechtsdrehenden System auf eine Sonnenposition rechts links der Nulllinie, negative Werte auf eine Lage links rechts davon. Damit sollte die Sonne tatsächlich gerade bremsen.

EDIT:
Musste gerade das Wording korrigieren  

Ich vermute, 0° wäre direkt auf die Sonne gerichtet. Immerhin befinden sich die Solarzellen sowohl auf dem Sondenkörper als auch auf dem Sonnensegel nur auf einer Seite. Die sollte also im Wesentlichen zur Sonne zeigen. Es gibt also einen Winkel. Und je nachdem, wird gebremst oder beschleunigt.

Leider habe ich zum Koordinatensystem auch nichts gefunden.

Zum Koordinatensystem habe ich das hier:



Das entspricht eigentlich meinen obigen Worten. Wenn die Sonne links von der Nulllinie ist, haben wir einen positiven Winkel. In dieser Konfiguration wird dann gebremst.

Ich habe mir noch mal Gedanken zur Steuerung der Rollrate von Ikaros gemacht. Grundlegend sollte es mit den wechselnd diffus/gerichtet reflektierenden Flächen so gehen:



Oben ist eine Draufsicht auf das Segel dargestellt. Von "unten" kommt das Licht. Die linke Steuerfläche reflektiert gerichtet, die rechte diffus.
Unten sind Reflexion und Kräfte beider Seiten qualitativ in einer Seitenansicht dargestellt.


Gerichtete Reflexion (links)
Hier gilt für die Reflexion gegenüber dem Segel Einfallswinkel = Ausfallswinkel für das einfallende Licht (gelb) und das ausfallende Licht (blau). Die Impulsänderung des Lichts geschieht senkrecht zum Segel, so dass auch die Impulsänderung/Kraft auf das Segel senkrecht wirkt (rot).

Diffuse Reflexion (rechts)
Hier gilt für die Reflexion, dass die Hauptkomponente des ausfallenden Lichts (blau) senkrecht zum Segel reflektiert wird, unabhängig vom Winkel des einfallenden Lichts (gelb). Da sich die Impulse der Streukomponenten (nicht dargestellt) aufheben, fällt der Impuls des ausfallenden Lichts auch geringer aus (kürzer). Richtung und Betrag der Impulsänderung des Lichts sind jetzt ein Mittel zwischen den ein- und ausfallenden Vektoren. Die Impulsänderung/Kraft auf das Segel ist jetzt gegenüber dem Segel geneigt und erzeugt eine Tangentialkomponente entlang das Segels.

In der Summe ergibt sich im oberen Bild durch diese Tangentialkomponente auf der rechten/diffusen Seite eine positives Drehmoment um die x-Achse und lässt das Segel oben nach rechts rotieren.



Man sieht auch, dass man die Drehrate so nicht unabhängig von Neigung und Beschleunigung des Segels steuern kann. Insgesamt ist dieses "Zusammenspiel" schwierig(er) zu kontrollieren. Es besteht auch die Gefahr, dass man in einen Zustand driftet, wo man die Kontrolle über einen oder mehrere Parameter verliert, ihn also so nicht mehr "einfangen" und zurückregeln kann, weil dann die anderen Lageparameter außer Kontrolle geraten würden. Ohne ein zweites "klassisches" Lagekontrollsystem mit entkoppelten Komponenten/Steuerparametern wird man komplett nicht auskommen.

Mittlerweile hat man die Steuerung erfolgreich erprobt. Sie wurde bereits am 13. aktiviert und das Resultat ist hier im Portal nachzulesen: http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/29072010190759.shtml.

Die Ausrichtung ändert sich mit etwa 0,2 Grad pro Tag!

Wenn die Sonne links von der Nulllinie ist, haben wir einen positiven Winkel. In dieser Konfiguration wird dann gebremst.

Eigentlich ist das auch naheliegend: Man will ja zur Venus, also auf eine im Bezug zur Erde niedrigere Bahn um die Sonne.

Die Wirkung des Sonnensegels ist minimal. Man wäre auch so auf einer Flugbahn zur Venus, immerhin ist man mit Akatsuki zusammen gestartet.

Aus der Portalmeldung: "Zum zweiten gerieten Sonnensegel und Sonde durch die ständig wechselnden Kräfte und die nachfolgende Ausrichtung des Sondenkörpers nicht in Vibration. Die Kräfte sind allerdings sehr gering und liegen im Bereich einiger Mikronewton. Wie die JAXA betonte, wurde weltweit erstmals ein derartiges Verfahren zur Steuerung einer Sonde eingesetzt."

WELTWEIT ist gut - besser wäre: "im gesamten Universum" :-)

Grüsse

Wilhelm

@wilhelm
...da gehst du aber von einer sehr zentralistischen sichtweise aus...

Hat die JAXA mit IKAROS eigentlich noch etwas vor?

Die primäre Mission wurde ja erfüllt und IKAROS wird einen Sonnenorbit erreichen. Könnte man die Sonde eventuell benutzen um das äußere Sonnensystem anzufliegen? Mit ein paar Jahren Beschleunigung und Flybys an der Sonne und Venus könnte man doch einige Geschwindigkeit aufbauen, oder?

Ergänzungsfrage: Wie nah könnte IKAROS an die Sonne heran gesteuert werden, bevor die Temperaturen wichtige Funktionen der Sonde beeinträchtigen?

Die Frage für einen Flug nach außen wäre auch, ob die Elektrik dann noch ausreichend Leistung liefert. Ich könnte mir vorstellen, dass die Sonde nicht auf einen zu großen Bereich ausgelegt ist ... Mars and beyond ...

Auch wenn die Energieversorgung ein Problem ist, könnte es doch interessant sein, ein wenig rumzuexperimentieren. Wie verhält sich ein Sonnensegel in der Praxis in großer Sonnennähe und wie weit entfernt? Welche Geschwindigkeiten kann man erreichen? Auch wenn irgendwann keine Energie mehr für Kommunikation oder Segelausrichtung bereit stünde, könnte man die Sonde noch lange im äußeren Sonnensystem verfolgen und Daten über die Flugbahn sammeln. Kostet ja praktisch nichts...

Die Kraft, die gegenwärtig auf Ikaros wirkt, liegt bei etwa 2 mN. An einem Tag könnte man damit eine Geschwindigkeitsänderung von knapp 1 m/s erreichen, wenn man auf direktem Wege weg von der Sonne flöge. Je weiter man allerdings von ihr wegkommt, umso mehr lässt der Strahlungsdruck nach.

Leider hört und liest man nichts mehr von der kleinen Sonde.

Ich denke für echte, effektives Manövrieren ist IKAROS zu klein.

Hallo Zusammen,

hier habe ich Links gefunden
in denen auch neue Nachrichten von IKAROS zu lesen sind.
Der letzte Eintrag ist vom 27.11.2010.
Wenn ich es richtig verstehe ?
soll IKAROS wieder autonom fliegen,
da anscheinend in der anstehenden Arbeit mit Akatsuki fast keine Möglichkeit zur  Kommunikation besteht.?
Sie überprüfen alle Einstellungen sehr sorgfältig.

die Daten aus der Meldung:

Das Ikaros 11/27
Solar Entfernung: 0.72AU
Erde Entfernung: 52639818km, RA =- 151,3 °, 10,2 ° Deklination =-
Venus Entfernung: 0.02AU
Haltung: Spin-Rate = 2.3rpm, Sonne Winkel = 15.6deg

Quelle:
Der IKAROS -Blog
http://www.isas.jaxa.jp/home/IKAROS-blog/index.php?itemid=781



am Tag zuvor sind folgende Werte zu lesen....

Das Ikaros 11/26
Solar Entfernung: 0.73AU
Erde Entfernung: 51503126km, RA =- 151,5 °, 10,2 ° Deklination =-
Venus Entfernung: 0.02AU
Haltung: Spin-Rate = 1.7rpm, Sonne Winkel = 17.9deg

Quelle:
http://www.isas.jaxa.jp/home/IKAROS-blog/index.php?itemid=780


http://www.jspec.jaxa.jp/ikaros_channel/e/index.html

http://twitter.com/ikaroskun

ein Link  mit zwei Bildern  hinzugefügt:
http://www.nec.co.jp/ad/cosmos/akatsuki/orbit.html


vielleicht konnte ich Euch etwas weiter damit helfen...
und Euch fällt das Übersetzen bestimmt leichter...

Gertrud