LightSail: CubeSat propulso da vele solari

Lightsail è un progetto gestito dalla più grande organizzazione no-profit per l’esplorazione dello spazio: The Planetary Society.
Fondata da alcuni importanti scienziati dello scorso secolo, tra cui Carl Sagan, si dedica all’esplorazione del sistema solare, studio dei Near-Earth Objects e alla ricerca di vita extraterrestre.

Vele solari: come funzionano?

Le vele solari sfruttano la pressione solare esercitata dal continuo flusso di fotoni. Al contrario di come si potrebbe pensare, non è il vento solare che spinge il satellite. Infatti,  solo una piccola parte dei “pacchetti” di energia viene assorbita, il contributo maggiore deriva dalla loro riflessione.
Sebbene la massa dei fotoni sia praticamente nulla, ciò non vale per il loro momento. Una vela solare, costruita con materiali riflettenti come il Mylar (una resina termo plastica), riesce a catturare tale momento riflettendo i fotoni stessi.

Parametri importanti per il dimensionamento di una vela solare risultano essere la distanza media dal sole e l’assetto satellite durante la missione.
Le vele solari, per ottenere il massimo valore di spinta, devono infatti essere tenute in direzione perpendicolare a quella di propagazione dei raggi solari. Inoltre i valori di spinta crollano già ad un angolo di incidenza maggiore di 60° (invece dei 90° come ci si aspetterebbe da una vela ideale).
Il carico alare esercitato sulla vela risulta un altro parametro critico: minore è il carico, maggiore è l’accelerazione che può essere fornita al satellite.

Cosa sono e perché utilizzare i CubeSat?

I CubeSat stanno velocemente rivoluzionando il mercato satellitare, abbattendone i prezzi di lancio e costruzione, spesso vengono lanciati in serie come payload secondari.
Questi mini satelliti hanno forma cubica, con un volume inferiore al decimetro cubo, e peso inferiore a 1.3 chili.
Il modello CubeSat è stato sviluppato a partire dai primi anni ‘2000 dalla Università Politecnica della California e l’Università di Stanford.

La standardizzazione del modello e dell’interfaccia con il lanciatore per l’installazione del payload hanno abbassato il costo di fabbricazione e lancio a poche decine di migliaia di euro.
Lo standard di CubeSat è definito 1U (ovvero 10x10x10 cm); analogamente è possibile costruirne di diverse dimensioni modificando una sola delle tre dimensioni (ad esempio: 2U, 3U, 1.5U).

La relativa semplicità costruttiva ed il prezzo decisamente più accessibile hanno reso fattibile la diffusione di progetti CubeSat tra team di diverse Università.
Anche l’Italia fa parte di questo network internazionale: nel 2012 è stato lanciato, a bordo del volo inaugurale del lanciatore Vega, il mini satellite e-st@r, costruito e progettato dal Politecnico di Torino.

LightSail 2

LightSail, probabilmente il progetto di più alto profilo dell’organizzazione The Planetary Society è iniziato nel 2005 con il lancio di Cosmos 1, fallito a causa di un avaria del lanciatore russo Volna.
Seguì LightSail 1 nel 2015: la missione fu un successo e durò appena una settimana. La differenza, rispetto alla precedente fu l’utilizzo di un CubeSat.

LightSail 2 è stato lanciato il 25 Giugno 2019, come payload secondario a bordo in un Falcon Heavy. Esso rappresenta il primo satellite in orbita terrestre propulso unicamente dalla radiazione solare.
Sette giorni dopo essere stato inserito in un’orbita circolare, a 720 chilometri di quota e con inclinazione di 24°, il CubeSat è stato rilasciato da Prox-1 che ha funto da contenitore per la prima fase della missione.
Una volta espulso, LightSail 2 ha iniziato l’apertura della vela solare, durata poco più di 24 ore ed avvenuta correttamente il 23 Luglio.
Le seguenti 3 immagini mostrano le altrettante fasi di apertura della vela solare. Sono inoltre presenti numerose caratteristiche tecniche.

La missione ha come obiettivo quello di riuscire ad incrementare la quota di apogeo dell’orbita unicamente attraverso la propulsione solare, durante il corso di questa missione (si stima di durata annuale).
Questo esperimento potrebbe gettare le basi per lo sviluppo di sistemi propulsivi che non richiedano l’utilizzo di parti meccaniche ma, soprattutto, non necessitino di carburante.
E’ inoltre disponibile una pagina web dedicata al centro missione di LightSail 2, dove è possibile tracciare il satellite e monitorarne i parametri vitali.

In fondo la missione ultima, nonché slogan, dell’organizzazione The Planetary Society è:

To empower the world’s citizens to advance space science and exploration