Lightsail2 incrementa l’apogeo con la sua vela solare

Aggiornamento: l’articolo è stato aggiornato dopo la pubblicazione; una spiegazione dettagliata è stata aggiunta alla fine dell’articolo.

Si può definire un successo l’esperimento svolto in orbita usando la pressione di radiazione della luce solare per spingere un satellite, e il team di LightSail può ritenersi soddisfatto. Dopo 10 anni di studi e 7 milioni di dollari di investimento, questo piccolo CubeSat è riuscito a eseguire una manovra di innalzamento dell’orbita solo concentrando l’impulso della radiazione solare nella sua grande vela.

A organizzare l’esperimento è stata la Planetary Society, un’organizzazione no-profit statunitense attiva da quasi 40 anni nella divulgazione nel campo dell’astronautica e dell’astronomia. L’esperimento è volto a dimostrare la fattibilità dell’uso di propulsione fotonica per piccoli satelliti. Il piccolo CubeSat, infatti, utilizza solamente la pressione di radiazione solare come propulsione, un concetto preso dalla teoria della relatività che sancisce che la luce trasporta oltre all’energia anche una piccola quantità di moto. Un corpo con una superficie molto ampia, ma una massa molto bassa, permette di esaltare l’effetto tanto da renderlo misurabile.

L’idea non è del tutto nuova, già precedentemente si era usata la pressione di radiazione solare per manovrare alcune sonde nel sistema solare interno, dove la radiazione è più intensa. Il primo caso in assoluto si è avuto con la sonda MESSENGER, nel 2008, durante il suo viaggio verso Mercurio. Prima di effettuare una manovra di fionda gravitazionale col piccolo pianeta, si decise di orientare i pannelli solari in modo da correggere con precisione la traiettoria e portare la sonda esattamente dove voleva il team della NASA. Un leggero errore della posizione sarebbe stato amplificato massicciamente dopo la manovra di fionda gravitazionale e i propulsori di bordo non avevano la precisione necessaria. Il cambio di assetto per il periodo necessario ha permesso alla luce del sole di spostare leggermente, ma quanto basta, la sonda dalla sua traiettoria per effettuare un passaggio ravvicinato da cento e lode.

Invece nel 2010 è stata la volta di IKAROS, la prima sonda spaziale interamente progettata per funzionare solamente con la pressione solare. Aveva una vela di 196 m² e una massa di 315 kg. Ha viaggiato verso Venere correggendo la sua rotta solo per mezzo della vela, con successo, raggiungendo il pianeta dopo 5 mesi e mezzo. La missione secondaria è poi proseguita a tratti per altri 5 anni, con qualche periodo di silenzio radio per problemi di mantenimento dell’assetto.

Planetary Society aveva provato ben prima a lanciare un dimostratore di questa tecnologia, nel 2005, con il satellite Cosmos 1, ma un problema al razzo ha compromesso il raggiungimento dell’orbita di esercizio e l’esperimento è fallito. Non dandosi per vinta, nel 2015 ci ha riprovato con LightSail 1, a bordo come carico secondario di un Atalas V che portava un nuovo X-37B in un’orbita dove tuttavia la pressione di radiazione solare era minore del seppur tenue attrito atmosferico. A causa dell’orbita, l’obiettivo era solo di riuscire a dispiegare correttamente la vela solare, che non è stato affatto facile, e dopo ben due volte che si sono persi i contatti col satellite, il team è finalmente riuscito nella sua impresa.

Nel 2019 si può annoverare un nuovo record. Il 25 giugno viene lanciato con successo LightSail 2, come carico secondario del volo STP-2 del Falcon Heavy, in un’orbita decisamente più alta, a 700 km di quota. Il 23 luglio il CubeSat dispiega la vela ed effettua rotazioni di 90° ogni 50 minuti per cogliere il miglio angolo di incidenza della luce, come una barca che orza o poggia al vento. L’accelerazione è quasi impercettibile a ogni orbita, ma dopo una settimana di navigazione l’apogeo ha guadagnato 1,7 km di quota. Per il team è un successo indescrivibile, hanno dimostrato dopo tanti anni la fattibilità della navigazione solare di satelliti piccoli. A differenza di IKAROS, infatti, questo satellite aveva solo 32 m² di vela e un peso totale inferiore ai 5 kg.

Il successo dell’esperimento spiana la strada a una moltitudine di altre missioni, abbattendo decisamente i costi grazie al carico ridotto. Una prima missione operativa della NASA che sfrutta questa tecnologia potrebbe già arrivare entro un anno come carico secondario della missione Artemis 1, che rilascerà dei CubeSat in orbita eliocentrica dopo aver superato la Luna; tra questi ci sarà anche NEA Scout, un satellite di 14 kg e 86 m² di superficie della vela destinato all’esplorazione degli asteroidi Near-Earth. L’obiettivo potrebbe cambiare a seconda della data del lancio, uno dei target potenziali è 1991 VG, un oggetto molto piccolo, di una decina di metri, che visita periodicamente la Terra, e che potrebbe impattare (senza rischi per l’uomo) con il nostro pianeta se ironicamente il vento solare o la pressione di radiazione perturbassero leggermente la sua orbita.

Aggiornamento: il riferimento al vento solare, precedentemente indicato nel titolo e nell’articolo, è stato discusso dalla redazione, e poi rimosso.
La definizione di “vento solare” si riferisce a particelle cariche (protoni o ioni di elementi) emesse e accelerate dal sole. La pressione di radiazione è invece conseguenza dello scambio di quantità di moto tra una superficie e il campo elettromagnetico.
Sebbene entrambi i fenomeni esercitino una pressione calcolabile e talvolta misurabile, la pressione di radiazione è tra le 1500 e le 3000 volte più forte della pressione indotta dal vento solare (a una distanza dal Sole di una unità astronomica, secondo i numeri indicati dagli articoli Wikipedia sui due fenomeni: Radiation pressure, Solar wind).

Fonte: Planetary Society