Od rozpoczęcia misji Japońskiej Agencji Kosmicznej (JAXA) IKAROS minęły ponad trzy lata. IKAROS to bardzo nowatorski projekt żagla kosmicznego, przy budowie którego wykorzystano wiele unikatowych rozwiązań technologicznych. Niewątpliwie IKAROS jako żagiel przetarł szlaki eksploracji przestrzeni międzyplanetarnej. Doświadczenia zebrane podczas fazy projektu, budowy oraz eksploatacji żagla pozwoliły Agencji na postawienie kolejnego odważnego celu – dotarcie do pasa asteroid Trojan, które współdzielą orbitę z Jowiszem. Żagiel, który tego dokona będzie wyposażony w unikatowy napęd hybrydowy.

IKAROS został wystrzelony 20 maja 2010 roku z Centrum Kosmicznego Tanegashima w Japonii. IKAROS należy do małych żagli, przekątna statku to około 20 metrów a masa to 300 kg. Plan minimum obejmował rozpostarcie żagla oraz sprawdzenie systemu cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych (a-Si) znajdujących się na samym żaglu. Warto dodać, że efektywna moc ogniw to 300 W, a ich powierzchnia stanowi 5% powierzchni żagla. Plan został osiągnięty 29 czerwca 2010 roku. Kolejnym krokiem było rozpędzenie statku i przelot żagla w okolicy Wenus. Zdarzenie to miało miejsce 8 grudnia 2010 roku. IKAROS minął Wenus w odległości 80800 kilometrów od jej powierzchni. Obecnie statek znajduje się w stanie hibernacji. Udało się jednak nawiązać z nim kontakt 9 września 2012, potwierdzono tym samym jego położenie, które to zgadza się z przewidywaniami teoretycznymi (rysunek poniżej). 2 sierpnia 2016 roku IKAROS przemknie w pobliżu Ziemi.

Orbita żagla IKAROS (kolor czerwony). Pozycja Wenus zaznaczona jest kolorem zielonym. Słońce znajduje się w centrum układu współrzędnych.

IKAROS był świetnym projektem a zarazem placem treningowym dla przyszłych generacji statków bazujących na koncepcji żagla kosmicznego. JAXA nie składa bynajmniej rękawic i pracuje nad nowym projektem, którym będzie żagiel o napędzie hybrydowym, klasyczny bazujący na transferze momentu pędu fotonów oraz 15 kilowoltowy silnik jonowy (rysunek poniżej). O ile napęd klasyczny będzie wykorzystany na dotarcie statku w pobliże Jowisza, o tyle napęd jonowy zostanie wykorzystany do precyzyjnego manewrowania statkiem w pasie asteroid. Planowana powierzchnia żagla to 3000 metrów kwadratowych. Nie podjęto jednak jak dotąd decyzji, z jakiego materiału zostanie wykonany żagiel.

Artystyczna wizja nowego żagla JAXY

Artystyczna wizja nowej generacji statku Japońskiej Agencji Kosmicznej. Jednym z komponentów statku będzie umieszczony w centralnej części żagla napęd jonowy. Powiększenie po prawej.

Harmonogram misji jest następujący. Do końca 2015 roku zaplanowane jest zakończenie fazy projektowej statku. Koniec prac inżynierskich oraz wszystkich testów związanych z mechanizmem rozpostarcia żagla planowany jest na rok 2022. Tego samego roku nastąpi wyniesienie statku na orbitę okołoziemską. Rok 2031 to dotarcie statku na orbitę Trojan oraz zebranie zaplanowanych próbek materiałów. W roku 2036 statek wróci na Ziemię, a próbki zostaną poddane szczegółowym badaniom.

Istotnym aspektem misji będzie wykorzystanie odpowiednich materiałów do budowy żagla w celu zapewnienia wystarczająco wysokiej efektywności współczynnika odbicia fotonów. Co za tym idzie, szybsze dotarcie statku na miejsce docelowe. Niemniej jednak przestrzeń międzyplanetarna jest środowiskiem skrajnie nieprzyjaznym dla powszechnie wykorzystywanych wysoce wypolerowanych powierzchni metalicznych. Słońce nieustannie generuje wysokoenergetyczne protony i elektrony jak również jony pierwiastka helu, które bombardując powierzchnię żagla powodują jego erozję. Nie wolno zapomnieć oczywiście o promieniowaniu elektromagnetycznym, które jest przyczyną wzrostu temperatury żagla. Jest również źródłem jonizacji powierzchni metalicznej, a tym samym gromadzeniu się ładunku na jego powierzchni. Może to być szczególnie niebezpieczne dla wszystkim elektronicznych komponentów statku.

Niewątpliwie Japonia stała się liderem w innowacyjności, konstrukcji i wdrażaniu rozwiązań opartych na koncepcji żagli kosmicznych. Kiedy Europa wyniesie na orbitę okołoziemską pierwszy żagiel GOSSAMER-1 w 2015 roku, JAXA zakończy fazy projektowe drugiego w kolejności żagla, którego celem będzie zbadanie asteroid Trojan. Aby Europa mogła konkurować na arenie międzynarodowej konstrukcji żagli, potrzebuje więcej projektów oraz więcej specjalistów zajmujących się ogólnie rozumianym przemysłem kosmicznym.

Autor jest doktorantem Uniwersytetu Zielonogórskiego na Wydziale Fizyki i Astronomii. Autor jest stypendystą w ramach Poddziałania 8.2.2 “Regionalne Strategie Innowacji”, Działania 8.2 “Transfer wiedzy”, Priorytetu VIII “Regionalne Kadry Gospodarki” Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego Unii Europejskiej i z budżetu państwa.

Autor

Maciej Sznajder