Design of a Solar Sailing Precursor Mission and Spacecraft to L1 for Global Warming Mitigation
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Design av en solseglande demonstrator mission och rymdfarkost till L1 för att motverka global uppvärmning (Swedish)
Abstract [en]
The global surface temperature has been steadily increasing over the last 50 years, reaching an all-time high in 2023. One proposed strategy to mitigate global warming is geoengineering, specifically by placing a sunshade in the vicinity of Lagrange Point One L1, in the Sun-Earth system. This sunshade system would block part of the sunlight that reaches Earth, thereby lowering the surface temperature. A viable transportation method for the sunshade system to L1 is solar sailing, or solar propulsion, which uses light to propel the spacecraft forward. In this thesis, a proposed solar sailing precursor spacecraft is developed to demonstrate the feasibility of this approach and validate the used technology. The design focuses on the solar sail, the booms and the attitude control system. The selected systems are scalable and currently available, eliminating the need for new technology development. The precursor spacecraft will be a 12U CubeSat equipped with a 144 m² solar sail. The sail membrane will be made out of Clear Polymer 1 (CP1), and coated on both sides with vaporized aluminium to achieve high reflectivity. The sail will be supported by four 8.5 m long Collapsible Tubular Mast (CTM) booms made from Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). Momentum management will be performed using an Active Mass Translator (AMT), and Reflectivity Control Devices (RCD). The precursor spacecraft will be launched into geostationary orbit and spend approximately 1500 days solar sailing to the vicinity of L1. The estimated cost to realize this mission is around 5.5 M US$.
Abstract [sv]
Den globala yttemperaturen har ökat stadigt de senaste 50 åren och nådde en rekordhög nivå 2023. En föreslagen strategi att hantera global uppvärmning är geoengineering, specifikt genom att placera ett solskydd i närheten av Lagrangepunkt ett L1, mellan solen och jorden. Detta solskyddssystem skulle blockera en del av solljuset som annars skulle nå jorden och därmed sänka yttemperaturen. En möjlig transportmetod till L1 för solskyddssystemet är solsegling, eller solframdrivning, som använder solljus för att driva rymdfarkosten framåt. I denna studie utvecklas en design av en solseglade demonstrationsrymdfarkost för att visa genomförbarheten av denna metod och validera den använda tekniken. Designen fokuserar på solseglet, bommarna och attitydkontrollsystemet. De utvalda systemen är skalbara och redan tillgängliga, vilket eliminerar behovet av ny teknikutveckling. Demonstratorn kommer att vara en 12U CubeSat utrustad med ett 144 m² solsegel. Segelmembranet kommer vara tillverkat av Clear Polymer 1 (CP1), och belagt på båda sidor med förångad aluminium för att uppnå hög reflektion. Seglet kommer hållas upp av fyra 8,5 m långa Collapsible Tubular Mast (CTM) bommar gjorda av kolfiberförstärkt polymer (CFRP). Momentumhantering kommer att utföras med hjälp av en Active Mass Translator (AMT), och Reflectivity Control Devices (RCD). Demonstratorn kommer att skjutas upp till en geostationär bana och tillbringa cirka 1500 dagar på att solsegla till närheten av L1. Den uppskattade kostnaden för att genomföra denna mission är cirka 5,5 M US$
Place, publisher, year, edition, pages
2024.
Series
TRITA-SCI-GRU
Keywords [en]
Solar Sailing, Lagrange point one, CubeSat, CTM boom, TRAC boom, Active Mass Translator, Reflectivity Control Device
Keywords [sv]
Solsegling, Lagrangepunkt ett, CubeSat, CTM bom, TRAC bom, aktiv massförflyttare, reflektivitetskontrollenhet
National Category
Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-353888OAI: oai:DiVA.org:kth-353888DiVA, id: diva2:1900953
Subject / course
Space Technology
Educational program
Master of Science - Aerospace Engineering
Supervisors
Examiners
2024-09-252024-09-252024-09-25Bibliographically approved