Ştiri:

Vă rugăm să citiţi Regulamentul de utilizare a forumului Scientia în secţiunea intitulată "Regulamentul de utilizare a forumului. CITEŞTE-L!".

Main Menu

SpaceAlliance.ro : Primul portal romanesc de tehnologii aerospatiale

Creat de Adi, August 06, 2008, 11:33:55 PM

« precedentul - următorul »

0 Membri şi 1 Vizitator vizualizează acest subiect.

Adi

Pagina personala: http://adrianbuzatu.ro

s.p.a.c.e

De la Pamant la Mercur- sonda spatiala Messenger scrie istorie- partea 2

Recent o noua stire a facut inconjurul agentiilor de presa din intreaga lume starnind interesul pasionatilor de subiecte spatiale. Pentru ca stirea in sine a putut fii citita pe multe surse insa de cele mai multe ori comentata doar din perspectiva jurnalistica, acest articol, asa cum SpaceAlliance.ro a mai facut in trecut si cu alte subiecte, se doreste a fi o analiza mai complexa a misiunii Messenger, a obstacolelor care intervin pentru realizarea unei calatorii interplanetare si a solutiilor pe care inginerii le-au gasit pentru a face totusi posibila explorarea planetei Mercur.
Vom incerca asadar sa realizam un comentariu profesional si o parere obiectiva asupra lucrurilor-in masura in care acest lucru este posibil de exprimat intr-un singur articol.

Mercur

Mercur este cea mai mica planeta a sistemului solar cu o raza medie de numai 2439.7 km adica la o valoare de 0.38 din raza medie a Pamantului.
In ciuda acestui fapt Mercur ocupa a doua pozitie dupa Pamant in ceea ce priveste densitatea bifand 5427 g/cm3 (fata de 5515g/cm3).
Mercur a starnit interesul observatiilor terestre inca din cele mai vechi timpuri dar pozitia sa unica in spatiu a impiedicat culegerea unor informatii detaliate. Aceasta in ciuda faptului ca, observat de pe Pamant, Mercur apare la magnitudini luminoase intre -2.3 si 5.7.
De ce este totusi atat de putin cunoscut Mercur ?
In primul rand datorita orbitei sale –fiind cea mai apropiata planeta de Soare-Mercur apare cea mai mare parte a timpului in directia Soarelui (cea mai mare separare unghiulara fata de un observator terestru nu depaseste 28.3 grade), drept urmare sunt foarte rare ocaziile cand planeta poate fi vizualizata in conditii optime de catre observatoarele terestre.
Mercur, care in pofida ipotezelor  vehiculate in antichitate nu are sateliti naturali, are o orbita eliptica inclinata cu 7 grade fata de cea a Pamantului, cu apogeul la 69.816.900 km (adica aproximativ 0.46 unitati astronomice) si perigeul la 46.001.200 km (sau 0.30 AU), avand deci o excentricitate de 0.21 si cu o perioada orbitala de 87.969 zile.
Mercur are axa proprie de rotatie aproape perpendiculara (89.97 grade) fata de planul orbital si se roteste la o viteza foarte scazuta realizand 3 rotatii complete in 2 perioade orbitale, de aceea o zi solara a lui Mercur dureaza aproximativ 176 zile terestre, in timp ce o zi siderala dureaza 58.7 zile terestre.
Se crede ca miezul planetei ocupa 42% din volumul sau si este in mare parte format din fier. In jurul nucleului exista o manta de silicati cu grosimea de 500-700 km,  deasupra o crusta de 100-300 km, suprafata fiind brazdata de cratere si largi crevase ce ii dau un aspect asemanator celui lunar.
Temperatura medie la suprafata este de 442.5 grade Kelvin, dar variaza in gama 100 K-700K. Spre exemplu fata expusa actiunii solare are o temperatura cuprinsa intre 700K la perigeu (cand planeta este cel mai aproape de Soare) si 550K la apogeu (la distanta maxima).
In acelasi timp temperatura pe fata aflata in umbra scade pana la 110K.
In paralel craterele din regiunea polara au temperaturi de sub 100K favorizand cel mai probabil prezenta unor calote de gheata. Oamenii de stiinta estimeaza ca aceste regiuni polare ar putea gazdui aproximativ 10e14 – 10e15 kg de apa in stare solida.
Mercur are o atmosfera extrem de rarefiata si instabila pierzand continuu atomi si inlocuindu-i cu altii proveniti fie din spatiu (cea mai mare parte adusi de vantul solar) fie din activitatea radioactiva a crustei. In termeni strict stiintifici atmosfera contine 42% oxigen, 29% sodiu, 22% hidrogen, 6% heliu, 0.5% potasiu, dar prezinta si procente mai mici de argon, nitrogen, CO2, xenon, krypton, neon.
Mercur are un camp magnetic de intensitate scazuta (aproximativ 1.1 % din cea inregistrata la Pamant) atingand valori de 300nT la ecuator dar suficient ca sa creeze o magnetosfera in jurul planetei. Interactiunea acestei magnetosfere cu vantul solar creaza vartejuri magnetice in spatiul din apropiere.

Cum spuneam si la inceputul articolului, explorarea planetei folosind sonde spatiale este abia la inceput de drum doar 45% din suprafata fiind cartografiata la momentul actual si au ramas foarte multe intrebari la care oamenii de stiinta spera sa raspunda dupa ce Messenger isi va incheia activitatea de investigator in apropierea lui Mercur.

video

Instrumente stiintifice

•    Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer (MASCS)
MASCS construit de Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado, cantareste 3.1 kg si consuma 6.7 W. Instrumentul combina 2 elemente – UVVS (Ultraviolet and Visible Spectrometer) si VIRS (Visible and Infrared Spectrograph) si va intoarce aproximativ 2.7 Gb de date in cele 12 luni de functionare.
UVVS va ajuta la intelegerea proceselor care au generat si mentin atmosfera lui Mercur, la legatura de cauzalitate intre suprafata si compozitia atmosferica, la dinamica materialelor volatile pe si in apropierea planetei, cat si la natura substantelor din regiunea polilor ce s-a observat ca reflecta undele radar. Toate acestea prin determinarea compozitiei si structurii exosferei, dar nu numai, instrumentul fiind capabil sa realizeze deasemenea observatii la nivelul solului.
Campul vizual variaza intre 1 x 0.5 grade (in atmosfera) si 0.023 x 0.023 grade la nivelul solului, iar instrumentul este deservit de trei tuburi multiplicatoare care functioneaza in gama ultraviolet (115-190 nm), ultraviolet mediu (160-320 nm) si respectiv vizibil (250-600 nm).
VIRS va masura emisiile luminoase fie ca este vorba de gama vizibila sau infrared apropiat (0.3-1.45 µm), in cautarea prezentei unor materiale precum Fe si Ti.
Campul vizual este de 0.023 x 0.023 grade iar instrumentul va asigura o rezolutie la sol intre 100 m si 7.5 km si o rezolutie spectrala de 4nm. Cele 2 spectre vor fi observate de 2 detectori diferiti – cel infrarosu de un detector in linie cu 256 pixeli construit in tehnologie InGaAs si cel vizibil de un detector de asemenea in linie format din 512 pixeli in tehnologie Si.

•    X-ray Spectrometer (XRS)
XRS construit de Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory dupa un model similar ce a zburat pe satelitul NEAR-Shoemaker, cantareste 3.4 kg si are un consum de 6.9 W, asteptandu-se sa intoarca aproximativ 1.5 Gb.
Compus din 3 componente –3 detectoare MXU (Mercury X-ray unit), SAX (solar assembly for X rays) si MEX (main electronics for X-rays) instrumentul are un camp vizual de 12 grade si poate masura emisii din gama 1-10 keV.
Cu ajutorul celor 3 detectoare MXU oamenii de stiinta spera sa masoare, la rezolutii de 20 km, emisiile de raze X ale elementelor acumulate sub scoarta planetei (Mg, Al, S, Ca, Ti, Fe) si astfel sa determine compozitia chimica si istoria geologica a lui Mercur.
In paralel senzorul SAX este capabil sa masoare variatia fluxului solar care afecteaza planeta.

•    the Mercury Dual Imaging System (MDIS)
MDIS este un instrument de 8 kg cu un consum de 7.6 W construit de aceeasi JHU/APL. Este compus de fapt din 2 camere WAC (wide-angle camera) si NAC (narrow-angle camera) ambele avand ca senzori CCD-uri si fiind plasate pe platforme mobile ce faciliteaza captura imaginilor fara a mai fi nevoie de rotirea intregului satelit catre o anumita tinta. WAC are un camp vizual de 10.5 x 10.5 grade si poate observa Mercur prin 11 filtre colorate diferite si monocrom la lungimi de unda cuprinse intre 395 si 1040 nm din a caror comparatie se vor putea distinge diferitele tipuri de roci ce compun suprafata planetei. NAC are un camp vizual de 1.5 x 1.5 grade cu o rezolutie la sol de pana la 18 m si captureaza imagini alb-negru.

•    Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (GRNS)
GRNS este din nou un instrument compus din 2 elemente- GRS (gamma ray spectrometer) si NS (neutron spectrometer). GRS este construit de JHU/APL, Patriot Engineering, Lawrence Berkeley National Laboratory si Lawrence Livermore National Laboratory, cantareste 9.2 kg, consuma 16.5 W si se asteapta sa achizitioneze pana la 3.9 Gb de date.
GRS masoara emisiile de radiatie gama expediate de suprafata planetei sub influenta razelor cosmice sau emisia radioactiva naturala (a unor atomi de K,Th,U)- cautand sa realizeze o analiza geologica pe baza semnaturii individuale a fiecarui element chimic prezent acolo (H, Mg, Si, O, Fe,Ti, Na, Ca).
GRS are un senzor bazat pe un cristal de Ge racit criogenic pana la -183 grade Celsius.
NS este un instrument construit de Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Patriot Engineering, Los Alamos National Laboratory. Cantareste 3.9 kg si consuma aproximativ 6 W. Masoara energia neutronilor emisi de suprafata planetei sub actiunea razelor cosmice cautand in special concentratia atomilor de hidrogen ce semnaleaza potentiala prezenta a apei (pe principiul fizic ca energia neutronilor scade brusc la coliziunea cu atomi usori cum sunt cei de hidrogen).

video

•    Mercury Laser Altimeter (MLA)
MLA construit de NASA Goddard Space Flight Center cantareste 7.4 kg si are un consum de 16.4 W, fiind inspirat dintr-un experiment similar ce a zburat in trecut si pe platforma Mars Global Surveyor. In total in cele 12 luni de functionare se asteapta sa produca aproximativ 1.5 Gb de date constand in topografierea emisferei nordice lucru ce va ajuta la caracterizarea istoriei geologice, la stabilirea exacta a fomei, a axei de rotatie si a libratiei lui Mercur, la masurarea dimensiunilor si conditiei actuale a nucleului planetei.
Principiul de functionare este simplu- un emitator infrarosu laser transmite 8 pulsuri cu lungimea de unda 1064 nm, energia de 20mJ si divergenta sub 50mrad la fiecare secunda, iar undele reflectate de suprafata planetei vor fi receptionate de 4 receptoare speciale care vor masura timpul scurs intre emisia pulsului si receptia lui inapoi la satelit (cu o acuratete de receptie de 3.3 ns care se traduce intr-o precizie de 0.5 m). Pe sol pulsul are o arie de imprastiere de 10-50m cu o separare intre spoturi (in directia de deplasare a satelitului) de 100-300m. MLA poate functiona nominal pana la o altitudine de 1500 km (de unde asigura o rezolutie de 30 cm).

•    Energetic Particle and Plasma Spectrometer (EPPS)
EPPS construit de Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory si University of Michigan cantareste 3.1 kg si are un consum de 7.8 W, fiind montat in partea superioara a satelitului.
Instrumentul, care se asteapta sa returneze aproximativ 4.4 Gb de date in anul sau de operare in jurul planetei, este construit practic din 2 componente distincte: FIPS (Fast Imaging Plasma Spectrometer) si EPS (Energetic Particle Spectrometer).
FIPS detecteaza ionii de H, 3He, 4He, O, Ne, Na, K, S, Ar si Fe, masurand raportul dintre energia si sarcina particulelor (0-10 keV/q) dar si viteza si distributia lor in spatiu-masurata indirect din timpul in care particulele ajung la detectorul principal (undeva intre 50 si 500 ns).
EPS va masura spectrul energetic, compozitia atomica si distributia in spatiu a ionilor cu energie cinetica mare intre 10 keV-5 MeV (H, He, CNO, Fe) dar si a electonilor cu energie cuprinsa intre 20 si 700 keV.

•    Radio Science (RS) experiments
RS foloseste sistemul de comunicatie aflat la bord (2 transpondere in banda X, MGA-medium gain antenna, LGA-low gain antenna si cele 2 asa numite "phased arrays") pentru masurarea foarte precisa a vitezei si pozitiei satelitului (cu o acuratete pana la 0.1 mm/s). Variatia vitezei este apoi folosita pentru determinarea efectelor gravitatiei din care mai tarziu se poate determina distributia masei in interiorul planetei. Similar din determinarea precisa a pozitiei lui Messenger se poate determina libratia lui Mercur si din observatiile radio se poate determina exact forma planetei.

credit NASA

model virtual Mercur

video

Copyright © SpaceAlliance.ro, 2011

prima parte a articolului
http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

De la Pamant la Mercur- sonda spatiala Messenger scrie istorie- partea 3

Recent o noua stire a facut inconjurul agentiilor de presa din intreaga lume starnind interesul pasionatilor de subiecte spatiale. Pentru ca stirea in sine a putut fii citita pe multe surse insa de cele mai multe ori comentata doar din perspectiva jurnalistica, acest articol, asa cum SpaceAlliance.ro a mai facut in trecut si cu alte subiecte, se doreste a fi o analiza mai complexa a misiunii Messenger, a obstacolelor care intervin pentru realizarea unei calatorii interplanetare si a solutiilor pe care inginerii le-au gasit pentru a face totusi posibila explorarea planetei Mercur.
Vom incerca asadar sa realizam un comentariu profesional si o parere obiectiva asupra lucrurilor-in masura in care acest lucru este posibil de exprimat intr-un singur articol.

Satelitul

Messenger, al saptelea satelit al programului Discovery ce a debutat in anul 1992 in ideea realizarii unor misiuni ieftine, dar robuste pentru explorarea sistemului nostru solar, a costat NASA 446 milioane de dolari (incluzand aici proiectarea si constructia satelitului propriu zis, lansarea, operarea si in sfarsit segmentul stiintific-investigatiile si modelarea datelor colectate).

Este un satelit de forma paralelipipedica cu dimensiunile 1.27 x 1.42 x 1.85 m si cantareste 1093 kg din care 607 kg constituie rezerva de heliu si combustibil.

Structura este construita dintr-un material compozit – GrCE (graphite-cyanate-ester)- care scade substantial masa si aduce o mai buna rigiditate si constanta termica.
4 panouri verticale constituie celula centrala pe care se fixeaza componentele interne.

Sistemul de control termic are o importanta vitala pentru succesul misiunii din perspectiva specificului orbitei, satelitul apropiindu-se de Soare la o distanta minima de 46 milioane km (0.3 AU) de acolo de unde acesta se vede de 11 ori mai mare decat de pe Pamant.
In aceste conditii radiatia termica venita dinspre Soare ar induce temperaturi de pana la 370 grade Celsius, temperaturi care ar fi fatale pentru electronica de la bord.
Pentru a evita un astfel de scenariu inginerii au venit cu solutia montarii la exterior a unui panou protector care are rolul de a impiedica lumina solara sa afecteze satelitul propriu zis.
Acest panou are forma semicilindrica cu lungimea de 2.54 m si diametrul de 1.82m, este construit din straturi succesive de Kapton (un material plastic) si Nextel (un material ceramic) pe o rama rigida de titaniu. Intregul ansamblu cantareste in pofida dimensiunilor, doar 20 kg.
Astfel electronica, la umbra acestui panou, continua sa functioneze la temperatura ambienta 20 grade Celsius. In principiu sub protectia panoului, satelitul se poate roti, dar numai intre anumite limite admise- asa numita zona SKI (Sun keep-in zone)- dictata de caracteristicile constructive, panoul protector fiind practic inchis doar pe o singura parte.
Aceasta optimizare nu este insa suficienta pentru ca in fiecare orbita, pentru aproximativ 25 de minute, satelitul se apropie la altitudine mica de planeta (200 km), moment in care trece printr-o faza de incalzire accentuata, incalzire produsa de razele solare reflectate de suprafata lui Mercur. Aceasta problema necesita o alta solutie suplimentara care sa compenseze efectele in apropierea lui Mercur.
Echilibrul termic este mentinut mai departe in interiorul structurii propriu zise a satelitului cu ajutorul a doua sisteme- pe de o parte un sistem pasiv (constituit din straturi suprapuse de materiale izolatoare termic) si pe de alta parte de un sistem activ ce inglobeaza radiatoare si diode radiante de caldura.
Acestea pot fi activate progresiv (in functie de cantitatea de caldura ce trebuie disipata pentru mentinerea constanta a temperaturii la bord).
Prin contrast, atunci cand satelitul se afla in eclipsa (pe partea neiluminata a lui Mercur) temperatura poate scadea dramatic pana la valori de -135 grade Celsius, conditii in care sunt activati termistorii sistemului termic.
Chiar si asa satelitul trebuie sa isi monitorizeze in continuare pozitia in zbor si sa evite orientarea periculoasa numita HPKO (planet "hot pole" keep-out  zone) unde panoul inferior al satelitului- pe care este montata si bateria- ar putea fi expus radiatiei reflectate de pe Mercur.

Un rol secundar in pastrarea controlului termic il au si cele 2 panouri solare care asigura o umbrire suplimentara. Ele sunt partea cea mai importanta pentru sistemul electric al satelitului fiind sursa de energie ce garanteaza functionarea corecta a tuturor subsistemelor.
Responsabilul de proiect a fost aici compania Northrop Grumman Space Technology dar s-au folosit componente de la mai multi producatori asa cum vom arata mai departe.
Inginerii au mers pe o solutie particulara adaptata din nou specificului misiunii montand 2 panouri mobile (ele pot fi rotite pe doua directii cu ajutorul unor mecanisme numite SADA-solar array drive assemblies)- fiecare panou avand dimensiunile 1.54 x 1.75 m.
Structura lor este realizata din aluminiu pe care s-au adaptat niste panouri speciale din material compozit RS-3/K13C2U construite de compania AASC (Applied Aerospace Structures Corporation) suficient de usor dar in acelasi timp avand o mare rezistenta la socurile termice (o necesitate din punctul de vedere al lui Messenger care va intampina variatii foarte rapide si semnificative de temperatura).
Construite in tehnologie GaAs cu eficienta de minim 28% (si mergand pana la 30%) ele pot produce intre 385 si 485 W in faza de croaziera spre Mercur si 640 W in conditiile nominale ale orbitei in jurul planetei.
In principiu, la dimensiunea lor, cele 2 panouri ar putea produce pana la 2000 W, dar acesta ar fi un surplus inutil de energie electrica, cei 640 W nominali fiind arhisuficienti pentru consumul de la bord.
Inca o data proiectantii au ales o solutie ingenioasa montand 2/3 din suprafata panourilor cu oglinzi reflectorizante. Astfel fiecare rand de celule solare este inconjurat de o parte si de alta de cate 2 randuri de celule reflectorizante, rezultand in final o suprafata activa (producatoare de energie electrica) de numai 28%.
Fiecare panou solar contine in total 18 randuri de celule solare (fiecare celula avand dimensiunea de 3 x 4 cm) iar randurile sunt mai departe conectate electric cu ajutorul Solar-Array Junction Box (SAJB). Producatorul acestor celule este compania EMCORE Corporation.
Restul de 72% (suprafata reflectorizanta) nu este insa mai putin importanta pentru ca ea are rolul prevenirii unei supraincalziri excesive. Datorita ei fata expusa actiunii solare va reflecta aproximativ 60% din radiatia incidenta iar temperatura nu va depasi valoarea de 150 de grade Celsius.
Aceasta suprafata reflectorizanta este construita deasemenea din mai multe celule- denumite OSR (optical solar reflectors)- produse de compania Pilkington. Ele sunt de fapt niste mini oglinzi reflectorizante ce au la baza un strat de sticla speciala ce poarta denumirea de CMX.
Surplusul de energie este inmagazinat (pentru perioadele in care satelitul se afla in eclipsa) intr-o baterie Ni-H cu capacitate de 23Ah construita din 11 elemente distincte. Acestea, in tehnologie CPV (common pressure vessel) sunt construite de EaglePicher Space Energy Products Division si sunt montate intr-o structura de aluminiu compusa din 3 camere separate.
Structura este pozitionata special pentru a evita supraincalzirea (fiind in umbra satelitului propriu zis) si este conectata termic la un radiator cu aria de 0.13 m2 ce mentine bateria la o temperatura intre -5 si 0 grade Celsius. Desemenea o alta cerinta speciala este de a pastra diferenta de temperatura intre celule la valori sub 3 grade Celsius pentru a evita aparitia unui stres termic suplimentar.
Tot parte a sistemului electric sunt si PSE (Power System Electronics) si Power Distribution Unit (PDU). Electronica din PSE este proiectata sa opereze nominal la temperaturi intre -34 si +65 grade Celsius si poate disipa intre 15 si 40 W. Acest exces de caldura este transportat cu ajutorul liniilor disipative (de fapt niste cilindrii de aluminiu umpluti cu solutie de amoniac) spre radiatoare de unde este inlaturata in spatiu.


Credit: JHU-APL

Sistemul de comunicatie trebuie sa asigure legatura permanenta intre satelit si statiile de sol de pe Pamant- aceasta indiferent de pozitia orbitala (implicit distanta intre satelit si Pamant) sau de pozitia in zbor a satelitului (satelitul trebuie sa fie accesibil din orice pozitie, indiferent de orientarea sa spre statia de sol, viteza de rotatie etc).
In mod normal inginerii care coordoneaza operarea satelitului comunica cu acesta folosind reteaua DSN (Deep Space Network) in 2 feluri –telemetrie (care se receptioneaza la rate de 9.9 bps -109 kbps) si telecomenzi (care se transmit la rate de 7.8 -500 bps) ambele la frecvente din banda X.
Pentru a facilita aceasta comunicatie, la bord au fost montate 2 antene de putere mare (asa numitele HGA- high gain antenna), 2 antene medii (MGA- medium gain antenna) si 4 antene mici (LGA-low gain antenna).
Cele doua HGA de tipul 'phased array' asigura transmisia unui volum mare de date (cum ar fi descarcarea datelor stiintifice colectate de instrumente).
Cele doua MGA de tipul 'gain fanbeam' sunt elementele de baza ale comunicatiei, fiind fixe dar avand in acelasi timp un unghi de accesibilitate de 45 de grade ceea ce asigura vizibilitatea directa catre Pamant in conditiile nominale.
Prin pozitionarea lor, restul de patru LGA asigura transmiterea comenzilor de la centrul de comanda, datele esentiale ale satelitului (asa numitele 'house-keeping data') cat si comunicatia de urgenta (pentru cazurile in care satelitul intra in 'safe-mode').

Calculatorul de bord al lui Messenger este numit IEM (Integrated Electronics Module) si are o configuratie dubla (modul principal si modul secundar) pentru a asigura siguranta in operare. Astfel, in cazul unei defectiuni la modulul principal (spre exemplu coruperea software-ului sub actiunea radiatiei solare) modulul secundar ar trebui sa preia automat, in cel mai scurt timp posibil, conducerea satelitului, izoland in acest fel defectiunea.
Fiecare din cele doua IEM incorporeaza cate 2 procesoare RAD6000 unul functionand la frecventa 25 MHz si celalalt la frecventa 10 MHz.
Primul ruleaza functiile de baza ale satelitului –'command and data handling' si 'attitude and orbit control'- rutine software ce impart resursele fizice ale procesorului, in timp ce al doilea ruleaza functiile FDIR-'failure detection isolation and recovery'.
Cele 2 IEM dispun si de 2 hard-diskuri de stocare a datelor de tip 'solid state' (la fel unul principal si celalalt backup) cu o capacitate de 1 GB fiecare. Ele sunt folosite pentru inmagazinarea informatiilor atunci cand satelitul nu este in legatura directa cu Pamantul, mai tarziu aceste date putand fi transmise la centrul de comanda.  
In plus IEM incorporeaza magistrala de date (asa numitul 'data bus') care asigura comunicarea intre procesor si instrumentele stiintifice, cat si convertoare specializate de putere care asigura alimentarea locala cu energie electrica.
In continuare se impun cateva explicatii simple despre cele trei rutine rulate de procesoarele IEM.
Mecanismul FDIR este unul esential pentru orice satelit – care este prin definitie o masinarie complexa ce trebuie sa functioneze cea mai mare parte a timpului in mod autonom fara posibilitatea unei interventii umane. In aceste conditii (si cu atat mai mult pentru o misiune de tip 'deep-space' unde orice interventie este ingreunata de comunicatia dificila), dar si luand in calcul conditiile dificile de operare care pot afecta oricand buna functionare a satelitului, se impune construiea unui sistem suficient de robust. FDIR realizeaza exact actiunea de monitorizare si protectie a sistemelor satelitului prin pornirea/oprirea unor componente sau respectiv schimbarea intre ele a modulelor principale/secundare pentru fiecare subsistem (daca este cazul constatarii unei defectiuni).

Mecanismul 'data handling' este responsabil pentru colectarea datelor, transferul si stocarea lor, receptia si distributia comenzilor catre unitatile destinatare la bord.
Partea de comanda –un element vital pentru orice satelit- este executata fie in timp real, fie sub forma de comenzi 'time-tagged' ce sunt stocate pentru o executie viitoare (in acest fel putand fi asigurat controlul si pentru perioadele fara vizibilitate din partea centrului de comanda). Din punctul de vedere al felului cum sunt executate, comenzile pot fi deasemenea comenzi obisnuite (care sunt executate exclusiv folosind software-ul) dar si comenzi 'high-priority' care sunt executate direct (prin interfete electrice dedicate)- in fapt echivalentul comenzii 'reset' de pe PC-urile obisnuite.

Rutina 'attitude and orbit control' este componenta software a sistemului cu acelasi nume (AOCS) si inglobeaza toti algoritmii matematici de control al pozitiei orbitale.
Pastrarea corecta a pozitiei in zbor este pentru Messenger o chestiune absolut critica- orice abatere de la pozitia nominala (spre exemplu daca scutul termic nu mai este orientat spre Soare pentru a asigura protectia) putand aduce defectiuni majore asupra echipamentelor electronice. Doar ca un exemplu, trebuie spus ca asa numita zona SKI (Sun keep-in), pe care o mentionam mai devreme, adica zona in care satelitul se poate roti fara a se produce schimbari termice la interior este intre ± 10 grade pentru axa z si ± 12 grade pentru axa x.
Unul din factorii perturbatori de care algoritmii incorporati de software trebuie sa tina cont este radiatia solara si asa cum vom aminti mai tarziu in sectiunea dedicata orbitei, Messenger foloseste din plin o modelare a acestei radiatii solare, nu numai pentru a compensa efectele ei ci si pentru a o folosi activ in timpul croazierei spre Mercur.
Sistemul AOCS ce asigura o precisa stabilizare triaxiala este compus din partea de senzori si partea de comanda efectiva-elementele de control.
Messenger este echipat cu 2 camere stelare (popularul model A-STR construit de Galileo Avionica)- ce masoara la o frecventa de 10 Hz, inertial in raport cu stelele observate in campul vizual orientarea in spatiu a satelitului, 2 senzori solari-care masoara directia Soarelui si 1 SIRU (Space Inertial Reference Unit) – care este de fapt un clasic IMU (inertial measurement unit). Acesta din urma este construit de Northrop-Grumman- inglobeaza 4 giroscoape si 4 accelerometre (tip Honeywell QA3000) si reuseste sa masoare variatiile de viteza si acceleratie extrem de precis, la o frecventa de 100 Hz.
Partea de control efectiv al pozitiei satelitului este realizata in doua moduri : micile corectii se fac cu ajutorul unui sistem de 4 roti volante (reaction wheels) de tip Teldix RSI 7-75/601 ce furnizeaza 0.075 Nm si pot inmagazina pana la 7.5 Nms, iar corectiile importante (si descarcarea de moment a RWL) se fac cu ajutorul motoarelor de la bord.
Messenger dispune de un motor principal numit LVA (large velocity adjust) folosit pentru transferul orbital si dezvoltand 667 N, 4 motoare de cate 22 N folosite pentru corectie orbitala si 12 motoare de 4.4 N pentru stabilizarea in zbor.
Motorul principal este bipropelant folosind o combinatie de hidrazina pe post de combustibil si de 'nitrogen tetroxide' pe post de oxidant. Cele 2 sunt pastrate in rezervoare separate, iar un alt rezervor de heliu asigura alimentarea sistemului la presiune constanta si functionarea la parametrii corecti.
Celelalte motoare sunt de tip monopropelant, functionand pe baza de hidrazina.
In total satelitul este echipat cu 3 rezervoare principale (2 cu N2H4 si 1 cu N2O4), un rezervor secundar (N2H4) si un rezervor auxiliar (He). Legatura intre rezervoare si motoarele propriu zise se face cu ajutorul unui sistem complex de conducte de alimentare a caror inchidere/deschidere poate fi controlata de 9 supape speciale. Deasemenea, controlul termic al conductelor (un element esential pentru a prevenii inghetarea hidrazinei ce are un punct de inghet scazut) se face cu ajutorul unor termistori dedicati.
Revenind la partea de algoritmi care controleaza pozitia satelitului trebuie spus ca inginerii le-au grupat in trei mari categorii/scenarii de zbor fiecare avand propriille caracteristici si capabilitati- cu intentia de a asigura o cat mai buna protectie a echipamentelor dar in acelasi timp si functionarea automata cu minimul de interventie de pe Pamant.
Cele 3 mari categorii se numesc : OP (operational mode), SH (safe hold mode) si EA (Earth aquisition mode). La randul lor, cele 3 moduri au fiecare cate 2 sub-moduri distincte : normal si autonom.
Trecerea dintr-un mod in altul se face automat (decizia apartine software-ului de bord) sau comandat (decizia apartine inginerilor din centrul de comanda).
Sistemul AOCS combina asadar masuratorile venite de la partea de senzori si predictiile orbitale ale planetelor (incorporeaza un model matematic dedicat acestei activitati)- si foloseste mai departe un filtru Kalman pentru estimari si propagarea pozitiei satelitului.
Vom face o analiza amanuntita a performantelor sistemului asa cum au rezultat ele in timpul perioadei de croaziera spre Mercur, intr-un articol separate dedicat orbitei lui Messenger si manevrelor efectuate in lungul drum de la Pamant catre destinatia sa finala.

credit NASA

partea 1 a articolului

partea 2 a articolului


articol original SpaceAlliance
http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

China lanseaza primul satelit pe anul 2011

China a efectuat sambata 9 aprilie prima sa lansare pe 2011- destul de tarziu s-ar putea spune, la mai mult de 4 luni de la debutul anului- dupa ce in 2010 reusise sa stabileasca un record in istoria sa spatiala cu un numar de 15 lansari reusite (precedentul record data din 2008 cu 11 lansari).
Lansarea a avut in prim plan baza spatiala Xichang atunci cand la ora 20:47 GMT o racheta de tip Chang Zeng CZ-3A a plecat de pe rampa pentru a plasa pe orbita incarcatura construita de China Academy of Launch Vehicle Technology.


CZ-3A este o racheta in trei trepte avand un motor de tip FY6 in prima treapta (ce dezvolta o forta de tractiune de 2961.6 kN), un motor de tip FY20 (742 kN) si 4 motoare de tip FY21 (11,8 kN) in treapta a doua si in sfarsit 2 motoare de tip H-18 / YF-75 in tehnologie criogenica (functionand pe baza de hidrogen si oxigen lichid) pentru treapta a treia (fiecare dezvoltand o forta de tractiune de 78.5 kN).
Capsula in care sunt incarcati satelitii are un diametru de 3.35 m si 8.89 m lungime.
Racheta ce cantareste 241 de tone si masoara 52.5 m lungime si un diametru cuprins intre 3-3.35 m, este capabila sa plaseze in spatiu o incarcatura cu masa de pana la 6 tone (daca este vorba despre o orbita LEO – orbita joasa in jurul Pamantului) sau pana la 2.6 tone (daca este vorba despre o orbita de transfer geostationar GTO).
De la intrarea sa in operare (februarie 1994) racheta a reusit o rata de succes de 100 % - bifand pana astazi 20 de lansari reusite. Pentru statistica trebuie spus ca zborul de sambata a fost al 138-lea reusit de China.

centrul spatial Xichang

Noul satelit Beidou –I3 face parte din programul chinez de pozitionare globala Beidou (in traducere libera in limba engleza "Big Dipper") redenumit CNSS sau Compass Navigation Satellite System, mai exact a doua generatie Beidou 2 care doreste sa asigure independenta tarii fata de sistemele echivalente ale concurentei: GPS-ul American, Galileo- sistemul european, Glonass- sistemul rusesc si nu in ultimul rand IRNSS programul Indian (Indian Regional Navigational Satellite System).

Interesul Chinei fata de tehnologia de navigatie si pozitionare cu ajutorul satelitilor a aparut pentru prima data undeva la sfarsitul anilor 60. Urmand exemplul sistemului American GPS, la mijlocul anilor 80 China reusea dezvoltarea unui concept de navigatie regionala numit "Twin Star" si care a fost mai apoi testat practic in zbor pe doua platforme de telecomunicatie DFH-2A in anul 1989.
Testul a aratat ca precizia sistemului se apropia de precizia serviciului public a sistemului American GPS fapt care a mobilizat autoritatile chineze sa deblocheze noi fonduri pentru cercetare si dezvoltare.

Prima generatie Beidou a cuprins satelitii Beidou 1A lansat pe 30 octombrie 2000, Beidou 1B lansat pe 20 decembrie 2000, Beidou 1C lansat pe 24 mai 2003 si Beidou 1D lansat pe 2 februarie 2007. Dupa lansarea celui de al treilea satelit, sistemul a devenit operational la inceputul anului 2004, facand din China cea de a treia tara din lume avand propriul sistem de pozitonare prin satelit. Sistemul de referinta folosit era Beijing 1954 cu timpul aliniat dupa ora Beijingului.
Primii doi sateliti au fost plasati la pozitia orbitala 80 de grade est si respectiv 140 de grade est. Al treilea si al patrulea satelit constituiti ca o rezerva au fost instalati la 110.5 grade est respectiv 58.7 grade est (acesta din urma recuperat dupa o problema majora atunci cand dupa lansare panourile solare nu au putut fi desfacute decat cu mari eforturi din partea operatorilor de la sol).

In aceasta configuratie Beidou 1 reusea sa acopere regiunea intre 70-140 de grade est longitudine si 5-55 grade nord longitudine si avea o precizie de 100 m folosind doar cei doi sateliti principali, acuratete care putea urca pana la 20 m cand se facea uz de toti cei 4 sateliti si de statiile de sol. In total 150 de utilizatori puteau fi deserviti simultan.
Principiul de functionare presupunea asa numita tehnica "dual way transmission", un sistem oarecum complicat: terminalele de la sol receptioneaza semnalul unuia dintre cei doi sateliti, apoi raspund transmitand inapoi un semnal catre ambii sateliti. Acest semnal este transmis mai departe catre statia de sol care pe baza diferentei de timp intre cele doua semnale poate calcula pozitia in plan a terminalului de sol. Prin compararea acestei pozitii cu o baza de date tridimensionala ingloband harti teritoriale amanuntite ale regiunilor chineze se poate determina pozitia in spatiu. Aceasta pozitie este transmisa pe urma de statia de sol inapoi catre satelit iar acesta o transmite incriptat catre terminalul de sol, operatorul acestuia primind coordonatele spatiale.
In paralel utilizatorii sistemului pot transmite mesage text incriptate catre statia de sol.

Cum se poate observa sistemul era unul destul de primitiv avand multe inconveniente: limitarea numarului de utilizatori, necesitatea folosirii unor antene de putere mare pentru transmisia semnalului terminalului catre satelit (si implicit de dimensiuni mari), si nu in ultimul rand riscul implicarii active a unei statii de sol pentru buna functionare (spre exemplu in caz de conflict militar aceasta fiind expusa).
Generatia a doua cuprinde platformele Beidou2 M1 lansat pe 13 aprilie 2007, Beidou I1 lansat pe 31 iulie 2010,Beidou G1 lansat pe 16 ianuarie 2010, Beidou G2 lansat pe 14 aprilie 2009, Beidou G3 lansat pe 2 iunie 2010, Beidou G4 lansat pe 31 octombrie 2010 si Beidou I2 lansat pe 17 decembrie 2010.

Constelatia Compass va cuprinde in final pana in 2020, 35 de sateliti intr-o arhitectura unica ce combina 5 sateliti geostationari si 30 de sateliti orbitand Pamantul in orbita medie grupati in 3 planuri orbitale.
Spre exemplu primul satelit MEO respectiv BD2 M1 a fost plasat pe o orbita eliptica circularizata cu apogeul la 21545 km, perigeul la 21519 km si o inclinatie de 55.26 grade.
Satelitii IGSO (inclined geostationary orbit) au o orbita 35652 x 35959 km x 55° in timp ce geostationarii simpli (G) au inclinatie orbitala nula.
Semnalele transmise vor fi in 4 bande de frecvente: 1195.14-1219.14Mhz, 1256.52-1280.52Mhz, 1559.05-1563.15Mhz si 1587.69-1591.79Mhz unele din ele suprapuse peste semnalele GPS si Galileo. Cum legislatia internationala reglementata de ITU (International Telecomunication Union) prevede ca primul operator care va emite in banda respectiva va avea prioritate va fi interesant de urmarit daca chinezii vor reusi sa ocupe frecventele inaintea sistemului european Galileo. In orice caz vor trebui facute teste suplimentare care sa dovedeasca ca cele trei sisteme functionand in paralel nu vor interfera semnalele transmise.

Satelitii Beidou2 sunt bazati pe platforma DFH 3 (Dong Fang Hong), au dimensiunile 2.2 x 1.72 x 2.0 m, cu o anvergura a panourilor solare de 18.1 m si cantaresc 2200 kg din care 1100 kg combustibil. Durata de viata estimata initial la 5 ani pentru satelitii comerciali, a fost acum extinsa la 8 ani pentru variantele militare.
DFH 3 este o platforma derivata din varianta americana GE Astro Space 5000 (in speciala partea de control de atitudine) tehnologie suplimentara fiind furnizata si de firma Daimler Benz Aerospace AG (in cazul componentelor de comunicatie si a mecanismului de desfacere a panourilor solare).
BD2 este stabilizat triaxial cu ajutorul unui sistem de propulsie cu combustibil lichid avand un motor principal de tip FY 25 pentru manevre orbitale si mentinerea orientarii catre statia de sol. Tehnologia respectiva a fost initial importata de China de la firma germana MBB cu care s-a stabilit un parteneriat commercial, fiind mai apoi extinsa de specialistii chinezi.
Sistemul de putere furnizeaza pana la 1700 W in current continuu. Platforma poate integra instrumente cantarind pana la 170 kg si avand un consum de pana la 900 W.
In prima faza acoperirea sistemului se va limita doar la teritoriul chinez si tarile invecinate urmand ca mai tarziu serviciul sa se extinda la nivel global.
Ca si restul sistemelor de navigatie prin satelit Compass va avea doua componente- una civila cu o acuratete de pozitionare de 10 m, de viteza de 0.2 m/s si de timp de 50 ns si una pentru aplicatii militare mult mai precisa.

Credit CNSA

articol original SpaceAlliance
http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

30 de ani de la primul zbor cu echipaj uman al Romaniei
Pe 14 mai 1981 la ora 18 :16 UTC Cosmodromul din Baikonur gazduia a 40-a misiune a unei capsule spatiale Soyuz- capsula ce avea sa fie lansata de o racheta Soyuz-U. Aceasta era a 31-a misiune ce deservea modulul spatial Solyut 6 si al 78-lea zbor international cu echipaj uman. A fost dealtfel si ultima misiune activa a statiei inaintea de-orbitarii ei.
In terminologia aerospatiala aceasta a fost a 42-a lansare a anului 1981 si a fost catalogata cu Id-ul 12454.

Echipajul de bord al acestei misiuni era format din astronautii Dumitru Prunariu si Leonid Popov. Echipajul de rezerva ce participase si el la pregatirile pentru aceasta lansare era format din Yuri Romanenko si Dumitru Dediu.
Acesta era al 9-lea zbor desfasurat in programul Interkosmos, un program ce isi propunea sa largeasca cooperarea internationala si sa permita accesul in spatiu a altor cetateni decat cei apartinand URSS sau SUA– ocazie cu care Romania a reusit sa isi trimita primul (si deocamdata) singurul om in spatiu.

http://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=20110513061221
http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

Eveniment aniversar pentru cea mai mare misiune spatiala europeana- partea 1

Sambata 14 mai, s-au implinit 2 ani de cand Europa, prin agentia sa spatiala ESA, reusea sa trimita in spatiu cea mai mare misiune din istoria sa- atat prin prisma bugetului, cat si a complexitatii proiectului si a modului cum (se spera) ca va revolutiona astronomia si intelegerea noastra asupra Universului.

http://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=20110517045511
http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

Eveniment aniversar pentru cea mai mare misiune spatiala europeana- partea 2

Inspirat de numele astronomului Frederick William Herschel (1738-1822), cel care a devenit celebru prin descoperirea lui Uranus, satelitul destinat studiului originilor si evolutiei stelelor si galaxiilor va purta in spatiu cel mai mare telescop Cassegrain utilizat vreodata in spatiu. Misiunea a fost aprobata in noiembrie 1993 sub numele de First ca parte a planului stiintific pe termen lung al ESA, devenind ulterior Herschel. Oglinda principala, cu un diametru de 3.5 m, va fi de 4 ori mai mare decat predecesoarele telescoape in infrarosu si de 1.5 ori mai mare decat cea a lui Hubble, reusind sa capteze de 12 ori mai multa radiatie luminoasa decat telescopul ISO, din a carui misiune a fost inspirit, sperandu-se ca va revolutiona domeniul observatiilor in infrarosu si va oferi comunitatii stiintifice internationale noi puncte de studiu pentru astrofizica fundamentala.

articol original
http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

Adi

Pagina personala: http://adrianbuzatu.ro

s.p.a.c.e

http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

Oceanele lumii la control din satelit

Vineri 10 iunie 2011 baza Vandenberg din California a gazduit o noua lansare a unei rachete Delta 2 in configuratia 7320-10C.
Pasager la bord a fost al patrulea satelit din seria SAC ('Satelite de Aplicaciones Cientificas') serie ce a stabilit un parteneriat intre NASA si CONAE- agentia spatiala argentiniana (Comisión Nacional de Actividades Espaciales).
SAC-D continua astfel misiunile stiintifice SAC-A lansata in 1998 la bordul navetei spatiale americane Endeavour, SAC-B lansata in 1996 la bordul unei rachete Pegasus XL si SAC-C lansata in 2000 la bordul unei alte rachete Delta 2.

articol original

http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

Iranul lanseaza al doilea satelit

Iranul a reusit miercuri 15 iunie lansarea celui de al doilea satelit din istoria sa. Desi evenimentul a fost tinut secret si putine detalii au razbatut, el a reusit sa capteze atentia analistilor occidentali nu neaparat prin prisma zborului acesta in sine ci mai ales din perspectiva monitorizarii evolutiei pe termen mai lung a programului spatial iranian cu consecinte directe in plan militar si in securitatea internationala.
Iranul se afla sub embargou tehnologic in urma unei decizii a consiliului de securitate al ONU care ii interzicea dezvoltarea unui program nuclear si a unui program de rachete balistice.

articol original
http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

De la Pamant la Mercur- sonda spatiala Messenger scrie istorie- partea 6

In acest articol care incheie seria noastra scurta despre sonda Messenger, vom incerca sa tragem o concluzie si sa vedem care va fi viitorul explorarii lui Mercur in urmatoarea decada.
Sub prisma ultimelor reduceri de bugete in domeniul aerospatial lucrurile nu par sa se miste in directia buna astfel ca, cel putin deocamdata, o singura sonda este planificata sa calce pe urmele lui Messenger. Este vorba despre satelitul europeano-japonez Bepi-Colombo ce se afla in faza de constructie si testare, urmand sa fie lansat, cel mai probabil, in luna iulie a anului 2014 si sa ajunga la destinatie undeva in 2020.
Fara sa revenim asupra caracteristicilor unui zbor in jurul lui Mercur- cei interesati le pot gasi in articolele anterioare SpaceAlliance- vom incerca sa punem in oglinda solutiile tehnice gasite de ingineri in cele doua cazuri si daca este posibil sa facem o comparatie intre cele doua misiuni.

articol original SpaceAlliance
http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale

s.p.a.c.e

http://www.spacealliance.ro
Primul portal din Romania dedicat tehnologiilor aerospatiale