Rumfartøjsinformation
Rumsonden Maven blev bygget af Lockheed Martin ved hjælp af komponenter og teknikker, som også flyver på Mars Reconnaissance Orbiter og Juno-rumfartøjet, som begge også er bygget af LM. MAVEN består af en kubisk rumfartøjsplatform, der huser hovedparten af rumfartøjssystemerne og nyttelasterne, hvoraf nogle er monteret på udfoldelige instrumentbomme. På hovedplatformen er der også fastgjort to udrulningsbare solcelleanlæg, som også huser videnskabelige instrumenter.
Den kubiske satellitplatform er 2,3 gange 2,3 gange 2 meter stor og består af aluminiumshonningkamme, der er indlejret mellem grafitkompositplader. Strukturens kerne er en cylinder med en diameter på 1,3 meter, der omslutter rumfartøjets drivstoftank.
Radialt på cylinderen er der monteret kompositplader, der er fastgjort ved hjælp af metalbeslag. Cylinderen, de radiale plader og de udvendige paneler anvendes som monteringsplatforme for rumfartøjets udstyr og tjener som bærende struktur.
Den primære struktur har en masse på 125 kg og er i stand til at bære hele rumfartøjets masse og de belastninger, der opleves under opsendelsen. MAVEN har en tørvægt på 809 Kilogram.
Overordnet set er MAVEN 3,47 meter høj, 2,29 meter bred og 11,43 meter lang med de to store solpaneler udfoldet. Ved opsendelsen vejer rumfartøjet 2.454 Kilogram.
Den store drivstoftank, der er placeret inde i det centrale rør, rummer hele hydrazinforsyningen til MAVEN-missionen. Den er fremstillet af ATK Aerospace Group, Californien, og er 1,83 meter høj og kan rumme 1 640 kg Hydrazin-monodrivmiddel til brug for fartøjets fremdriftssystem.
Propulsionssystem
Propulsionssystem
MAVEN’s fremdriftssystem er baseret på det system, der er udviklet til Mars Reconnaissance Orbiter. Det Aerojet-fremstillede fremdriftssystem anvender i alt 20 thrusters, der er opdelt i tre grupper – en bank af seks hovedfremdrifts-trusters, seks medium-thrust-motorer og otte attitudekontrol-thrusters. Alle motorer er katalytiske thrustere, der anvender Hydrazin monopropellant.
MAVEN er udstyret med i alt seks MR-107N thrustere installeret på rumfartøjets bund. Hver af disse motorer giver en nominel fremdrift på 170 newton med en throttlekapacitet på 109 til 296 newton. Med de seks motorer på nominel gas har MAVEN en samlet fremdrift på 1 020 newton – 104 kilokraft.
MR-107N opererer ved et drivmiddeltilførselstryk på 8,2 til 27,8 bar og et kammertryk på 4,2 til 11,2 bar for at skabe en specifik impuls på 229 til 232 sekunder. Motoren indtager 49 til 131 gram brændstof pr. sekund, afhængigt af indstillingen af trykstyrken. Den har et ekspansionsforhold på 20,7. MR-107N vejer 740 gram og måler 22 centimeter i længden og 6,6 centimeter i diameter. Den anvender en Moog Single Seat Valve. Motoren er certificeret til næsten 1.500 arbejdscyklusser.
Det primære fremdriftssystem anvendes af MAVEN-rumfartøjet til dets første store Trajectory Correction Maneuver og den afgørende Mars Orbit Insertion Maneuver samt alle andre store manøvrer, der kræver et stort delta-v. MAVEN’s fremdriftssystem fungerer i reguleret tilstand for hovedmotorbrændinger og i blowdown-tilstand for holdningsmanøvrer med de mindre thrustere. Helium anvendes til tryksætning af tanken.
Ud over sit hovedfremdriftssystem er MAVEN udstyret med seks MR-106E-thrusters, der bruges til mindre banekorrektioner, banekorrektionsmanøvrer og til at give holdningskontrol under hovedmotorforbrændinger som f.eks. indsættelsesmanøvren.
MR-106E giver 22 newtons fremdrift med et driftsområde på 11,6 til 30,7 newtons, der fungerer ved et fremføringstryk på 6,9 til 24,1 bar og et kammertryk på 4,5 til 12,4 bar.
Trusteren giver en specifik impuls på 229 til 235 sekunder. Den har et ekspansionsforhold på 60 og forbruger 5,0 til 13,1 gram drivmiddel pr. sekund. MR-106E vejer 635 gram og har en længde på 18,2 centimeter og en dyse diameter på 3,4 centimeter. 22N-thrusteren anvender en Dual Seat prop ventil. Den er certificeret til mere end 50.000 arbejdscyklusser og lange affyringer på op til 2.000 sekunder samt en kumulativ brændetid på 4.670 sekunder.
Til mindre manøvrer til holdningskontrol er MAVEN udstyret med otte MR-103D-thrustere, der hver giver en lav fremdrift på 1 Newton med et driftsområde på 0,22 til 1,02 Newton. MR-103D fungerer ved et drivmiddeltilførselstryk på 6,2 til 27,6 bar og et kammertryk på 5,9 til 23,4 bar, da motoren bruger 0,09 til 0,5 gram hydrazin pr. sekund.
Motoren har et ekspansionsforhold på 100 og er 14,6 centimeter lang med en masse på 330 gram og en diameter på 3,4 centimeter. Der anvendes også en dobbeltsædeventil på denne motor, som giver en specifik impuls på 209 til 224 sekunder. MR-103D er certificeret til 275.000 arbejdscyklusser og en kumulativ brændetid på 111 timer sammen med en certificering for en enkelt affyring på 5.000 sekunder.
MAVEN er udstyret med et redundant solsensorsystem, der bruges til at beregne solens position for at rette køretøjets solcelleanlæg mod solen i tilfælde af køretøjets sikre tilstand for at opretholde en stabil strømproduktion.
To stjernetrackere leverer de præcise navigations- og orienteringsdata til MAVEN’s computer om bord. Stjernetracker-data bruges til præcis pejling mod Jorden til kommunikation, mod solen til opladning af batterier og mod Mars til videnskabelige operationer. Stjernetrackerne leverer ti billeder i sekundet, som derefter sammenlignes med et katalog med tusindvis af stjerner for at bestemme køretøjets orientering i rummet.
Der er også installeret et redundant system af to inertimåleenheder på rumfartøjet. Hver enhed består af tre ringlasergyroskoper og tre accelerometre – et gyroskop og et accelerometer for hver akse, der skal måles. IMU’en bruges til præcist at bestemme accelerationerne på fartøjet under motorafbrændinger og fartøjets hastighed under holdningsændringer for at give præcis pegningsevne. Accelerometerdata kan også bruges til at måle den atmosfæriske tæthed i den øverste del af Marsatmosfæren, når modstandskræfterne bliver mærkbare for rumfartøjet.
Navigationsdata fra sensorkomplekset bruges af fartøjets flycomputer til at aktivere fartøjets holdningskontrolsystem. Ved større holdningsmanøvrer bruger MAVEN sine små 1-Newton-thrusters, mens køretøjets standardpunkts- og holdningskontrol udføres af fire reaktionshjul – tre for hver rotationsakse plus et ekstra.
Hjulene drejes af elektromotorer med variabel hastighed, der ændres, når der foretages holdningsmanøvrer. Hver reaktionshjulssamling vejer 10 kg, og hjulene drejer så hurtigt som 6.000 omdrejninger pr. minut. Thrusterne bruges til periodisk afmætning af vinkelmomentet – de bremser reaktionshjulene og modvirker den resulterende kraft med thrusterne, så hjulene derefter kan accelereres under standard holdningsmanøvrer.
Flycomputer &Datasystem
MAVEN er udstyret med et RAD-750 Central Processing Board, som er en computer med et enkelt kort, der er fremstillet af BAE Systems i Manassas, Va. Processoren kan tåle strålingsdoser, der er en million gange mere ekstreme end dem, der anses for at være dødelige for mennesker. Selve RAD750 CPU’en kan tåle 200.000 til 1.000.000 rads. RAD750 vil heller ikke blive udsat for mere end én hændelse, der kræver indgreb fra Jorden i løbet af en 15-årig periode.
“RAD750-kortet er designet til at kunne rumme alle disse enkeltstående hændelsesvirkninger og overleve dem. Det ultimative mål er, at én forstyrrelse er tilladt i løbet af 15 år. En forstyrrelse betyder en indgriben fra Jorden – én “blå skærm af død” i løbet af 15 år. Vi har typisk kontrakter, der (specificerer) det,” sagde Vic Scuderi BAE Business Manager.
RAD-750 blev frigivet i 2001 og blev opsendt for første gang i 2005 om bord på Deep Impact Spacecraft. CPU’en har 10,4 millioner transistorer. RAD750-processorerne arbejder ved op til 200 megahertz og behandler 400 MIPS. CPU’en har en L1-cachehukommelse på 2 x 32 KB (instruktion + data) – for at forbedre ydeevnen kan der implementeres flere L2-cachelagringsmoduler på 1 MB afhængigt af missionens krav.
RAD750 fungerer ved temperaturer fra -55 °C til 125 °C med et strømforbrug på 10 watt. RAD750-standardsystemet kan tåle 100.000rads.
Datahåndteringssystemet modtager data fra nyttelasten og kan sende kommandoer til nyttelasterne som en del af lagrede operationelle sekvenser. Data fra navigationssensorerne behandles også af datahåndteringssystemerne, som igen kommanderer køretøjets holdningskontrolsystem og fremdriftssystemer. Husholdningsoperationer som f.eks. styring af varmeapparater baseret på temp sensor data og strømstyring udføres også af computersystemet.
Massehukommelseskortet har direkte grænseflade til rumfartøjets telekommunikationssystem for data downlink og kommando uplink.
Kommunikationssystem
Maven-rumfartøjet er udstyret med et kommunikationssystem med høj forstærkning samt et system med lav forstærkning.
MAVENs antenne med høj forstærkning er fastgjort på rumfartøjets +Z-akse og kan ikke flyttes for at følge Jorden af sig selv. Antennen er en parabol med en diameter på 2,1 meter med et X-båndsystem med dobbeltreflektor for at opnå downlink-datahastigheder på op til 550 kb/s. Den er fremstillet af en kevlar honeycomb-kerne mellem to kompositplader. HGA’en er udstyret med Traveling Wave Tube Amplifiers for at generere et stærkt signal, der kan opfanges af Deep Space Network-stationer på Jorden.
Da højforstærkningsantennen er fastgjort på rumfartøjet, skal hele MAVEN-rumfartøjet flyttes for at rette antennen mod Jorden i forbindelse med de regelmæssige kommunikationssessioner, der forventes at vare fem timer to gange om ugen, når fartøjet holder pause fra videnskabelige operationer.
Det lavforstærkede system kræver ingen holdningsændringer, da de to lavforstærkede antenner på MAVEN-rumfartøjet opnår en omnidirektionel dækning ved meget lave datahastigheder. Low-gain-systemet kan bruges til at kommandere uplink og downlink af telemetri med lav datahastighed som f.eks. toner, der anvendes under Mars Orbit Insertion.
Electra UHF Terminal
Ud over sit X-båndskommunikationssystem til at sende signaler til Jorden og modtage signaler hjemmefra er MAVEN udstyret med en Electra UHF-kommunikationsterminal. Electra er blevet brugt på en række tidligere Mars-missioner og er blevet det standardsystem, der bruges til at videresende data fra Mars-rovers.
Electra-terminalen består af UHF-transceivere med to strenge, ultrastabile oscillatorer med to strenge til præcisionsnavigation og positionering på overfladen og en UHF-antenne med lav forstærkning, der peger mod nadir. EUT (Electra UHF-transceiver) er kernen i nyttelasten.
Det er en fuldt rekonfigurerbar, frekvensagil transceiver, der opererer i et frekvensområde fra 390 til 450 MHz. EUT består af fire stablede platforme som led i en modulær designtilgang – en filtrerings- og koblingsenhed, en modtager/modulator, et basbåndprocessormodul og et strømforsyningsmodul med effektforstærker.
Oscilatorerne giver en stabil frekvensreference til EUT og den lille dybrumstransponder samt en envejsdopplerafstandsmulighed. Desuden giver den en stabil tidsreference til rumfartøjet, som bruges til at synkronisere ure om bord med henblik på korrekt tidsmærkning af videnskabs- og telemetri-data.
Electra UHF-antennen er en quadrafilær spiral med tidligere flyvearv.
Electra-enheden er 17 gange 22 gange 14 centimeter stor og vejer 4,9 kg, der er indkapslet i et forgyldt magnesiumchassis. Varmereguleringen sker ved hjælp af varmeafledning gennem enhedens grundinstallationsplade.
Når en Mars Orbiter passerer inden for synsfeltet af en lander eller rover, etablerer de to Electra-enheder på de to køretøjer en kommunikationsforbindelse. På grundlag af geometrien af en given passage overvåger rumfartøjets Electra-enhed signalstyrken fra den jordbaserede terminal for at kommandere den til forskellige datahastigheder under passagen baseret på afstanden mellem de to. Datahastighederne kan være så lave som 1 kbit/s og så høje som 2 048 kbit/s under gunstige forhold. Data, der modtages af Electra-systemet, lagres derefter om bord på rumfartøjet med henblik på downlink til jorden ved hjælp af dets X-båndsystem med høj forstærkning.
Dette giver roverne mulighed for at downlinke store datamængder, herunder videnskabelige data, billeder og køretøjstelemetri, som ikke kan downlinkes via deres eget kommunikationssystem, der kun kan opnå en brøkdel af rumfartøjets datahastighed ved direkte kommunikation til jorden.
Trods sin elliptiske bane er MAVEN blevet anset for at være en god orbiter til UHF-data relay, men at levere Comm Relay under sin videnskabelige mission ville reducere missionens videnskabelige udbytte. Derfor demonstrerer MAVEN en fuld end-to-end-demonstration af Comm Relay, inden videnskabsoperationer påbegyndes.
Den primære videnskabsmission indeholder ingen planlagte relæoperationer, da MAVEN tjener som backup for Mars Reconnaissance Orbiter og Mars Odyssey. I den udvidede videnskabsmission forventer holdene at gøre plads til både videnskabs- og kommunikationsrelæer
Energisystem
MAVEN er udstyret med to udrulningsbare solcellepaneler, der hver består af to paneler. Solcelleanordningerne er faste, og solorientering sker ved at ændre køretøjets holdning. De ydre paneler er installeret i en 20-graders mågevingevinkel i forhold til de indre paneler for at give rumfartøjet aerostabilitet, når det flyver gennem den øverste del af Marsatmosfæren.
Installeret på de to ydre solpaneler er to kileformede dykkerplader, der letter rumfartøjets magnetometre. Med solpanelerne udfoldet spænder MAVEN 11,43 meter fra spids til spids.
De to solcelleanlæg leverer ca. 1.200 watt elektrisk energi, der lagres i to 55 amperetimer-batterier. Dedikeret elektronik distribuerer den elektriske strøm og styrer de to batteriers opladningstilstand. MAVEN bruger en 28-Volt hovedstrømbus.
Articulated Payload Platform
MAVEN har en articulated Payload Platform installeret på en bom for at lette IUVS-, STATIC- og NGIMS-instrumenterne. Platformen kan peges uafhængigt for at give instrumenterne mulighed for at indsamle videnskabelige data i en række forskellige rumfartøjsorienteringer. Platformen er udstyret med en indre og en ydre kardan. Den leddelte nyttelastplatform kan flyttes +/-90 grader i elevation og har en +/-177,5 graders azimutbevægelse.
Instruments
Maven-rumfartøjet medbringer i alt otte instrumenter:
- SupraThermal And Thermal Ion Composition (STATIC)
- Solar Energetic Particle (SEP)
- Solar Wind Electron Analyzer (SWEA)
- Solar Wind Ion Analyzer (SWIA)
- Langmuir Probe and Waves (LPW)
- Magnetometer (MAG)
- Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS)
- Imaging Ultraviolet Spectrometer (IUVS)
>>>>MAVEN Instrument Overview