Ruimtevaartuiginformatie
Het Maven-ruimtevaartuig is gebouwd door Lockheed Martin, dat gebruikmaakt van componenten en technieken uit het verleden die ook worden gebruikt in de Mars Reconnaissance Orbiter en het Juno-ruimtevaartuig, die beide ook door LM zijn gebouwd. MAVEN bestaat uit een kubusvormig ruimtevaartuigplatform dat plaats biedt aan het grootste deel van de ruimtevaartsystemen en de nuttige lading, waarvan sommige gemonteerd zijn op uitrolbare instrumentengieken. Het kubusvormige satellietplatform is 2,3 bij 2,3 bij 2 meter groot en bestaat uit aluminium honingraat ingeklemd tussen grafietcomposietplaten. De kern van de structuur is een cilinder met een diameter van 1,3 meter die de stuwstoftank van het ruimtevaartuig omsluit.
Radiaal op de cilinder gemonteerd zijn composietplaten die met metalen fittingen zijn bevestigd. De cilinder, de radiale platen en de buitenpanelen worden gebruikt als montageplatforms voor de uitrusting van het ruimtevaartuig en dienen als dragende structuur.
De primaire structuur heeft een massa van 125 Kilogram en is in staat om de volledige massa van het ruimtevaartuig en de belastingen tijdens de lancering te dragen. MAVEN heeft een droog gewicht van 809 Kilogram.
Over het geheel genomen is MAVEN 3,47 meter hoog, 2,29 meter breed en 11,43 meter lang met zijn twee grote zonnepanelen uitgezet. Bij de lancering weegt het ruimtevaartuig 2.454 Kilogram.
De grote stuwstoftank die zich in de centrale buis bevindt, bevat de volledige Hydrazine-voorraad voor de MAVEN-missie. Hij is vervaardigd door ATK Aerospace Group, Californië, en is 1,83 meter hoog, en kan 1.640 kilogram Hydrazine monopropellant bevatten voor gebruik door het voortstuwingssysteem van het voertuig.
Voortstuwingssysteem
MAVEN’s voortstuwingssysteem is gebaseerd op het systeem dat is ontwikkeld voor de Mars Reconnaissance Orbiter. Het door Aerojet vervaardigde voortstuwingssysteem maakt gebruik van in totaal 20 stuwraketten die zijn verdeeld in drie groepen – een bank van zes hoofdvoortstuwingsstuwraketten, zes motoren met middelhoge stuwkracht en acht standregelingsstuwraketten. Alle motoren zijn katalytische stuwraketten die Hydrazine monopropellant gebruiken.
MAVEN is uitgerust met een totaal van zes MR-107N stuwraketten geïnstalleerd op de basis van het ruimtevaartuig. Elk van deze motoren levert een nominale stuwkracht van 170 Newton met een gaspedaal mogelijkheid van 109 tot 296 Newton. Met de zes motoren op nominaal gas, heeft MAVEN een totale stuwkracht van 1.020 Newton – 104 Kilogram-kracht.
MR-107N werkt bij een stuwstofaanvoerdruk van 8,2 tot 27,8 bar en een kamerdruk van 4,2 tot 11,2 bar om een specifieke impuls van 229 tot 232 seconden te creëren. De motor verbruikt 49 tot 131 gram brandstof per seconde, afhankelijk van de ingestelde stuwkracht. Hij heeft een expansieverhouding van 20,7. De MR-107N weegt 740 gram en is 22 centimeter lang en 6,6 centimeter in diameter. Hij maakt gebruik van een Moog Single Seat Valve. De motor is gecertificeerd voor bijna 1.500 duty cycles.
Het hoofdvoortstuwingssysteem wordt door het MAVEN-ruimtevaartuig gebruikt voor zijn eerste grote Trajectory Correction Maneuver en de cruciale Mars Orbit Insertion Maneuver, evenals alle andere grote manoeuvres die een grote delta-v vereisen. Het stuwstofsysteem van MAVEN werkt in de geregelde modus voor de hoofdmotoren en in de blowdown-modus voor standmanoeuvres met de kleinere stuwraketten. Helium wordt gebruikt om de tank onder druk te zetten.
Naast het hoofdvoortstuwingssysteem is MAVEN uitgerust met zes MR-106E stuwraketten die worden gebruikt voor kleinere trajectcorrecties, baanaanpassingsmanoeuvres en om standregeling te bieden tijdens het branden van de hoofdmotor, zoals de invoegmanoeuvre.
MR-106E levert 22-Newton stuwkracht met een operationeel bereik van 11,6 tot 30,7 Newton werkend bij een voedingsdruk van 6,9 tot 24,1 bar en kamerdruk van 4,5 tot 12,4 bar.
De stuwraket levert een specifieke impuls van 229 tot 235 seconden. Hij heeft een expansieverhouding van 60 en verbruikt 5,0 tot 13,1 gram stuwstof per seconde. MR-106E weegt 635 gram met een lengte van 18,2 centimeter en een straalpijpdiameter van 3,4 centimeter. De 22N thruster maakt gebruik van een Dual Seat prop valve. Hij is gecertificeerd voor meer dan 50.000 bedrijfscycli en lange vuren tot 2.000 seconden, evenals een cumulatieve brandtijd van 4.670 seconden.
Voor kleinere standregelingsmanoeuvres beschikt MAVEN over acht MR-103D stuwraketten die elk een lage stuwkracht van 1 Newton leveren met een operationeel bereik van 0,22 tot 1,02 Newton. MR-103D werkt bij een stuwstof toevoerdruk van 6,2 tot 27,6 bar en een kamerdruk van 5,9 tot 23,4 bar omdat de motor 0,09 tot 0,5 gram Hydrazine per seconde gebruikt.
De motor heeft een expansieverhouding van 100 en is 14,6 centimeter lang met een massa van 330 gram en een diameter van 3,4 centimeter. Een Dual Seat Valve wordt ook gebruikt op deze motor die een specifieke impuls geeft van 209 tot 224 seconden. MR-103D is gecertificeerd voor 275.000 bedrijfscycli en een cumulatieve brandduur van 111 uur, samen met een certificering voor eenmalige ontsteking van 5.000 seconden.
MAVEN is uitgerust met een redundant zonnesensorsysteem dat wordt gebruikt om de positie van de zon te berekenen en de zonnepanelen van het voertuig op de zon te richten in het geval van een veilige modus van het voertuig om een stabiele energieopwekking te behouden.
Twee sterrentrackers leveren de nauwkeurige navigatie- en oriëntatiegegevens aan de boordcomputer van MAVEN. De gegevens van de sterrenspoorders worden gebruikt om nauwkeurig naar de aarde te richten voor communicatie, naar de zon voor het opladen van de batterijen en naar Mars voor wetenschappelijke activiteiten. De sterrenspoorders leveren tien beelden per seconde die vervolgens worden vergeleken met een catalogus van duizenden sterren om de oriëntatie van het voertuig in de ruimte te bepalen.
Een redundant systeem van twee traagheidsmeeteenheden is ook op het ruimtevaartuig geïnstalleerd. Elke eenheid bestaat uit drie ringlaser-gyroscopen en drie versnellingsmeters – één gyroscoop en één versnellingsmeter voor elke te meten as. De IMU wordt gebruikt om nauwkeurig de versnellingen van het voertuig te bepalen tijdens het branden van de motoren en de snelheid van het voertuig tijdens houdingsveranderingen om nauwkeurig te kunnen richten. Accelerometer gegevens kunnen ook worden gebruikt om de dichtheid van de atmosfeer te meten in het bovenste gedeelte van de Martiaanse atmosfeer als de luchtweerstand merkbaar wordt voor het ruimtevaartuig.
Navigatie gegevens geleverd door de sensor aanvulling wordt gebruikt door de vluchtcomputer van het voertuig om het standregelsysteem van het voertuig te bedienen. Voor grotere stand manoeuvres, gebruikt MAVEN zijn kleine 1-Newton stuwraketten, terwijl standaard voertuig richten en stand controle wordt bereikt door vier Reaction Wheels – drie voor elke rotatie-as plus een reserve.
De wielen worden gesponnen door elektromotoren op variabele snelheid die wordt gewijzigd bij het maken van stand manoeuvres. Elke Reaction Wheel assemblage weegt 10 kilogram en de wielen draaien zo snel als 6.000 rpm. De stuwraketten worden gebruikt voor periodieke hoekmoment- desaturatie – het afremmen van de reactie wielen en het tegengaan van de resulterende kracht met de stuwraketten, zodat de wielen vervolgens kunnen worden versneld tijdens standaard stand operaties.
Flight Computer & Data System
MAVEN is uitgerust met een RAD-750 Central Processing Board, een computer met één kaart die is vervaardigd door BAE Systems in Manassas, Va. De processor kan stralingsdoses verdragen die een miljoen keer extremer zijn dan wat voor mensen als dodelijk wordt beschouwd. De RAD750 CPU zelf kan 200.000 tot 1.000.000 rads verdragen. Ook zal de RAD750 niet meer dan één gebeurtenis meemaken die over een periode van 15 jaar interventies vanaf de Aarde vereist.
“De RAD750-kaart is ontworpen om al die enkelvoudige gebeurtenissen aan te kunnen en te overleven. Het uiteindelijke doel is dat er één storing in 15 jaar wordt toegestaan. Een storing betekent een interventie van de Aarde – één ‘blauw scherm van de dood’ in 15 jaar. We hebben meestal contracten die dat (specificeren),” zei Vic Scuderi BAE Business Manager.
RAD-750 werd uitgebracht in 2001 en maakte zijn eerste lancering in 2005 aan boord van het Deep Impact-ruimtevaartuig. De CPU heeft 10,4 miljoen transistors. De RAD750-processoren werken tot 200 megahertz en verwerken met 400 MIPS. De CPU heeft een L1 cache geheugen van 2 x 32KB (instructie + data) – om de prestaties te verbeteren kunnen meerdere 1MB L2 cache modules worden geïmplementeerd afhankelijk van de missie eisen.
RAD750 werkt bij temperaturen van -55°C tot 125°C met een stroomverbruik van 10 Watt. Het standaard RAD750 systeem kan 100.000 rads verdragen.
Het Data Handling System ontvangt gegevens van de payload en kan commando’s naar de payloads sturen als onderdeel van opgeslagen operationele sequenties. De gegevens van de navigatiesensoren worden eveneens verwerkt door het Data Handling System, dat op zijn beurt het standregelsysteem en de voortstuwingssystemen van het voertuig aanstuurt. Ook huishoudelijke taken, zoals het aansturen van verwarmingselementen op basis van temperatuursensorgegevens en energiebeheer, worden door het computersysteem uitgevoerd.
Het massageheugenbord heeft een directe interface met het telecommunicatiesysteem van het ruimtevaartuig voor gegevensdownlink en opdrachtuplink.
Communicatiesysteem
Het MAVEN-ruimtevaartuig heeft zowel een high-gain communicatiesysteem als een low-gain systeem.
De high-gain antenne van MAVEN is bevestigd op de +Z-as van het ruimtevaartuig en kan niet worden verplaatst om de aarde zelf te volgen. De antenne is een 2,1-meter diameter schotel met een dual-reflector X-Band systeem om downlink datasnelheden te bereiken tot 550kb / s. Hij is gemaakt van een Kevlar-honingraatkern tussen twee composietplaten. De HGA is voorzien van Traveling Wave Tube Amplifiers om een sterk signaal op te wekken dat kan worden opgepikt door Deep Space Network Stations op aarde.
Omdat de high-gain antenne op het ruimtevaartuig is bevestigd, moet het hele MAVEN-ruimtevaartuig worden verplaatst om de antenne op de aarde te richten voor de regelmatige communicatiesessies die naar verwachting vijf uur zullen duren, twee keer per week wanneer het voertuig een pauze neemt van wetenschappelijke operaties.
Het low-gain systeem vereist geen attitudewijzigingen aangezien de twee low-gain antennes op het MAVEN-ruimtevaartuig een omnidirectionele dekking bereiken bij zeer lage datasnelheden. Het low-gain systeem kan worden gebruikt voor uplink en downlink van lage datasnelheid telemetrie zoals tonen die worden gebruikt tijdens Mars Orbit Insertion.
Electra UHF Terminal
Naast zijn X-Band communicatiesysteem om signalen naar de aarde te zenden en signalen van thuis te ontvangen, is MAVEN uitgerust met een Electra UHF Communications Terminal. Electra is gebruikt op een aantal eerdere Marsmissies en is het standaardsysteem geworden voor het doorgeven van gegevens van Mars-rovers.
De Electra-terminal bestaat uit twee string UHF-zendontvangers, twee string ultrastabiele oscillatoren voor precisienavigatie en oppervlaktepositionering en een low gain UHF-antenne die nadir is gericht. De EUT (Electra UHF Transceiver) is de kern van de payload.
Het is een volledig herconfigureerbare, frequentie-agile transceiver die werkt in een frequentiebereik van 390 tot 450 MHz. De EUT bestaat uit vier gestapelde platforms als onderdeel van een modulaire ontwerpbenadering – een filter- en schakeleenheid, een ontvanger/modulator, een basisband-processormodule en een voedingsmodule met versterker.
De oscillatoren leveren een stabiele frequentiereferentie voor de EUT en de Small Deep Space Transponder, alsmede een eenrichtings Doppler ranging-mogelijkheid. Ook levert het een stabiele tijdreferentie naar het ruimtevaartuig dat wordt gebruikt om klokken aan boord te synchroniseren voor de juiste tijd-tagging van wetenschap en telemetrie data.
De Electra UHF antenne is een quadrafilar helix met eerdere vlucht erfenis.
De Electra Unit is 17 bij 22 bij 14 centimeter in omvang en weegt 4,9 Kilogram ingesloten in een verguld magnesium chassis. De thermische controle wordt verstrekt door hitteverwerping door de basisinstallatieplaat van de eenheid.
Als een Mars Orbiter binnen het gezichtsveld van een lander of rover passeert, brengen de twee Electra-eenheden op de twee voertuigen een communicatieverbinding tot stand. Gebaseerd op de geometrie van een gegeven passage, controleert de ruimtevaartuig Electra-eenheid de signaalsterkte van de terminal op de grond om het verschillende datasnelheden te geven tijdens de passage op basis van de afstand tussen de twee. Datasnelheden kunnen zo laag zijn als 1kb/s en zo hoog als 2.048kb/s in gunstige omstandigheden. Gegevens die worden ontvangen door het Electra systeem worden vervolgens opgeslagen aan boord van de orbiter voor downlink naar de grond met behulp van zijn high-gain X-Band systeem.
Dit stelt rovers in staat om grote hoeveelheden gegevens, waaronder wetenschappelijke gegevens, beelden en voertuig telemetrie die niet kunnen worden gedownlinked via hun eigen communicatiesysteem dat slechts een fractie van de orbiter’s directe naar de aarde communicatie datasnelheid kan bereiken downlinked.
Ondanks zijn elliptische baan wordt MAVEN beschouwd als een goede orbiter voor UHF-datarelais, maar het verstrekken van Comm Relay tijdens zijn wetenschappelijke missie zou de wetenschappelijke opbrengst van de missie verminderen. Daarom demonstreert MAVEN een volledige end-to-end demonstratie van Comm Relay voordat de wetenschappelijke operaties beginnen.
De primaire wetenschapsmissie bevat geen geplande relaisoperaties, omdat MAVEN dient als back-up voor de Mars Reconnaissance Orbiter en Mars Odyssey. In de verlengde wetenschappelijke missie, verwachten de teams ruimte te maken voor beide, wetenschap en communicatie relay
Power System
MAVEN heeft twee inzetbare zonnepanelen, elk bestaande uit twee panelen. De zonnepanelen zijn vast en de zon wordt gericht door de stand van het voertuig te wijzigen. De buitenste panelen zijn geïnstalleerd onder een hoek van 20 graden met de binnenste panelen om aerostabiliteit te bieden aan het ruimtevaartuig wanneer het door het bovenste gedeelte van de Martiaanse atmosfeer vliegt.
Geïnstalleerd op de twee buitenste zonnepanelen zijn twee wigvormige duikplanken die de magnetometers van het ruimtevaartuig vergemakkelijken. Met de zonnepanelen uitgezet, overspant MAVEN 11,43 meter van punt tot punt.
De twee zonnepanelen leveren ongeveer 1.200 Watt elektrisch vermogen dat wordt opgeslagen in twee accu’s van 55 Ampère. Speciale elektronica verdeelt het elektrisch vermogen en controleert de laadtoestand van de twee batterijen. MAVEN gebruikt een 28-Volt hoofdvoedingsbus.
Articulated Payload Platform
MAVEN heeft een Articulated Payload Platform geïnstalleerd op een boom om de IUVS, STATIC en NGIMS instrumenten te faciliteren. Het platform kan onafhankelijk worden gericht om de instrumenten in staat te stellen wetenschappelijke gegevens te verzamelen in een verscheidenheid van ruimtevaart oriëntaties. Het platform is uitgerust met een binnenste en een buitenste gimbal. Het platform kan +/-90 graden in hoogte worden bewogen en heeft een azimutstand van +/-177,5 graden.
Instruments
Het MAVEN-ruimtevaartuig bevat in totaal acht instrumenten:
- 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