Informacje o statku kosmicznym – MAVEN

Informacje o statku kosmicznym

Sonda kosmiczna Maven została zbudowana przez Lockheed Martin z wykorzystaniem komponentów i technik dziedzictwa, które latają na Mars Reconnaissance Orbiter i Juno Spacecraft, oba również zbudowane przez LM. MAVEN składa się z sześciennej platformy kosmicznej, która mieści większość systemów kosmicznych i ładunków użytecznych, z których część jest zamontowana na ruchomych wysięgnikach instrumentów. Do głównej platformy przymocowane są również dwie przenośne baterie słoneczne, które również mieszczą instrumenty naukowe.

Sześcienna platforma satelitarna ma wymiary 2,3 na 2,3 na 2 metry i składa się z aluminiowego plastra miodu umieszczonego pomiędzy kompozytowymi płytami wierzchnimi z grafitu. Rdzeniem struktury jest cylinder o średnicy 1,3 metra, który zawiera zbiornik paliwa statku kosmicznego.

Promieniście na cylindrze zamontowane są kompozytowe arkusze, które są przymocowane za pomocą metalowych okuć. Cylinder, promieniste blachy i panele zewnętrzne są używane jako platformy montażowe dla wyposażenia statku kosmicznego i służą jako struktura nośna.

Główna struktura ma masę 125 kilogramów i jest w stanie utrzymać całą masę statku kosmicznego oraz obciążenia występujące podczas startu. MAVEN ma masę 809 kilogramów w stanie suchym.

Ogółem MAVEN ma 3,47 metra wysokości, 2,29 metra szerokości i 11,43 metra długości z rozłożonymi dwoma dużymi panelami słonecznymi. W momencie startu statek kosmiczny waży 2 454 kilogramy.

Duży zbiornik paliwa znajdujący się wewnątrz centralnej tuby mieści cały zapas hydrazyny dla misji MAVEN. Został wyprodukowany przez ATK Aerospace Group z Kalifornii i ma wysokość 1,83 metra, jest w stanie pomieścić 1 640 Kilogramów monopropellantu Hydrazyny do wykorzystania przez system napędowy pojazdu.

Układ napędowy

Układ napędowy rakietyMAVEN jest oparty na systemie opracowanym dla Mars Reconnaissance Orbiter. Wyprodukowany przez Aerojet układ napędowy wykorzystuje łącznie 20 pędników, które są podzielone na trzy grupy – bank sześciu pędników napędu głównego, sześć silników średniego ciągu i osiem pędników kontroli postawy. Wszystkie silniki to silniki katalityczne wykorzystujące paliwo hydrazynowe.

MAVEN jest wyposażony w sześć silników MR-107N zainstalowanych na podstawie statku kosmicznego. Każdy z tych silników zapewnia nominalny ciąg 170 niutonów z możliwością dławienia od 109 do 296 niutonów. Przy sześciu silnikach na nominalnej przepustnicy, MAVEN ma całkowity ciąg 1 020 Newtonów – 104 Kilogramy siły.

MR-107N działa przy ciśnieniu podawania materiału pędnego od 8,2 do 27,8 bara i ciśnieniu w komorze od 4,2 do 11,2 bara, aby wytworzyć impuls właściwy od 229 do 232 sekund. Silnik pobiera od 49 do 131 gramów paliwa na sekundę w zależności od ustawienia siły ciągu. Jego współczynnik rozprężania wynosi 20,7. MR-107N waży 740 gramów, mierzy 22 centymetry długości i 6.6 centymetra średnicy. Zastosowano w nim zawór jednosiedzeniowy firmy Moog. Silnik jest certyfikowany na prawie 1500 cykli pracy.

Napęd główny jest używany przez sondę kosmiczną MAVEN do jej pierwszego dużego manewru Trajectory Correction Maneuver i kluczowego manewru Mars Orbit Insertion Maneuver, jak również wszelkich innych dużych manewrów wymagających dużej delta-v. System paliwowy MAVEN’a działa w trybie regulowanym dla spalania w silniku głównym i w trybie przedmuchiwania dla manewrów postawy z użyciem mniejszych pędników. Do ciśnieniowania zbiornika używany jest hel.

Oprócz napędu głównego, MAVEN jest wyposażony w sześć pędników MR-106E, które są używane do mniejszych korekt trajektorii, manewrów dostosowania orbity oraz do zapewnienia kontroli postawy podczas spalania silnika głównego, takich jak manewr wstawiania.

MR-106E zapewnia 22 niutony ciągu w zakresie operacyjnym od 11,6 do 30,7 niutonów, działając przy ciśnieniu zasilania od 6,9 do 24,1 bara i ciśnieniu w komorze od 4,5 do 12,4 bara.

Pędnik zapewnia impuls właściwy od 229 do 235 sekund. Jego współczynnik rozprężania wynosi 60 i zużywa od 5,0 do 13,1 gramów paliwa na sekundę. MR-106E waży 635 gramów przy długości 18,2 centymetra i średnicy dyszy 3,4 centymetra. Pędnik 22N używa zaworu napędowego Dual Seat. Jest certyfikowany na ponad 50 000 cykli pracy i długie odpalenia do 2 000 sekund, a także na skumulowany czas spalania 4 670 sekund.

Dla mniejszych manewrów kontroli postawy, MAVEN posiada osiem silników MR-103D, z których każdy zapewnia niski ciąg 1 niutona z zakresem operacyjnym od 0,22 do 1,02 niutonów. MR-103D działa przy ciśnieniu podawania materiału pędnego od 6,2 do 27,6 bara i ciśnieniu w komorze od 5,9 do 23,4 bara, ponieważ silnik zużywa od 0,09 do 0,5 grama hydrazyny na sekundę.

Silnik ma współczynnik rozszerzalności 100, ma długość 14,6 centymetra, masę 330 gramów i średnicę 3,4 centymetra. W silniku tym zastosowano również zawór Dual Seat Valve, który zapewnia impuls właściwy od 209 do 224 sekund. MR-103D jest certyfikowany na 275 000 cykli pracy i skumulowany czas spalania 111 godzin wraz z certyfikacją pojedynczego odpalenia na 5 000 sekund.

Nawigacja i kontrola wysokości

MAVEN jest wyposażony w redundantny system czujników słonecznych, który jest używany do obliczania pozycji Słońca, aby skierować baterie słoneczne pojazdu w stronę Słońca w przypadku trybu bezpiecznego pojazdu, aby utrzymać stabilne wytwarzanie energii.

Dwa trackery gwiazd dostarczają precyzyjnych danych nawigacyjnych i orientacyjnych do komputera pokładowego MAVEN. Dane z trackerów gwiazdowych są używane do precyzyjnego wskazywania kierunku na Ziemię w celu komunikacji, na Słońce w celu ładowania baterii i na Marsa w celu prowadzenia operacji naukowych. Urządzenia śledzące gwiazdy dostarczają dziesięć obrazów na sekundę, które są następnie porównywane z katalogiem tysięcy gwiazd w celu określenia orientacji pojazdu w przestrzeni.

Na statku kosmicznym zainstalowano również redundantny system dwóch Inertial Measurement Units. Każda jednostka składa się z trzech żyroskopów z laserem pierścieniowym i trzech akcelerometrów – jeden żyroskop i jeden akcelerometr dla każdej osi do pomiaru. IMU jest używany do precyzyjnego określania przyspieszeń pojazdu podczas spalania silnika i prędkości pojazdu podczas zmian położenia, aby zapewnić precyzyjne możliwości celowania. Dane z akcelerometru mogą być również wykorzystane do pomiaru gęstości atmosfery w górnej części atmosfery marsjańskiej, gdy siły oporu stają się odczuwalne dla statku kosmicznego.

Dane nawigacyjne dostarczane przez uzupełnienie czujników są wykorzystywane przez komputer pokładowy pojazdu do uruchomienia systemu kontroli położenia pojazdu. Do większych manewrów MAVEN używa małych, 1-Newtonowych silników odrzutowych, podczas gdy standardowe sterowanie położeniem pojazdu jest realizowane przez cztery Koła Reakcyjne – trzy na każdą oś obrotu i jedno zapasowe.

Koła są obracane przez silniki elektryczne ze zmienną prędkością, która jest zmieniana podczas wykonywania manewrów. Każdy zespół koła reakcyjnego waży 10 kilogramów, a koła obracają się z prędkością do 6000 obrotów na minutę. Pędniki są używane do okresowej desaturacji momentu pędu – spowalniania kół reakcyjnych i przeciwdziałania powstałej sile za pomocą pędników tak, że koła mogą być następnie przyspieszone podczas standardowych operacji związanych z postawą.

Komputer pokładowy &System Danych

MAVEN jest wyposażony w RAD-750 Central Processing Board, który jest jednokartkowym komputerem wyprodukowanym przez BAE Systems w Manassas, Va. Procesor jest w stanie wytrzymać dawki promieniowania, które są milion razy bardziej ekstremalne niż te, które są uważane za śmiertelne dla ludzi. Sam procesor RAD750 może znieść od 200 000 do 1 000 000 radów. Ponadto RAD750 nie ucierpi więcej niż jedno zdarzenie wymagające interwencji z Ziemi w okresie 15 lat.
„Karta RAD750 została zaprojektowana tak, aby pomieścić wszystkie te efekty pojedynczych zdarzeń i przetrwać je. Ostatecznym celem jest dopuszczenie jednego wstrząsu w ciągu 15 lat. Wzburzenie oznacza interwencję z Ziemi – jeden 'niebieski ekran śmierci’ w ciągu 15 lat. Zazwyczaj mamy kontrakty, które to (określają) – powiedział Vic Scuderi BAE Business Manager.

RAD-750 został wydany w 2001 roku i po raz pierwszy wystrzelony w 2005 roku na pokładzie sondy kosmicznej Deep Impact. Procesor posiada 10,4 miliona tranzystorów. Procesory RAD750 pracują z częstotliwością do 200 megaherców, przetwarzając z prędkością 400 MIPS. Procesor posiada pamięć podręczną L1 o pojemności 2 x 32KB (instrukcje + dane) – w celu zwiększenia wydajności można zaimplementować wiele modułów pamięci podręcznej L2 o pojemności 1MB w zależności od wymagań misji.

RAD750 pracuje w temperaturach od -55°C do 125°C przy poborze mocy 10 W. Standardowy system RAD750 może tolerować 100 000rad.

System Obsługi Danych odbiera dane z ładunku użytecznego i może wysyłać komendy do ładunku użytecznego jako część zapisanych sekwencji operacyjnych. Dane z czujników nawigacyjnych są również przetwarzane przez Systemy Obsługi Danych, które z kolei sterują systemem kontroli położenia i systemami napędowymi pojazdu. Operacje porządkowe, takie jak sterowanie grzejnikami w oparciu o dane z czujników temperatury i zarządzanie energią są również wykonywane przez system komputerowy.
Płyta pamięci masowej bezpośrednio łączy się z systemem telekomunikacyjnym statku kosmicznego w celu przesyłania danych i poleceń.

System łączności

Sonda kosmiczna MAVEN posiada system komunikacyjny o wysokim wzmocnieniu, jak również system o niskim wzmocnieniu.
Antena MAVEN o dużym zysku jest zamocowana na osi +Z statku kosmicznego i nie może być przesuwana, aby samodzielnie śledzić Ziemię. Antena jest anteną o średnicy 2,1 metra z podwójnym odbłyśnikiem systemu X-Band, aby osiągnąć prędkość transmisji danych do 550kb/s. Wykonana jest z rdzenia o strukturze plastra miodu z Kevlaru pomiędzy dwoma kompozytowymi płytami wierzchnimi. HGA posiada wzmacniacze lampowe fali bieżącej, aby wygenerować silny sygnał, który może być odbierany przez stacje Deep Space Network na Ziemi.

Ponieważ antena o dużym zysku jest zamocowana na statku kosmicznym, cały statek kosmiczny MAVEN musi być przesuwany, aby skierować antenę na Ziemię podczas regularnych sesji komunikacyjnych, które mają trwać pięć godzin, dwa razy w tygodniu, kiedy pojazd robi sobie przerwę od operacji naukowych.

System o niskim zysku nie wymaga żadnych zmian położenia, ponieważ dwie anteny o niskim zysku na statku kosmicznym MAVEN osiągają dookólne pokrycie przy bardzo niskich prędkościach transmisji danych. System niskiego zysku może być użyty do sterowania uplink i downlink telemetrii o niskiej szybkości transmisji danych, takich jak tony, które są używane podczas Mars Orbit Insertion.

Electra UHF Terminal

Oprócz systemu komunikacyjnego X-Band do wysyłania sygnałów na Ziemię i odbierania sygnałów z domu, MAVEN jest wyposażony w Electra UHF Communications Terminal. Electra była używana w wielu poprzednich misjach marsjańskich i stała się standardowym systemem używanym do przekazywania danych z łazików marsjańskich.

Terminal Electra składa się z dwuniciowych nadajników UHF, dwuniciowych ultrastabilnych oscylatorów do precyzyjnej nawigacji i pozycjonowania powierzchni oraz anteny UHF o niskim zysku skierowanej na nadir. EUT (Electra UHF Transceiver) jest rdzeniem ładunku użytecznego.

Jest to w pełni rekonfigurowalny, elastyczny pod względem częstotliwości transceiver, który działa w zakresie częstotliwości od 390 do 450 MHz. EUT składa się z czterech platform ułożonych na sobie w ramach modułowego podejścia projektowego – modułu filtrująco-przełączającego, modułu odbiornika/modulatora, modułu procesora pasma podstawowego oraz modułu zasilacza wzmacniacza mocy.

Oscylatory zapewniają stabilne odniesienie częstotliwości dla EUT i małego transpondera głębokiej przestrzeni kosmicznej, jak również jednokierunkową zdolność do pomiaru dopplerowskiego. Zapewniają również stabilne odniesienie czasowe do statku kosmicznego, które jest używane do synchronizacji zegarów pokładowych w celu prawidłowego oznaczania czasu danych naukowych i telemetrycznych.

Antena Electra UHF jest czteropromienistą spiralą z wcześniejszym doświadczeniem lotniczym.

Jednostka Electra ma wymiary 17 na 22 na 14 centymetrów i waży 4,9 kilograma, zamknięta w pozłacanej magnezowej obudowie. Kontrola termiczna jest zapewniona przez odrzucanie ciepła przez podstawową płytę montażową jednostki.

Gdy orbiter marsjański przechodzi w polu widzenia lądownika lub łazika, dwie jednostki Electra w obu pojazdach nawiązują połączenie komunikacyjne. W oparciu o geometrię danego przejścia, jednostka Electra statku kosmicznego monitoruje siłę sygnału terminala naziemnego, aby nakazać mu różne prędkości przesyłu danych podczas przejścia, w zależności od odległości między nimi. Szybkość transmisji danych może być tak niska jak 1kb/s i tak wysoka jak 2,048kb/s w sprzyjających warunkach. Dane odebrane przez system Electra są następnie przechowywane na pokładzie orbitera w celu przesłania ich na ziemię za pomocą systemu X-Band o dużym wzmocnieniu.

Umożliwia to łazikom przesłanie dużych ilości danych, w tym danych naukowych, obrazów i telemetrii pojazdu, które nie mogłyby być przesłane za pomocą ich własnego systemu komunikacyjnego, który może osiągnąć tylko ułamek szybkości transmisji danych orbitera bezpośrednio na Ziemię.

MaVEN, pomimo swojej eliptycznej orbity, został uznany za dobrego orbitera do przekazywania danych UHF, ale zapewnienie Comm Relay podczas misji naukowej zmniejszyłoby zwrot z tej misji. Dlatego MAVEN przeprowadzi pełną demonstrację działania przekaźnika komunikacyjnego przed rozpoczęciem operacji naukowych.

Podstawowa misja naukowa nie obejmuje żadnych planowanych operacji przekaźnikowych, ponieważ MAVEN służy jako wsparcie dla Mars Reconnaissance Orbiter i Mars Odyssey. W rozszerzonej misji naukowej, zespoły spodziewają się zrobić miejsce dla obu, nauki i komunikacji przekaźnika

System zasilania

MAVEN posiada dwa rozmieszczane tablice słoneczne, każdy składający się z dwóch paneli. Są one zamontowane na stałe, a ustawienie ich w kierunku słońca uzyskuje się poprzez zmianę położenia pojazdu. Zewnętrzne panele są zainstalowane pod kątem 20 stopni w stosunku do paneli wewnętrznych, aby zapewnić aerostabilność statku kosmicznego podczas lotu przez górną część atmosfery marsjańskiej.

Zainstalowane na dwóch zewnętrznych panelach słonecznych są dwie klinowe płyty nurkujące, które ułatwiają pracę magnetometrów statku kosmicznego. Po rozłożeniu paneli słonecznych, MAVEN ma 11,43 metra rozpiętości od czubka do czubka.

Dwie baterie słoneczne dostarczają około 1200 watów energii elektrycznej, która jest przechowywana w dwóch 55-amperogodzinnych akumulatorach. Dedykowana elektronika rozdziela energię elektryczną i kontroluje stan naładowania obu akumulatorów. MAVEN korzysta z 28-woltowej głównej szyny zasilającej.

Articulated Payload Platform

MAVEN posiada Articulated Payload Platform zainstalowaną na wysięgniku, aby ułatwić pracę z instrumentami IUVS, STATIC i NGIMS. Platforma może być skierowana niezależnie, aby umożliwić instrumentom zbieranie danych naukowych w różnych orientacjach statku kosmicznego. Platforma wyposażona jest w wewnętrzny i zewnętrzny gimbal. The Articulated Payload Platform może być przesuwana o +/-90 stopni w elewacji i ma +/-177,5-stopniowy skok azymutu.

Instruments

Sonda kosmiczna MAVEN przenosi w sumie osiem instrumentów:

• SupraThermal And Thermal Ion Composition (STATIC)
• Solar Energetic Particle (SEP)
• Solar Wind Electron Analyzer (SWEA)
• Solar Wind Ion Analyzer (SWIA)
• Langmuir. Sonda i fale (LPW)
• Magnetometr (MAG)
• Spektrometr masowy gazów obojętnych i jonów (NGIMS)
• Widoczny spektrometr ultrafioletowy (IUVS)

>>>Przegląd instrumentówMAVEN

.