A nave espacial Maven foi construída pela Lockheed Martin utilizando componentes e técnicas de herança que estão voando no Orbital de Reconhecimento de Marte e na nave espacial Juno, ambas também construídas pela LM. MAVEN consiste em uma plataforma cúbica que hospeda a maior parte dos sistemas e cargas úteis das naves espaciais, algumas das quais são montadas em plataformas de instrumentos destacáveis. Também anexados à plataforma principal estão duas matrizes solares destacáveis que também hospedam instrumentos científicos.
A plataforma satélite cúbica é de 2,3 por 2,3 por 2 metros de tamanho, consistindo de colméias de alumínio colméia ensanduichadas entre folhas de grafite composta. O núcleo da estrutura é um cilindro de 1,3 metros de diâmetro que envolve o tanque de propulsão da nave espacial.
Montado radialmente sobre o cilindro são placas compostas que são fixadas usando acessórios metálicos. O cilindro, as chapas radiais e os painéis exteriores são utilizados como plataformas de montagem dos equipamentos da espaçonave e servem como estrutura de suporte de carga.
A estrutura primária tem uma massa de 125 Kilogramas e é capaz de suportar toda a massa da espaçonave e cargas experimentadas durante o lançamento. MAVEN tem um peso seco de 809 Kilogramas.
Overall, MAVEN tem 3,47 metros de altura, 2,29 metros de largura e 11,43 metros de comprimento com os seus dois grandes painéis solares implantados. No lançamento, a nave pesa 2.454 Kilogramas.
O grande tanque de propulsão localizado no interior do tubo central contém todo o fornecimento de hidrazina para a missão MAVEN. Foi fabricado pela ATK Aerospace Group, Califórnia, e tem 1,83 metros de altura, capaz de armazenar 1.640 Kilogramas de monopropulsor de hidrazina para uso pelo sistema de propulsão do veículo.
Sistema de propulsão
Sistema de propulsão do MAVEN é baseado no sistema desenvolvido para o Mars Reconnaissance Orbiter. O sistema de propulsão fabricado pela Aerojet utiliza um total de 20 propulsores que estão divididos em três grupos – um banco de seis propulsores principais, seis motores de propulsão de impulso médio e oito propulsores de controlo de atitude. Todos os motores são propulsores catalíticos que utilizam monopropulsor Hydrazine.
MAVEN está equipado com um total de seis propulsores MR-107N instalados na base da nave espacial. Cada um destes motores fornece um impulso nominal de 170 Newtons com uma capacidade de aceleração de 109 a 296 Newtons. Com os seis motores no acelerador nominal, MAVEN tem um impulso total de 1.020 Newtons – 104 Kilogramas de força.
MR-107N opera com uma pressão de alimentação do propulsor de 8,2 a 27,8 bar e uma pressão de câmara de 4,2 a 11,2 bar para criar um impulso específico de 229 a 232 segundos. O motor ingere 49 a 131 gramas de combustível por segundo, dependendo do ajuste do impulso. Ele tem uma taxa de expansão de 20,7. O MR-107N pesa 740 gramas, medindo 22 centímetros de comprimento e 6,6 centímetros de diâmetro. Utiliza uma Válvula Moog de Sede Única. O motor é certificado para quase 1.500 ciclos de trabalho.
O sistema de propulsão principal é utilizado pela nave espacial MAVEN para a sua primeira grande Manobra de Correcção de Trajectória e a crucial Manobra de Inserção da Órbita de Marte, bem como quaisquer outras grandes manobras que exijam um grande delta-v. O sistema propulsor MAVEN opera em modo regulado para queimaduras do motor principal e em modo de sopro para manobras de atitude utilizando os propulsores mais pequenos. O hélio é usado para pressurização de tanques.
Além do seu sistema de propulsão principal, MAVEN está equipado com seis propulsores MR-106E que são usados para correções de trajetória menores, manobras de ajuste de órbita e para proporcionar controle de atitude durante queimaduras no motor principal, como a manobra de inserção.
MR-106E fornece 22-Newtons de impulso com uma faixa operacional de 11,6 a 30,7 Newtons operando a uma pressão de alimentação de 6,9 a 24,1 bar e pressão de câmara de 4,5 a 12,4 bar.
O propulsor fornece um impulso específico de 229 a 235 segundos. Tem uma taxa de expansão de 60 e consome 5,0 a 13,1 gramas de propulsor por segundo. MR-106E pesa 635 gramas com um comprimento de 18,2 centímetros e um diâmetro de bico de 3,4 centímetros. O propulsor 22N utiliza uma válvula propulsora de Sede Dupla. É certificada para mais de 50.000 ciclos de trabalho e queima prolongada de até 2.000 segundos, bem como um tempo de queima acumulado de 4.670 segundos.
Para manobras menores de controle de atitude, MAVEN possui oito propulsores MR-103D, cada um fornecendo um impulso baixo de 1 Newton com uma faixa operacional de 0,22 a 1,02 Newtons. MR-103D opera com uma pressão de alimentação do propulsor de 6,2 a 27,6 bar e uma pressão de câmara de 5,9 a 23,4 bar, já que o motor usa 0,09 a 0,5 gramas de Hydrazine por segundo.
O motor tem uma razão de expansão de 100 sendo 14,6 centímetros de comprimento com uma massa de 330 gramas e um diâmetro de 3,4 centímetros. Uma Válvula de Sede Dupla também é utilizada neste motor que proporciona um impulso específico de 209 a 224 segundos. O MR-103D é certificado para 275.000 ciclos de funcionamento e um tempo de queima acumulado de 111 horas juntamente com uma única certificação de queima de 5.000 segundos.
MAVEN está equipado com um sistema de sensor solar redundante que é usado para calcular a posição do sol para apontar as matrizes solares do veículo em direção ao sol no caso do modo seguro do veículo para manter a geração estável de energia.
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Dois rastreadores estelares fornecem os dados precisos de navegação e orientação para o computador de bordo do MAVEN. Os dados do rastreador estelar são usados para apontar com precisão para a Terra para comunicações, para o sol para carregamento da bateria e para Marte para operações científicas. Os rastreadores estelares fornecem dez imagens por segundo que são depois comparadas com um catálogo de milhares de estrelas para determinar a orientação do veículo no espaço.
Um sistema redundante de duas Unidades de Medição Inercial também é instalado na nave espacial. Cada unidade é composta por três giroscópios laser-anelar e três acelerômetros – um giroscópio e um acelerômetro para cada eixo a medir. A IMU é utilizada para determinar com precisão as acelerações do veículo durante as queimas do motor e as taxas do veículo durante as mudanças de atitude para fornecer a capacidade de apontar com precisão. Os dados do acelerômetro também podem ser utilizados para medir a densidade atmosférica na parte mais alta da atmosfera marciana, à medida que as forças de arraste se tornam perceptíveis para a espaçonave.
Os dados de navegação fornecidos pelo complemento do sensor são utilizados pelo computador de bordo do veículo para acionar o sistema de controle de atitude do veículo. Para uma maior manobra de atitude, o MAVEN utiliza os seus pequenos propulsores de 1-Newton enquanto o controlo de atitude do veículo standard é realizado por quatro Rodas de Reacção – três para cada eixo rotativo mais um de reserva.
As rodas são rodadas por motores eléctricos a velocidade variável que é alterada quando se efectuam manobras de atitude. Cada conjunto de rodas de reação pesa 10 quilos e as rodas giram tão rápido quanto 6.000 rpm. Os propulsores são usados para a dessaturação periódica do momento angular – diminuindo a velocidade das rodas de reação e contrapondo a força resultante com os propulsores para que as rodas possam ser aceleradas durante as operações de atitude padrão.
Computador de luz & Sistema de dados
MAVEN está equipado com uma placa de processamento central RAD-750 que é um computador de placa única fabricado pela BAE Systems em Manassas, Va. O processador pode suportar doses de radiação que são um milhão de vezes mais extremas do que o que é considerado fatal para os seres humanos. A própria CPU RAD750 pode tolerar de 200.000 a 1.000.000 rads. Além disso, o RAD750 não sofrerá mais de um evento que exija intervenções da Terra durante um período de 15 anos.
“A placa RAD750 foi projetada para acomodar todos aqueles efeitos de um único evento e sobreviver a eles. O objetivo final é uma perturbação é permitida em 15 anos. Um transtorno significa uma intervenção da Terra – uma “tela azul da morte” em 15 anos. Normalmente temos contratos que (especifique) isso”, disse Vic Scuderi BAE Business Manager.
RAD-750 foi lançado em 2001 e fez seu primeiro lançamento em 2005 a bordo da nave espacial Deep Impact Spacecraft. A CPU tem 10,4 milhões de transistores. Os processadores RAD750 operam em até 200 megahertz, processando a 400 MIPS. A CPU tem uma memória cache L1 de 2 x 32KB (instrução + dados) – para melhorar o desempenho, vários módulos cache L2 de 1MB podem ser implementados dependendo dos requisitos da missão.
RAD750 opera a temperaturas de -55°C a 125°C com um consumo de energia de 10 Watts. O sistema padrão RAD750 pode tolerar 100.000rads.
O Sistema de Tratamento de Dados recebe dados da carga útil e pode enviar comandos para as cargas úteis como parte das sequências operacionais armazenadas. Os dados dos sensores de navegação também são processados pelos Sistemas de Tratamento de Dados que, por sua vez, comandam o sistema de controlo de atitude e os sistemas de propulsão do veículo. Operações de manutenção como o comando de aquecedores baseados em dados de sensores de temperatura e gerenciamento de energia também é realizado pelo sistema de computador.
A Placa de Memória de Massa faz interface direta com o sistema de Telecom da espaçonave para downlink de dados e comando uplink.
Sistema de Comunicações
A nave espacial MAVEN possui um sistema de comunicações de alto ganho, bem como um sistema de baixo ganho.
A antena de alto ganho MAVEN é fixada no eixo +Z da nave espacial e não pode ser movida para seguir a Terra sozinha. A antena é um prato de 2,1 metros de diâmetro com um sistema dual-reflector de banda X para alcançar taxas de dados de downlink de até 550kb/s. Ela é feita de um núcleo de favo de mel Kevlar entre duas folhas de face composta. O HGA possui Amplificadores de Tubo de Onda Viajante para gerar um sinal forte que pode ser captado pelas Estações da Rede Espacial Profunda na Terra.
Porque a antena de alto ganho é fixada na espaçonave, toda a espaçonave MAVEN tem que ser movida para apontar a antena para a Terra para suas sessões regulares de comunicação que são esperadas de cinco horas de duração, duas vezes por semana quando o veículo está fazendo uma pausa nas operações científicas.
O sistema de baixo ganho não requer nenhuma mudança de atitude já que as duas antenas de baixo ganho na nave espacial MAVEN alcançam uma cobertura omnidirecional com taxas de dados muito baixas. O sistema de baixo ganho pode ser usado para comandar ligações ascendentes e descendentes de telemetria de baixa taxa de dados, tais como tons que são usados durante a inserção da órbita de Marte.
Electra UHF Terminal
Além do seu sistema de comunicações de banda X para transmitir sinais para a Terra e receber sinais de casa, o MAVEN está equipado com um Terminal de Comunicações UHF da Electra. A Electra foi utilizada em várias missões anteriores da Mars e tornou-se o sistema padrão utilizado para retransmitir dados dos rovers da Mars.
O terminal Electra consiste em Transceptores UHF de fio duplo, osciladores ultra-estáveis de fio duplo para navegação precisa e posicionamento de superfície e uma antena UHF de baixo ganho que aponta nadir. O EUT (Transceptor UHF Electra) é o núcleo da carga útil.
É um transceptor totalmente configurável, de freqüência ágil que opera em uma faixa de freqüência de 390 a 450 MHz. O EUT é composto de quatro plataformas empilhadas como parte de uma abordagem de projeto modular – uma unidade de filtragem e comutação, um receptor/modulador, um módulo processador de banda de base e um módulo amplificador de potência.
Os osciladores fornecem uma referência de frequência estável para o EUT e o Transponder de Pequeno Espaço Profundo, bem como uma capacidade de alcance de Doppler unidirecional. Além disso, ele fornece uma referência de tempo estável para a nave espacial que é usada para sincronizar relógios a bordo para uma marcação de tempo adequada da ciência e dados de telemetria.
A antena UHF Electra é uma hélice quadrafilar com herança de vôo anterior.
A unidade Electra tem 17 por 22 por 14 centímetros de tamanho, pesando 4,9 Kilogramas, encerrada em um chassi de magnésio banhado a ouro. O controle térmico é fornecido pela rejeição de calor através da placa de instalação base da unidade.
Quando um Orbiter de Marte passa dentro do campo de visão de um aterrissador ou rover, as duas unidades Electra nos dois veículos estabelecem uma ligação de comunicação. Com base na geometria de um determinado passe, a unidade Electra monitora a força do sinal do terminal terrestre para comandá-lo a diferentes taxas de dados durante o passe, com base na distância entre os dois. As taxas de dados podem ser tão baixas quanto 1kb/s e tão altas quanto 2.048kb/s em condições favoráveis. Os dados recebidos pelo sistema Electra são então armazenados a bordo do orbital para downlink até o solo usando seu sistema de banda X de alto ganho.
Isso permite que os rovers façam downlink de grandes volumes de dados, incluindo dados científicos, imagens e telemetria de veículos que não poderiam ser downlinkados através de seu próprio sistema de comunicação que só pode alcançar uma fração da taxa de dados de comunicação direta do orbital com a Terra.
Embora a sua órbita elíptica, MAVEN tem sido considerado um bom orbitador para o retransmissor de dados UHF, mas fornecer o retransmissor de comunicações durante a sua missão científica reduziria o retorno científico da missão. É por isso que MAVEN demonstra uma demonstração completa end-to-end do Comm Relay antes de iniciar as operações científicas.
A missão científica principal não apresenta nenhuma operação de relé planeada, uma vez que MAVEN serve como backup para o Mars Reconnaissance Orbiter e Mars Odyssey. Na missão científica alargada, as equipas esperam criar espaço para ambos, o relé de ciência e comunicações
Sistema de energia
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MAVEN apresenta duas matrizes solares destacáveis, cada uma constituída por dois painéis. As matrizes solares são fixas e a orientação para o sol é feita através da mudança de atitude do veículo. Os painéis externos são instalados em um ângulo de asa de gaivota de 20 graus em relação aos painéis internos para fornecer aerostabilidade à espaçonave quando ela voa através da parte mais alta da Atmosfera Marciana.
Instalados nos dois painéis solares externos são duas placas de mergulho em forma de cunha que facilitam os magnetômetros da espaçonave. Com as matrizes solares implantadas, MAVEN estende-se de 11,43 metros de ponta a ponta.
As duas matrizes solares fornecem cerca de 1.200 Watts de energia eléctrica que é armazenada em duas baterias de 55-Amp-horas. A electrónica dedicada distribui energia eléctrica e controla o estado de carga das duas baterias. MAVEN utiliza um barramento de energia principal de 28 Volts.
Plataforma Articulada de Carga Paga
MAVEN tem uma Plataforma Articulada de Carga Paga instalada em uma lança para facilitar os instrumentos IUVS, STATIC e NGIMS. A plataforma pode ser apontada independentemente para permitir que seus instrumentos reúnam dados científicos em uma variedade de orientações de naves espaciais. A plataforma é equipada com um gimbal interno e um gimbal externo. A Plataforma Articulada de Carga Paga pode ser movida +/-90 graus de elevação e tem um curso de +/-177,5 graus de azimute.
Instruments
A nave espacial MAVEN transporta um total de oito instrumentos:
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- Composição de íons siderais e térmicos (STATIC)
- Partícula energética solar (SEP)
- Analizador de íons eólicos solares (SWEA)
- Analizador de íons eólicos solares (SWIA)
- Langmuir Sonda e Ondas (LPW)
- Magnetómetro (MAG)
- Neutro Espectrómetro de Massa de Gás e Iões (NGIMS)
- Espectómetro de Imagem Ultravioleta (IUVS)
>>>MAVEN Visão Geral do Instrumento