Nava spațială Maven a fost construită de Lockheed Martin utilizând componente și tehnici de patrimoniu care zboară pe Mars Reconnaissance Orbiter și pe nava spațială Juno, ambele construite tot de LM. MAVEN constă într-o platformă spațială cubică care găzduiește cea mai mare parte a sistemelor și a încărcăturilor utile ale navei spațiale, dintre care unele sunt montate pe brațe de instrumente detașabile. De asemenea, pe platforma principală sunt atașate două panouri solare detașabile care găzduiesc, de asemenea, instrumente științifice.
Platforma cubică a satelitului are o dimensiune de 2,3 pe 2,3 pe 2 metri, fiind formată din panouri de aluminiu în formă de fagure de miere intercalate între foi frontale compozite din grafit. Miezul structurii este un cilindru cu diametrul de 1,3 metri care înglobează rezervorul de propulsie al navei spațiale.
Montate radial pe cilindru sunt foi compozite care sunt atașate cu ajutorul unor fitinguri metalice. Cilindrul, foile radiale și panourile exterioare sunt folosite ca platforme de montare pentru echipamentele navei spațiale și servesc ca structură portantă.
Structura primară are o masă de 125 de kilograme și este capabilă să susțină întreaga masă a navei spațiale și sarcinile experimentate în timpul lansării. MAVEN are o greutate uscată de 809 Kilograme.
În total, MAVEN are o înălțime de 3,47 metri, o lățime de 2,29 metri și o lungime de 11,43 metri cu cele două panouri solare mari desfășurate. La lansare, nava spațială cântărește 2.454 de kilograme.
Serviciul mare de propulsie situat în interiorul tubului central conține întreaga rezervă de hidrazină pentru misiunea MAVEN. Acesta a fost fabricat de ATK Aerospace Group, California, și are o înălțime de 1,83 metri, fiind capabil să conțină 1.640 de Kilograme de monopropelant de Hidrazină pentru a fi utilizat de sistemul de propulsie al vehiculului.
Sistemul de propulsie
: Aerojet
Sistemul de propulsie al lui MAVEN se bazează pe sistemul dezvoltat pentru Mars Reconnaissance Orbiter. Sistemul de propulsie fabricat de Aerojet folosește un total de 20 de propulsoare care sunt împărțite în trei grupuri – o bancă de șase propulsoare principale de propulsie, șase motoare cu împingere medie și opt propulsoare de control al atitudinii. Toate motoarele sunt propulsoare catalitice care utilizează monopropelant de hidrazină.
MAVEN este echipat cu un total de șase propulsoare MR-107N instalate la baza navei spațiale. Fiecare dintre aceste motoare asigură o împingere nominală de 170 newtoni, cu o capacitate de accelerare de 109 până la 296 newtoni. Cu cele șase motoare la turația nominală, MAVEN are o împingere totală de 1.020 newtoni – 104 kilograme-forță.
MR-107N funcționează la o presiune de alimentare cu propulsor de 8,2 până la 27,8 bar și o presiune în cameră de 4,2 până la 11,2 bar pentru a crea un impuls specific de 229 până la 232 secunde. Motorul ingerează între 49 și 131 de grame de combustibil pe secundă, în funcție de setarea de împingere. Acesta are un raport de expansiune de 20,7. MR-107N cântărește 740 de grame și măsoară 22 de centimetri în lungime și 6,6 centimetri în diametru. Folosește o supapă Moog cu un singur scaun. Motorul este certificat pentru aproape 1.500 de cicluri de funcționare.
Sistemul principal de propulsie este utilizat de nava spațială MAVEN pentru prima sa manevră mare de corecție a traiectoriei și pentru manevra crucială de inserție pe orbita marțiană, precum și pentru orice alte manevre mari care necesită un delta-v mare. Sistemul de propulsie al lui MAVEN funcționează în modul reglat pentru arderile motorului principal și în modul „blowdown” pentru manevrele de atitudine cu ajutorul propulsoarelor mai mici. Pentru presurizarea rezervorului se folosește heliu.
În plus față de sistemul său principal de propulsie, MAVEN este echipat cu șase propulsoare MR-106E care sunt utilizate pentru corecții mai mici ale traiectoriei, manevre de ajustare a orbitei și pentru a asigura controlul atitudinii în timpul arderilor motorului principal, cum ar fi manevra de inserție.
MR-106E asigură o forță de împingere de 22 de newtoni, cu un interval operațional de 11,6 până la 30,7 newtoni, funcționând la o presiune de alimentare de 6,9 până la 24,1 bar și o presiune în cameră de 4,5 până la 12,4 bar.
Propulsorul asigură un impuls specific de 229 până la 235 de secunde. Are un raport de expansiune de 60 și consumă între 5,0 și 13,1 grame de propulsor pe secundă. MR-106E cântărește 635 de grame, are o lungime de 18,2 centimetri și un diametru al duzei de 3,4 centimetri. Propulsorul 22N folosește o supapă de propulsie Dual Seat. Acesta este certificat pentru mai mult de 50.000 de cicluri de funcționare și pentru trageri îndelungate de până la 2.000 de secunde, precum și pentru un timp de ardere cumulat de 4.670 de secunde.
Pentru manevrele mai mici de control al atitudinii, MAVEN dispune de opt propulsoare MR-103D, fiecare dintre acestea asigurând o împingere redusă de 1 Newton, cu un interval operațional de 0,22 până la 1,02 newtoni. MR-103D funcționează la o presiune de alimentare cu propulsor de 6,2 până la 27,6 bari și o presiune în cameră de 5,9 până la 23,4 bari, deoarece motorul utilizează 0,09 până la 0,5 grame de hidrazină pe secundă.
Motorul are un raport de expansiune de 100, având o lungime de 14,6 centimetri, o masă de 330 de grame și un diametru de 3,4 centimetri. O supapă cu două scaune este, de asemenea, utilizată pe acest motor care asigură un impuls specific de 209 până la 224 de secunde. MR-103D este certificat pentru 275.000 de cicluri de funcționare și un timp de ardere cumulat de 111 ore, împreună cu o certificare pentru o singură ardere de 5.000 de secunde.
MAVEN este echipat cu un sistem redundant de senzori de soare care este folosit pentru a calcula poziția soarelui pentru a orienta panourile solare ale vehiculului spre soare în cazul unui mod de siguranță al vehiculului pentru a menține stabilă generarea de energie.
Două dispozitive de urmărire a stelelor furnizează date precise de navigație și orientare către computerul de bord al MAVEN. Datele trackerului stelar sunt utilizate pentru orientarea precisă spre Pământ pentru comunicații, spre Soare pentru încărcarea bateriilor și spre Marte pentru operațiunile științifice. Urmăritoarele stelare furnizează zece imagini pe secundă, care sunt apoi comparate cu un catalog de mii de stele pentru a determina orientarea vehiculului în spațiu.
Un sistem redundant de două Unități de Măsurare Inerțială este, de asemenea, instalat pe nava spațială. Fiecare unitate este formată din trei giroscoape cu laser inelar și trei accelerometre – un giroscop și un accelerometru pentru fiecare axă de măsurat. IMU este utilizată pentru a determina cu precizie accelerațiile de pe vehicul în timpul arderii motoarelor și vitezele vehiculului în timpul schimbărilor de atitudine pentru a oferi o capacitate de indicare precisă. Datele accelerometrului pot fi, de asemenea, utilizate pentru a măsura densitatea atmosferică în cea mai înaltă porțiune a atmosferei marțiene, deoarece forțele de rezistență devin perceptibile pentru nava spațială.
Datele de navigație furnizate de complementul de senzori sunt utilizate de computerul de zbor al vehiculului pentru a acționa sistemul de control al atitudinii vehiculului. Pentru manevre de atitudine mai mari, MAVEN folosește micile sale propulsoare de 1 Newton, în timp ce orientarea standard a vehiculului și controlul atitudinii se realizează cu ajutorul a patru roți de reacție – trei pentru fiecare axă de rotație plus una de rezervă.
Roțile sunt învârtite de motoare electrice la o viteză variabilă care se schimbă atunci când se fac manevre de atitudine. Fiecare ansamblu Reaction Wheel cântărește 10 kilograme, iar roțile se rotesc cu o viteză de până la 6.000 rpm. Propulsoarele sunt folosite pentru desaturarea periodică a momentului unghiular – încetinirea roților de reacție și contracararea forței rezultate cu ajutorul propulsoarelor, astfel încât roțile să poată fi apoi accelerate în timpul manevrelor de atitudine standard.
Computerul de zbor &Sistemul de date
MAVEN este echipat cu o placă centrală de procesare RAD-750 care este un computer cu o singură cartelă fabricat de BAE Systems în Manassas, Va. Procesorul poate suporta doze de radiații care sunt de un milion de ori mai extreme decât cele considerate fatale pentru oameni. Însuși procesorul RAD750 poate tolera între 200.000 și 1.000.000 de rads. De asemenea, RAD750 nu va suferi mai mult de un eveniment care să necesite intervenții de pe Pământ pe o perioadă de 15 ani.
„Placa RAD750 este proiectată pentru a acomoda toate aceste efecte ale unui singur eveniment și pentru a le supraviețui. Scopul final este ca o singură supărare să fie permisă în 15 ani. O perturbare înseamnă o intervenție de pe Pământ – un „ecran albastru al morții” în 15 ani. De obicei, avem contracte care (specifică) acest lucru”, a declarat Vic Scuderi BAE Business Manager.
RAD-750 a fost lansat în 2001 și a făcut prima sa lansare în 2005 la bordul navei spațiale Deep Impact. Procesorul are 10,4 milioane de tranzistori. Procesoarele RAD750 funcționează la o viteză de până la 200 de megahertzi, procesând la 400 MIPS. Procesorul are o memorie cache L1 de 2 x 32KB (instrucțiuni + date) – pentru a îmbunătăți performanța, pot fi implementate mai multe module cache L2 de 1MB, în funcție de cerințele misiunii.
RAD750 funcționează la temperaturi cuprinse între -55°C și 125°C, cu un consum de energie de 10 wați. Sistemul RAD750 standard poate tolera 100.000 de raze.
Sistemul de manipulare a datelor primește date de la încărcătura utilă și poate trimite comenzi către încărcăturile utile ca parte a secvențelor operaționale stocate. Datele de la senzorii de navigație sunt, de asemenea, procesate de sistemele de tratare a datelor care, la rândul lor, comandă sistemul de control al atitudinii și sistemele de propulsie ale vehiculului. Operațiunile de menaj, cum ar fi comanda încălzitoarelor pe baza datelor senzorilor de temperatură și gestionarea energiei, sunt, de asemenea, realizate de către sistemul de calculatoare.
Borderul de memorie de masă se interfațează direct cu sistemul de telecomunicații al navei spațiale pentru legătura descendentă de date și legătura ascendentă de comenzi.
Sistemul de comunicații
Spațiu spațial MAVEN dispune de un sistem de comunicații cu câștig ridicat, precum și de un sistem cu câștig scăzut.
Antena de mare câștig a MAVEN este fixată pe axa +Z a navei spațiale și nu poate fi mutată pentru a urmări Pământul de una singură. Antena este o antenă cu diametrul de 2,1 metri cu un sistem X-Band cu dublu reflector pentru a atinge viteze de date downlink de până la 550kb/s. Este alcătuită dintr-un miez de Kevlar în formă de fagure de miere între două foi frontale din material compozit. HGA dispune de amplificatoare cu tuburi de undă călătoare pentru a genera un semnal puternic care poate fi recepționat de stațiile Deep Space Network de pe Pământ.
Pentru că antena de mare câștig este fixată pe nava spațială, întreaga navă spațială MAVEN trebuie să fie mutată pentru a îndrepta antena spre Pământ pentru sesiunile regulate de comunicații care se așteaptă să dureze cinci ore, de două ori pe săptămână, când vehiculul ia o pauză de la operațiunile științifice.
Sistemul cu câștig redus nu necesită nicio schimbare de atitudine, deoarece cele două antene cu câștig redus de pe nava spațială MAVEN realizează o acoperire omnidirecțională la viteze de date foarte mici. Sistemul low-gain poate fi utilizat pentru a comanda legătura ascendentă și descendentă a telemetriei cu rată de date redusă, cum ar fi tonurile care sunt utilizate în timpul inserției pe orbita lui Marte.
Terminalul Electra UHF
În plus față de sistemul său de comunicații în banda X pentru a transmite semnale către Pământ și a primi semnale de acasă, MAVEN este echipat cu un terminal de comunicații Electra UHF. Electra a fost utilizat în cadrul mai multor misiuni anterioare pe Marte și a devenit sistemul standard utilizat pentru a transmite date de la roverele marțiene.
Terminalul Electra este alcătuit din emițătoare-receptoare UHF cu două șiruri, oscilatoare ultrastabile cu două șiruri pentru navigație de precizie și poziționare la suprafață și o antenă UHF cu câștig redus care indică nadirul. EUT (Electra UHF Transceiver Electra) este nucleul încărcăturii utile.
Este un transceiver complet reconfigurabil, agil în ceea ce privește frecvența, care funcționează într-o gamă de frecvențe cuprinsă între 390 și 450 MHz. EUT este alcătuit din patru platforme suprapuse ca parte a unei abordări de proiectare modulară – o unitate de filtrare și comutare, un receptor/modulator, un modul de procesare în bandă de bază și un modul de alimentare cu amplificator de putere.
Oscilatoarele asigură o referință de frecvență stabilă pentru EUT și pentru transponderul Small Deep Space Transponder, precum și o capacitate de teleportare Doppler unidirecțională. De asemenea, oferă o referință de timp stabilă pentru nava spațială, care este utilizată pentru a sincroniza ceasurile de la bord pentru o marcare temporală adecvată a datelor științifice și de telemetrie.
Antena Electra UHF este o helix quadrafilar cu moștenire de zbor anterioară.
Unitatea Electra are o dimensiune de 17 pe 22 pe 14 centimetri și cântărește 4,9 kilograme, fiind închisă într-un șasiu de magneziu placat cu aur. Controlul termic este asigurat prin respingerea căldurii prin placa de instalare a bazei unității.
Când un Mars Orbiter trece în câmpul vizual al unui lander sau rover, cele două unități Electra de pe cele două vehicule stabilesc o legătură de comunicații. În funcție de geometria unei anumite treceri, unitatea Electra a navei spațiale monitorizează intensitatea semnalului terminalului de la sol pentru a-i comanda diferite viteze de date în timpul trecerii, în funcție de distanța dintre cele două. Ratele de date pot fi de 1kb/s și de până la 2.048kb/s în condiții favorabile. Datele care sunt recepționate de sistemul Electra sunt apoi stocate la bordul orbiterului pentru a fi transmise la sol prin intermediul sistemului său de bandă X cu câștig ridicat.
Acest lucru permite roverelor să transmită în jos volume mari de date, inclusiv date științifice, imagini și telemetrie a vehiculului, care nu ar putea fi transmise în jos prin intermediul propriului lor sistem de comunicații, care poate atinge doar o fracțiune din rata de date a comunicațiilor directe către Pământ ale orbiterului.
În ciuda orbitei sale eliptice, MAVEN a fost considerat un bun orbitator pentru releu de date UHF, dar furnizarea de releu de comunicații în timpul misiunii sale științifice ar reduce randamentul științific al misiunii. Acesta este motivul pentru care MAVEN face o demonstrație completă de la un capăt la altul a sistemului Comm Relay înainte de a începe operațiunile științifice.
Misiunea științifică primară nu include nicio operațiune de releu planificată, deoarece MAVEN servește ca rezervă pentru Mars Reconnaissance Orbiter și Mars Odyssey. În misiunea științifică extinsă, echipele se așteaptă să facă loc atât pentru releu științific, cât și pentru releu de comunicații
Sistemul de alimentare
MAVEN dispune de două panouri solare detașabile, fiecare format din două panouri. Panourile solare sunt fixe, iar orientarea spre soare se realizează prin schimbarea atitudinii vehiculului. Panourile exterioare sunt instalate la un unghi de 20 de grade în formă de aripă de pescăruș față de panourile interioare pentru a oferi aerostabilitate navei spațiale atunci când aceasta zboară prin cea mai înaltă porțiune a atmosferei marțiene.
Instalate pe cele două panouri solare exterioare sunt două trambuline în formă de pană care facilitează magnetometrele navei spațiale. Cu panourile solare desfășurate, MAVEN măsoară 11,43 metri de la un capăt la altul.
Cele două panouri solare furnizează aproximativ 1.200 de wați de energie electrică care este stocată în două baterii de 55 de amperi pe oră. Un sistem electronic dedicat distribuie energia electrică și controlează starea de încărcare a celor două baterii. MAVEN utilizează o magistrală de alimentare principală de 28 de volți.
Platforma de sarcină utilă articulată
MAVEN are o platformă de sarcină utilă articulată instalată pe un braț pentru a facilita instrumentele IUVS, STATIC și NGIMS. Platforma poate fi îndreptată independent pentru a permite instrumentelor sale să colecteze date științifice într-o varietate de orientări ale navei spațiale. Platforma este echipată cu un cardan interior și unul exterior. Platforma articulată de sarcină utilă poate fi deplasată cu +/-90 de grade în elevație și are o cursă azimutală de +/-177,5 grade.
Instruments
Spațiu spațial MAVEN transportă un total de opt instrumente:
- SupraThermal And Thermal Ion Composition (STATIC)
- Solar Energetic Particle (SEP)
- Solar Wind Electron Analyzer (SWEA)
- Solar Wind Ion Analyzer (SWIA)
- Langmuir Probe și unde (LPW)
- Magnetometru (MAG)
- Spectrometru de masă pentru gaze neutre și ioni (NGIMS)
- Spectrometru de imagistică în ultraviolet (IUVS)
>>>Spectrometru MAVEN Prezentare generală a instrumentelor
.