Information om rymdfarkosten – MAVEN

Information om rymdfarkosten

Rymdfarkosten Maven byggdes av Lockheed Martin med hjälp av komponenter och tekniker som används i Mars Reconnaissance Orbiter och Juno Spacecraft, båda också byggda av LM. MAVEN består av en kubisk rymdfarkostplattform som rymmer huvuddelen av rymdfarkostens system och nyttolast, varav en del är monterade på utplacerbara instrumentbommar. På huvudplattformen finns också två utplacerbara solfångare som också är värd för vetenskapliga instrument.

Den kubiska satellitplattformen är 2,3 x 2,3 x 2 meter stor och består av aluminiumhoneycomb som är insprängd mellan grafitkompositplattor. Strukturens kärna är en cylinder med en diameter på 1,3 meter som omsluter rymdfarkostens drivmedelstank.

Radikalt monterade på cylindern är kompositplåtar som fästs med hjälp av metallbeslag. Cylindern, de radiella plåtarna och de yttre panelerna används som monteringsplattformar för rymdfarkostens utrustning och fungerar som bärande struktur.

Den primära strukturen har en massa på 125 kilo och kan bära rymdfarkostens hela massa och de belastningar som uppkommer under uppskjutningen. MAVEN har en torrvikt på 809 kilo.

Total är MAVEN 3,47 meter hög, 2,29 meter bred och 11,43 meter lång med sina två stora solpaneler utplacerade. Vid uppskjutningen väger rymdfarkosten 2 454 kilo.

Den stora drivmedelsbehållaren som är placerad inuti det centrala röret rymmer hela hydrazinförrådet för MAVEN-uppdraget. Den tillverkades av ATK Aerospace Group i Kalifornien, är 1,83 meter hög och kan rymma 1 640 kilo hydrazinmonodrivmedel för användning i farkostens framdrivningssystem.

Drivsystem

Drivsystem

MAVEN:s framdrivningssystem är baserat på det system som utvecklats för Mars Reconnaissance Orbiter. Det av Aerojet tillverkade framdrivningssystemet använder sig av totalt 20 drivraketer som är uppdelade i tre grupper – en bank med sex huvudframdrivningsdrivraketer, sex motorer med medelstark dragkraft och åtta attitydkontrolldrivraketer. Alla motorer är katalytiska drivraketer som använder hydrazinmonopropellant.

MAVEN är utrustad med totalt sex MR-107N-drivraketer installerade på rymdfarkostens bas. Var och en av dessa motorer ger en nominell dragkraft på 170 newton med en gaskapacitet på 109 till 296 newton. Med de sex motorerna på nominell gas har MAVEN en total dragkraft på 1 020 newton – 104 kilokraft.

MR-107N arbetar med ett drivmedelsmatningstryck på 8,2 till 27,8 bar och ett kammartryck på 4,2 till 11,2 bar för att skapa en specifik impuls på 229 till 232 sekunder. Motorn tar in 49 till 131 gram bränsle per sekund beroende på inställd dragkraft. Den har ett expansionsförhållande på 20,7. MR-107N väger 740 gram och mäter 22 centimeter i längd och 6,6 centimeter i diameter. Den använder en Moog Single Seat Valve. Motorn är certifierad för nästan 1 500 arbetscykler.

Det huvudsakliga framdrivningssystemet används av rymdfarkosten MAVEN för dess första stora Trajectory Correction Maneuver och den avgörande Mars Orbit Insertion Maneuver samt alla andra stora manövrar som kräver ett stort delta-v. MAVEN:s drivmedelsystem fungerar i reglerat läge för huvudmotorbränningar och i avblåsningsläge för attitydmanövrar med hjälp av de mindre drivraketerna. Helium används för trycksättning av tanken.

Utöver sitt huvudframdrivningssystem är MAVEN utrustad med sex MR-106E-drivraketer som används för mindre bankorrigeringar, banjusteringsmanövrar och för att ge attitydkontroll under huvudmotorns förbränningar, t.ex. insättningsmanövern.

MR-106E ger 22 newton dragkraft med ett driftsområde på 11,6 till 30,7 newton som fungerar vid ett matningstryck på 6,9 till 24,1 bar och ett kammartryck på 4,5 till 12,4 bar.

Drivraketen ger en specifik impuls på 229 till 235 sekunder. Den har ett expansionsförhållande på 60 och förbrukar 5,0 till 13,1 gram drivmedel per sekund. MR-106E väger 635 gram med en längd på 18,2 centimeter och en munstycksdiameter på 3,4 centimeter. 22N-propulsen använder sig av en propellerventil med dubbelsits. Den är certifierad för mer än 50 000 driftscykler och långa avfyrningar på upp till 2 000 sekunder samt en kumulativ brinntid på 4 670 sekunder.

För mindre manövrer för attitydkontroll har MAVEN åtta MR-103D-strålraketer som var och en ger en låg dragkraft på 1 Newton med ett driftsområde på 0,22 till 1,02 Newton. MR-103D arbetar vid ett drivmedelsmatningstryck på 6,2 till 27,6 bar och ett kammartryck på 5,9 till 23,4 bar då motorn använder 0,09 till 0,5 gram hydrazin per sekund.

Motorn har ett expansionsförhållande på 100 är 14,6 centimeter lång med en massa på 330 gram och en diameter på 3,4 centimeter. En dubbelsitsventil används också på denna motor som ger en specifik impuls på 209 till 224 sekunder. MR-103D är certifierad för 275 000 driftscykler och en kumulativ brinntid på 111 timmar tillsammans med en certifiering för en enda avfyrning på 5 000 sekunder.

Navigation och attitydkontroll

MAVEN är utrustad med ett redundant solsensorsystem som används för att beräkna solens position för att rikta fordonets solfångare mot solen i händelse av att fordonet är i säkert läge för att bibehålla en stabil energiproduktion.

Två stjärntraketer ger exakta navigerings- och orienteringsdata till Mavens omborddator. Data från stjärnspårare används för exakt inriktning mot jorden för kommunikation, mot solen för batteriladdning och mot Mars för vetenskaplig verksamhet. Stjärnspårarna ger tio bilder per sekund som sedan jämförs med en katalog med tusentals stjärnor för att bestämma fordonets orientering i rymden.

Ett redundant system med två tröghetsmätningsenheter är också installerat på rymdfarkosten. Varje enhet består av tre ringlasergyroskop och tre accelerometrar – en gyro och en accelerometer för varje axel som ska mätas. IMU:n används för att exakt bestämma accelerationerna på farkosten under motorbränningar och farkostens hastighet under attitydförändringar för att ge en exakt riktningsförmåga. Accelerometerdata kan också användas för att mäta atmosfärens densitet i den översta delen av Marsatmosfären när dragkrafterna blir märkbara för rymdfarkosten.

Navigationsdata som tillhandahålls av sensorkomplementet används av farkostens flygdator för att aktivera farkostens attitydkontrollsystem. För större attitydmanövrer använder MAVEN sina små 1-Newton-strålkastare, medan fordonets normala inriktning och attitydkontroll utförs av fyra reaktionshjul – tre för varje rotationsaxel plus ett reservhjul.

Hjulen snurrar med hjälp av elmotorer i en variabel hastighet som ändras när attitydmanövrer görs. Varje reaktionshjulssamling väger 10 kg och hjulen snurrar så snabbt som 6 000 varv per minut. Styrraketerna används för periodisk avsättning av vinkelmomentet – de bromsar reaktionshjulen och motverkar den resulterande kraften med styrraketerna så att hjulen sedan kan accelereras under vanliga attitydmanövrer.

Flygdator &Datasystem

MAVEN är utrustad med ett RAD-750 Central Processing Board som är en enkortsdator tillverkad av BAE Systems i Manassas, Va. Processorn kan tåla strålningsdoser som är en miljon gånger mer extrema än vad som anses vara dödligt för människor. RAD750-processorn i sig kan tåla 200 000 till 1 000 000 strålar. RAD750 kommer inte heller att drabbas av mer än en händelse som kräver ingripanden från jorden under en 15-årsperiod.
”RAD750-kortet är konstruerat för att klara av alla dessa effekter av enstaka händelser och överleva dem. Det ultimata målet är att en störning tillåts på 15 år. En störning innebär ett ingripande från jorden – en ”blue screen of death” på 15 år. Vi har vanligtvis kontrakt som (specificerar) detta”, säger Vic Scuderi BAE Business Manager.

RAD-750 lanserades 2001 och gjorde sin första uppskjutning 2005 ombord på Deep Impact Spacecraft. Processorn har 10,4 miljoner transistorer. RAD750-processorerna arbetar vid upp till 200 megahertz och bearbetar 400 MIPS. Processorn har ett L1-cacheminne på 2 x 32KB (instruktion + data) – för att förbättra prestandan kan flera L2-cachemoduler på 1MB implementeras beroende på uppdragets krav.

RAD750 arbetar vid temperaturer från -55°C till 125°C med en strömförbrukning på 10 watt. Standard RAD750-systemet tål 100 000rads.

Datahanteringssystemet tar emot data från nyttolasten och kan skicka kommandon till nyttolasten som en del av lagrade operativa sekvenser. Data från navigationssensorerna behandlas också av datahanteringssystemen som i sin tur styr fordonets attitydkontrollsystem och framdrivningssystem. Hushållningsoperationer, t.ex. styrning av värmare baserat på data från temperatursensorer och energihantering, utförs också av datorsystemet.
Massminneskortet har ett direkt gränssnitt mot rymdfarkostens telekommunikationssystem för nedlänkning av data och uppladdning av kommandon.

Kommunikationssystem

Rymdfarkosten MAVEN har ett kommunikationssystem med hög förstärkning samt ett system med låg förstärkning.
MAVENs antenn med hög förstärkning är fixerad på rymdfarkostens +Z-axel och kan inte flyttas för att själv följa jorden. Antennen är en parabol med en diameter på 2,1 meter med ett X-bandsystem med dubbla reflektorer för att uppnå datahastigheter i nedlänkningen på upp till 550 kb/s. Den är tillverkad av en Kevlar-honeycomb-kärna mellan två kompositplattor. HGA är utrustad med Traveling Wave Tube-förstärkare för att generera en stark signal som kan fångas upp av Deep Space Network-stationer på jorden.

Då antennen med hög förstärkning är fast monterad på rymdfarkosten måste hela MAVEN-rymdfarkosten flyttas för att rikta antennen mot jorden under de regelbundna kommunikationssessionerna, som väntas vara fem timmar långa, två gånger i veckan när farkosten tar en paus från den vetenskapliga verksamheten.

Systemet med låg förstärkning kräver inga attitydförändringar eftersom de två antennerna med låg förstärkning på MAVEN-rymdfarkosten uppnår rundstrålande täckning med mycket låga datahastigheter. Systemet med låg förstärkning kan användas för att styra upp- och nedlänkning av telemetri med låg datahastighet, t.ex. toner som används under Mars Orbit Insertion.

Electra UHF-terminal

Inom sitt X-bandskommunikationssystem för att sända signaler till jorden och ta emot signaler hemifrån är MAVEN utrustad med en Electra UHF-kommunikationsterminal. Electra har använts vid ett antal tidigare Marsuppdrag och har blivit det standardsystem som används för att förmedla data från Marsrovers.