| "Tsubame", "Tsubame", つばめ, SLATS | |
|---|---|
| Szuper alacsony magasságú tesztműhold | |
| Vevő | JAXA |
| Gyártó | Mitsubishi Electric Corporation |
| Operátor | Japán Űrkutatási Ügynökség |
| Feladatok | Hosszú keringési repülés ultraalacsony pályán, atomi oxigénfigyelés, Föld-megfigyelés |
| Műhold | föld |
| Indítóállás | Tanegashima Űrközpont Yoshinobu Launch Complex |
| hordozórakéta | H-IIA 37. sz |
| dob | 2017. december 23. 1:26:22 UTC |
| Deorbit | 2019. október 02 |
| COSPAR ID | 2017-082B |
| SCN | 43066 |
| Műszaki adatok | |
| Súly | kevesebb, mint 400 kg |
| Méretek | 2,52x5,24x0,89 m |
| Erő | 1,14 kW |
| Áramforrás | Napelemek |
| Orbitális elemek | |
| Pályamagasság | A program elején 268 km, a végén 180 km |
| célfelszerelés | |
| AOFS, MDM | Atomoxigén-expozíciót figyelő rendszer |
| MDM | anyagromlás figyelő |
| OPS | nagy felbontású kamera |
| global.jaxa.jp/projects/… | |
A Tsubame, Tsubame, つばめ, SLATS ( Super Low Altitude Test Satellite ) egy japán műhold, az ultraalacsony pályán futó technológiák demonstrátora . A műhold célja az atomi oxigén hatásának vizsgálata a műholdépítés során használt anyagokra, valamint az ultraalacsony pályák előnyeinek bemutatása a földfelszín felmérésében. E problémák megoldására egy sor műszert helyeznek el a műhold fedélzetén: egy AOFS atomi oxigénfigyelő rendszert , egy anyagromlás-figyelőt MDM és egy OPS kamerát . Az űrszonda egyik fontos jellemzője az ionrakéta hajtómű használata szokatlan üzemmódban . A projekt vezetője Masanori Sasaki (佐々木 雅範Sasaki Masanori ) [1] .
A műholdat 2017. december 23-án bocsátották fel egy H-IIA hordozórakétával (202-es típus, F37-es szám). Tsubame volt a második rakomány, a fő rakomány pedig a Shikisai japán meteorológiai műhold volt . A kilövésre tokiói idő szerint (JST) 10:26:22-kor (01:26:22 UTC) került sor a Yoshinobu kilövőkomplexum első kilövőállásáról . A hordozórakéta kilövése sikeres volt, és 16 perc 13 másodperccel a 792 km-es magasságban történő kilövés után a Shikisai elvált a második fokozat adapterétől [2] . Az indítás sajátossága volt, hogy két műholdat állítottak pályára, amelyeknek egyenetlenül magas pályán kell működniük. Ráadásul az elsőnek, a Shikisai-nak sokkal magasabb pályán kell működnie, mint a másodiknak, Tsubame-nek. 57:39-nél következett a második szakasz második beiktatása, amely 10 másodpercig működött. 2:01 perc elteltével a Tsubame dokkolóadapter leesett. A repülés 106. percében bekapcsolták a harmadik hajtóművet (alacsony tolóerő üzemmódban), ami 71 másodpercig tartott - ez a beillesztés 629 km-re csökkentette a pálya csúcspontját. Az indítástól számított 1:47:59 után megtörtént a Tsubame űrszonda szétválása - ettől a pillanattól kezdve a műhold független repülésre váltott. JST 12:54-kor a chilei fővárosban, Santiago -ban található nyomkövető állomás megerősítette, hogy a Tsubame kihelyezte a napelem tömböket, és megfelelően irányította [2] . December 24-én a JAXA sajtóközleményt adott ki, amelyben bejelentette a kritikus eljárások sikeres befejezését: napelemek telepítése, fedélzeti berendezések elindítása, telemetriás átvitel [3] .
2018. január 7-én Tsubame megkezdte az átmenetet a 457 × 629 km-es pályáról egy alacsonyabbra. Január 18-ra az eszköz 458 × 595 km-es pályára ereszkedett. A süllyedés addig folytatódik, amíg el nem ér egy 268 × 268 km-es működő körpályát, amelyen a műhold egy hónapot tölt, majd egy hetet 250, 240, 230 km magas pályán, majd még egy hónapot magas pályán. 220 km-ről. Ezt követően a kísérlet utolsó szakasza egy 180 km magas pályán kezdődik. Feltételezik, hogy ezen a magasságon az ionmotor tolóereje nem lesz elegendő a fékezés kompenzálására, ezért a hidrazinmotoros RCS-t is alkalmazni fogják [4] . 2019. június 22-én a műhold keringő pályán állt 241 km-es perigével és 245 km-es apogeussal [5] . A műhold 2019. október 1-jén tért ki, a legutóbb közzétett TLE ideje 12:31:26 UTC.
A JAXA 2006 óta végez olyan kutatásokat, amelyek célja a 300 km alatti pályák használata a Föld felszínének megfigyelésére [6] . A japán ügynökség „rendkívül alacsonynak” nevezi az ilyen pályákat (超低 高度軌道cho : tei ko:do kido: ) . A mesterséges földi műholdak ritkán használnak ilyen pályákat rövid élettartamuk miatt. A JAXA az ilyen pályákon való működéshez szükséges technológiákat kutat, és ennek a kutatásnak a részeként kifejlesztették a SLATS -t [1] . E tanulmányok fő motívuma a földi távérzékelő műholdak hatékonyságának javítása. Például a legnépszerűbb, 800–600 km-es tengerszint feletti magasságban működő műhold optikai rendszerének felbontása a látható tartományban 2,5 m. Ha egy ilyen műhold pályáját 200 km-re csökkentjük, ez az optikai rendszer 0,6 m felbontású kép [6] .
A kutatás során két kulcsproblémát azonosítottak, amelyek a műholdak ultraalacsony pályán történő üzemeltetése során merülnek fel. Az első probléma a légköri ellenállás. Annak ellenére, hogy 150-300 km magasságban a légkör nagyon ritka, ellenállása elégséges ahhoz, hogy jelentősen csökkentse a pályán való élettartamot. A légkör ellenállásának leküzdésére a fejlesztők elektromos rakétamotor (EP) használatát javasolták. Az EJE tolóerő lényegesen gyengébb, mint a vegyi rakétahajtóműveké, de ritka légkörben az EJE tolóerő elegendő a pálya fenntartására. Ugyanakkor a nagy fajlagos impulzus jelentős előnyt jelent , amely lehetővé teszi a hosszú távú működés biztosítását a pályán. A második probléma az atomi oxigénnek az űrhajóra gyakorolt hatása. Az atomi oxigén az O 2 oxigénmolekula kozmikus sugárzás hatására bekövetkező pusztulásával jön létre. Az atomi oxigén kémiailag aktívabb, és a műhold elemei jelentős hatásoknak vannak kitéve, ami az anyagok tulajdonságainak megváltozásához vezet [6] .
Kezdetben a Tsubamet 2013-ban vagy 2014-ben tervezték felbocsátani az űrbe, hasznos teherként az ALOS-2 műhold felbocsátásakor [7] .
2017. április 11-én és 20-án az űrszonda ütési terheléstűrési teszteket hajtott végre a Shikisai műhold adapterétől és magától a Tsubame-től való leválasztás során. Április 25. és május 12. között egy vibrációs állványon végeztek tesztsorozatot. Ezeknek a teszteknek az volt a célja, hogy megerősítsék az adapterre szerelt eszköz alkalmasságát a hordozórakéta indításakor fellépő vibrációs terhelések elviselésére. Június 2-án bejelentették, hogy a tesztek sikeresek voltak [8] .
A műhold fejlesztésének és gyártásának költsége körülbelül 3,4 milliárd jen volt [9] .
2016. augusztus 9-én bejelentették a SLATS program hivatalos szimbólumainak kiválasztását. A program logója ultraalacsony pályákat szimbolizál, amelyek mentén a műhold repülőként repül, madárszárnyként nyitja ki a napelemeket. A hivatalos küldetési folt egy műholdat ábrázol, amely áthalad a Föld nagy égboltján. Az összképet egy ezüst gyűrű keretezi, amelyre a „Szuper alacsony magasságú tesztműhold” küldetés teljes neve van írva. A gyűrű ezüst színét az atomi oxigén szimbólumának választották, melyben a főprogramot kell végrehajtani. A folton lévő piros vonal azt az ionhajtóművet szimbolizálja, amely a műholdat egy adott pályán tartja. A SLATS felirat, amely mindkét grafikus szimbólumban megtalálható, a kéktől (a légkör felszíni rétegei) a sötétkékig (a légkör felső rétegei) színátmenet formájában készült [10] .
A műholdat eredetileg SLATS-nak hívták, ami a Super Low Altitude Test Satellite kutatási program angol nevének rövidítése. 2017. április 25-én bejelentették, hogy megkezdődik az űrhajó személynévi javaslatainak elfogadása. A névjavaslatnál meglehetősen egyszerű feltételeknek kellett teljesülniük: hiragana vagy katakana használata , könnyű kiejtés, más műholdak nevével nem illő, káromkodó szavakat nem tartalmazó, a szerzők nem tartanak igényt szerzői jogra. A győztes felkérést kapott egy műhold felbocsátására [11] . 2017. június 14-én a JAXA kihirdette a SLATS műhold nevének kiválasztására kiírt nyílt verseny eredményét. A versenyen 6222-en vettek részt. A TSUBAME (つばめTsubame , "Fecske") [12] név nyert .
A műhold egy 2,52 × 1,2 × 0,89 m méretű (hosszúság, szélesség, magasság) paralelepipedon , és a hosszú oldalak mentén elhelyezett két napelem panel kinyitása után a szélessége 5,2 m-re nőtt [13] . A hátsó panelre elektromos rakétamotor van felszerelve . Az űrhajó négy mikro -LPRE -vel is rendelkezik . Annak ellenére, hogy maga a Tsubame műhold is tudományos bemutató, három tudományos műszert helyeztek el a fedélzeten: az AOFS atomi oxigénfigyelő rendszert, az MDM anyagdegradációs monitort és az OPS kamerát [4] .
A pálya megváltoztatásához, a pályán való manőverezéshez és az ultraalacsony pályán történő működési időtartam növeléséhez a műholdat két meghajtórendszerrel szerelték fel: elektromos és folyékony [4] .
LREA műhold négy mikro-LPRE-vel rendelkezik. Mindegyikük tolóereje 1 N , fajlagos impulzusa pedig 200 s. Az LRE működéséhez 34 kg hidrazint tárolnak a fedélzeten [4] . A "Tsubame" folyékony meghajtású rendszer elrendezése a JAXA által kéttonnás platformokhoz használt rendszer lecsupaszított változata. A legfontosabb különbség az, hogy csak egy tank üzemanyag van jelen. A rakétahajtómű feladata a műhold tájolásának szabályozása és energetikai manőverek lebonyolítása az ionmotor képességeinek hiánya esetén [13] .
IES ion thrusterTsubame pályájának fenntartására az elektromos rakétahajtóművek egyik típusát választották - a Kaufman ionmotort [14] IES ( angol Ion Engine System ). Motor tolóerő 10-28 mN, impulzus 2000 s. A motor elektromos teljesítménye 370 W 10 mN tolóerő mellett. 10 kg xenont használnak munkafolyadékként . Az összes blokk tömege 43 kg. Az EJE fejlesztése során a motort vették alapul, amely sikeresen működött a „ Kiku-8 ” (ETS-VIII) [7] álló műholdon .
Sematikusan az IES a következőkből áll: [7] :
A PMU blokkot gyakorlatilag változtatás nélkül vették át a Kiku-8 motorból. A munkafolyadékként használt xenont három tartályban tárolják 7 MPa nyomáson. [7] .
A PPCU-t a MELCO fejlesztette ki a JAXA bemenetével. Az egység hét motortápegységből, egy további elektromos átalakítóból, valamint elektromos és információs interfészekből áll. Ezenkívül tartalmaz egy iongenerátort, amely hasonló a Kiku-8-ban használthoz, amelynek állítólagos élettartama 16 000 óra 20 mN tolóerő mellett. Fontos különbség a Kiku-8 motorhoz képest a tápegység bemeneti jellemzőinek különbsége. A Tsubame fedélzeti tápegysége 24-32 volttal látja el a PPCU-t, míg a Kiku-8 motorja 100 voltot kapott. A PPCU átalakítja és táplálja a fedélzeti rendszereket 15 V és 1100 V közötti feszültségtartományban, 0,01 A és 5,5 A közötti áramerősséggel, 1,5 W és 660 W közötti teljesítménnyel [13] .
Egy másik fontos különbség a motor működési módjában bekövetkezett alapvető változás: az ultraalacsony pályán a légköri ellenállás kompenzálásához az ionmotort rövid ideig rendszeresen be kell kapcsolni, ami nem jellemző az ilyen típusú motorokra. motor. A motor be- és kikapcsolására vonatkozó parancsot a PPCU önállóan, a földi repülésirányító központ közreműködése nélkül adja ki. A motor paramétereinek kiválasztásához a vezérlőegységet GPS-adatok vezérlik. Az ilyen vezérlési sémát a földi irányítóállomással való érintkezés rövid időtartama magyarázza a műhold nagy szögsebessége miatt ultraalacsony pályán [7] .
A NEC Toshiba Space Systems a JAXA-val együttműködve fejlesztette ki az NSTT ( következő generációs Star Tracker ) rendszert . A rendszert az űrhajó helyzetének nagy pontosságú meghatározására tervezték a pályán a tájolási tengelyekhez képest. A rendszernek olyan tájolási paramétereket kell biztosítania, amelyek véletlenszerű hibája < 4 ívsec (3σ) és torzítási hiba < 6 és 4 ívmásodperc (3σ) . Ez a rendszer lehetővé teszi a készülék csillagokhoz viszonyított helyzetének nyomon követését 2º/s szögsebességgel, 99%-os pontossággal [7] .
A Tsubame-ra szerelt készülék tömege 6,2 kg, fogyasztása 20 watt. Az NSTT optikai rendszer 16°×16°-os látómezőt biztosít. A detektor másodpercenként négy képkockát generál, amely azonosítja a navigációhoz használt csillagokat [13] .
A Tsubame felszínén nyolc érzékelőt szereltek fel, amelyek az atomi oxigén AOFS ( angolul Atomic Oxygen Fluence Sensor ) hatását figyelik a műhold elemeire. Az egyes szenzorok átmérője 12,2 mm, mélysége 15 mm, az érzékelők és a vezérlőegység össztömege 3,4 kg, az áramfelvétel 44,8 W [15] . Az érzékelő egy poliamid fóliával bevont kvarcoszcillátor. Atomi oxigén hatására a poliamid oxidálódik és elpárolog, miközben a film tömege csökken. A film tömegének ez a csökkenése a kvarcoszcillátor frekvenciájának megváltozásához vezet, ami lehetővé teszi a pályán lévő atomi oxigén mennyiségének becslését [7] .
Az MDM Anyagromlás Monitort [16] a Shin Nihon Electronics [17] gyártja . A monitor egy munkafelület, amelyen 13 különböző anyagminta van rögzítve. Az atomi oxigén és a térkörnyezet tényezői hatására a minták megváltoztatják fizikai tulajdonságaikat. Egy nagy felbontású kamera sugározza a minták vizuális állapotát. MDM tömeg 2,8 kg, energiafogyasztás - 35 W [15] .
Háromféle anyag mintáját rögzítik a munkafelületre [13] :
Emellett elemzik a monitortest anyagát [18] .
A minták változásainak nyomon követésére egy 3,8 megapixeles CCD-mátrixú kamerát használnak, amely meghatározott időközönként készít képeket [13] .
Az OPS kamerát a Mitsui Electric gyártja [17] .
A Föld felszínének 800–600 km magas pályáról történő megfigyelésekor kellően nagy optikai rendszerekre van szükség a jó minőségű kép elkészítéséhez. A pálya jelentős csökkentésével az optikai rendszerek a képminőség romlása nélkül kicsinyíthetők. A Tsubame alkotóinak számításai szerint egy 30 cm-es gyújtótávolságú, 250 km-es magasságban működő objektív ugyanazokat a képeket készíti, mint a 600 km-es magasságban működő, 70 gyújtótávolságú objektív cm Az OPS kamerát úgy tervezték, hogy ezeket a számításokat a gyakorlatban is megerősítse [19] .
| |
|---|---|
|
| |
| Az egy rakétával indított járműveket vessző választja el ( , ), a kilövéseket egy pont ( · ) választja el. A személyzettel ellátott járatok félkövérrel vannak kiemelve. A sikertelen indítások dőlt betűvel vannak jelölve. | |