| "Tsubame", "Tsubame", つばめ, SLATS | |
|---|---|
| Super Low Altitude Test -satelliitti | |
| Asiakas | JAXA |
| Valmistaja | Mitsubishi Electric Corporation |
| Operaattori | Japan Aerospace Exploration Agency |
| Tehtävät | Pitkä kiertoratalento ultramatalilla kiertoradoilla, atomihapen seuranta, Maan havainnointi |
| Satelliitti | Maapallo |
| laukaisualusta | Tanegashiman avaruuskeskuksen Yoshinobu laukaisukompleksi |
| kantoraketti | H-IIA nro 37 |
| tuoda markkinoille | 23. joulukuuta 2017 1:26:22 UTC |
| Deorbit | 02. lokakuuta 2019 |
| COSPAR-tunnus | 2017-082B |
| SCN | 43066 |
| Tekniset tiedot | |
| Paino | alle 400 kg |
| Mitat | 2,52x5,24x0,89 m |
| Tehoa | 1,14 kW |
| Virtalähteet | Aurinkopaneelit |
| Orbitaaliset elementit | |
| Ratakorkeus | 268 km ohjelman alussa, 180 km lopussa |
| kohdelaitteet | |
| AOFS, MDM | Atomihappialtistuksen valvontajärjestelmä |
| MDM | materiaalin hajoamisen valvonta |
| OPS | teräväpiirtokamera |
| global.jaxa.jp/projects/… | |
Tsubame, Tsubame, つばめ, SLATS ( Super Low Altitude Test Satellite ) on japanilainen satelliitti, joka esittelee erittäin matalan kiertoradan teknologioita . Satelliitin tavoitteena on tutkia atomihapen vaikutuksia satelliittien rakentamisessa käytettäviin materiaaleihin ja osoittaa ultramatalien kiertoratojen edut maanpinnan mittaamiseen. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi satelliitille sijoitetaan joukko instrumentteja: atomihappivalvontajärjestelmä AOFS , materiaalin hajoamisen valvontalaite MDM ja OPS-kamera . Yksi avaruusaluksen tärkeistä ominaisuuksista on ionirakettimoottorin käyttö epätavallisessa toimintatavassa . Projektin johtaja on Masanori Sasaki (佐々木 雅範Sasaki Masanori ) [1] .
Satelliitti laukaistiin 23. joulukuuta 2017 H-IIA- kantoraketilla (tyyppi 202, nro F37). Tsubame oli toinen hyötykuorma ja päähyötykuorma japanilainen meteorologinen satelliitti Shikisai . Laukaisu tapahtui kello 10.26.22 Tokion aikaa (JST) (01.26.22 UTC) Yoshinobu laukaisukompleksin ensimmäiseltä laukaisualustalta . Kantoraketin laukaisu onnistui ja 16 minuuttia 13 sekuntia laukaisun jälkeen 792 km:n korkeudessa Shikisai erosi toisen vaiheen sovittimesta [2] . Laukaisun piirre oli, että kaksi satelliittia laukaistiin kiertoradalle, joiden pitäisi toimia epätasaisesti korkeilla kiertoradoilla. Lisäksi ensimmäisen, Shikisain, on toimittava paljon korkeammalla kiertoradalla kuin toisen, Tsubamen. Klo 57:39 tapahtui toisen vaiheen toinen lisäys, joka toimi 10 sekuntia. 2:01 minuutin kuluttua Tsubamen telakointisovitin pudotettiin. Lennon 106. minuutilla kolmas moottori käynnistettiin (pienen työntövoiman tilassa), joka kesti 71 sekuntia - tämä sisällyttäminen vähensi kiertoradan apogeen 629 kilometriin. Klo 1.47.59 jälkeen laukaisuhetkestä Tsubame-avaruusaluksen erottaminen tapahtui - siitä hetkestä lähtien satelliitti siirtyi itsenäiseen lentoon. Chilen pääkaupungissa Santiagossa sijaitseva seuranta-asema vahvisti klo 12.54 JST, että Tsubame oli ottanut käyttöön aurinkopaneelinsa ja oli oikein suunnattu [2] . JAXA julkaisi 24. joulukuuta lehdistötiedotteen, jossa kerrottiin kriittisten toimenpiteiden onnistuneesta päätökseen saattamisesta: aurinkopaneelien käyttöönotto, laivan laitteiden käynnistäminen, telemetrian siirto [3] .
7. tammikuuta 2018 Tsubame aloitti siirtymisen 457 × 629 km:n kiertoradalta alemmalle. Tammikuun 18. päivään mennessä laite laskeutui 458 × 595 km:n kiertoradalle. Laskeutumista jatketaan, kunnes saavutetaan toimiva pyöreä kiertorata 268 × 268 km, jolla satelliitti viettää kuukauden, sitten viikon kiertoradalla korkeudella 250, 240, 230 km, sitten vielä kuukauden kiertoradalla, jonka korkeus on 220 km:stä. Sen jälkeen kokeen viimeinen vaihe alkaa 180 km:n kiertoradalla. Tässä korkeudessa oletetaan, että ionimoottorin työntövoima ei riitä kompensoimaan jarrutusta, joten käytetään myös hydratsiinimoottorilla varustettua RCS:ää [4] . 22. kesäkuuta 2019 satelliitti oli kiertoradalla 241 km:n perigeeella ja 245 km:n apogealla [5] . Satelliitti poistui kiertoradalta 1. lokakuuta 2019, viimeisimmän julkaistun TLE:n aika on 12:31:26 UTC.
JAXA on vuodesta 2006 lähtien tehnyt tutkimusta, jonka tavoitteena on käyttää alle 300 km:n kiertoradoja Maan pinnan tarkkailuun [6] . Japanilainen virasto kutsuu tällaisia ratoja "erittäin mataliksi" (超低 高度軌道cho : tei ko:do kido: ) . Keinotekoiset maasatelliitit käyttävät tällaisia ratoja harvoin niiden lyhyen käyttöiän vuoksi. JAXA tutkii teknologioita toimiakseen tällaisilla kiertoradoilla, ja osana tätä tutkimusta on kehitetty SLATS [1] . Näiden tutkimusten pääasiallisena motiivina on parantaa Maan kaukokartoitussatelliittien tehokkuutta. Esimerkiksi suosituimmalla 800–600 km korkeudella toimivan satelliitin optisen järjestelmän resoluutio on näkyvällä alueella 2,5 m. Jos tällaisen satelliitin kiertorata pienenee 200 km:iin, tämä optinen järjestelmä tarjoaa kuva, jonka resoluutio on 0,6 m [6] .
Tutkimuksen aikana tunnistettiin kaksi keskeistä ongelmaa, jotka ilmenevät käytettäessä satelliitteja erittäin matalalla kiertoradalla. Ensimmäinen ongelma on ilmakehän vastus. Huolimatta siitä, että 150-300 km korkeudessa ilmakehä on hyvin harvinainen, sen vastus riittää lyhentämään merkittävästi elinikää kiertoradalla. Ilmakehän vastuksen voittamiseksi kehittäjät ehdottivat sähköisen rakettimoottorin (EP) käyttöä. EJE-työntövoima on huomattavasti huonompi kuin kemiallisten rakettimoottoreiden, mutta harvinaisessa ilmapiirissä EJE-työntövoima riittää ylläpitämään kiertoradan. Samalla suuresta ominaisimpulssista tulee merkittävä etu , mikä mahdollistaa pitkän toiminnan kiertoradalla. Toinen ongelma on atomihapen vaikutus avaruusalukseen. Atomihappi muodostuu happimolekyylin O 2 tuhoutuessa kosmisen säteilyn vaikutuksesta. Atomihappi on kemiallisesti aktiivisempi ja satelliitin elementit altistuvat merkittävälle vaikutukselle, mikä johtaa materiaalien ominaisuuksien muuttumiseen [6] .
Alun perin Tsubamen oli tarkoitus laukaista avaruuteen vuonna 2013 tai 2014 hyötykuormana ALOS-2- satelliitin laukaisussa [7] .
11. ja 20. huhtikuuta 2017 avaruusalus suoritti iskukuormituksen sietotestejä erotettaessa Shikisai-satelliitin sovittimesta ja itse Tsubamesta. Huhtikuun 25. ja 12. toukokuuta välisenä aikana suoritettiin sarja testejä tärinätelineellä. Näiden testien oli tarkoitus vahvistaa sovittimeen asennetun laitteen valmius kestää tärinäkuormituksia, joita esiintyy laukaisussa kantoraketissa. Kesäkuun 2. päivänä ilmoitettiin, että testit onnistuivat [8] .
Satelliitin kehittämisen ja valmistuksen kustannukset olivat noin 3,4 miljardia jeniä [9] .
9. elokuuta 2016 julkistettiin SLATS-ohjelman virallisten symbolien valinta. Ohjelman logo symboloi erittäin matalia ratoja, joita pitkin satelliitti lentää kuin lentokone avaten aurinkopaneeleja kuin linnun siivet. Virallinen tehtävämerkki kuvaa satelliittia, joka kulkee maan suuren taivaan halki. Kokonaiskuvaa kehystää hopearengas, johon on kirjoitettu tehtävän koko nimi "Super Low Altitude Test Satellite". Sormuksen hopeaväri valittiin atomihapen symboliksi, jossa pääohjelma on tarkoitus toteuttaa. Paikalla oleva punainen viiva symboloi ionipotkuria, joka pitää satelliitin tietyllä kiertoradalla. Molemmissa graafisissa symboleissa oleva teksti SLATS on tehty gradientin muodossa sinisestä (ilmakehän pintakerrokset) tummansiniseen (ilmakehän ylemmät kerrokset) [10] .
Satelliitin nimi oli alun perin SLATS, lyhenne Super Low Altitude Test Satellite -tutkimusohjelman englanninkielisestä nimestä. 25. huhtikuuta 2017 ilmoitettiin, että avaruusaluksen henkilönimiehdotuksia on alettu hyväksyä. Nimeä ehdotettaessa oli täytettävä melko yksinkertaiset ehdot: hiraganan tai katakanan käyttö , helppo ääntäminen, ei täsmää muiden satelliittien nimeen, ei sisällä kirosanoja, tekijät eivät vaadi tekijänoikeuksia. Voittaja sai kutsun laukaista satelliitin [11] . JAXA julkisti 14. kesäkuuta 2017 avoimen kilpailun tuloksen SLATS-satelliitin nimen valitsemiseksi. Kilpailuun osallistui 6222 henkilöä. Nimi TSUBAME (つばめTsubame , "Swallow") [12] voitti .
Satelliitti on suuntaissärmiö 2,52 × 1,2 × 0,89 m (pituus, leveys, korkeus), ja kahden pitkiä sivuja pitkin sijaitsevan aurinkopaneelin avaamisen jälkeen sen leveys kasvoi 5,2 metriin [13] . Takapaneeliin on asennettu sähköinen rakettimoottori . Avaruusaluksessa on myös neljä mikro -LPRE:tä . Huolimatta siitä, että Tsubame-satelliitti itsessään on tieteellinen demonstraattori, alukseen on sijoitettu kolme tieteellistä instrumenttia: AOFS-atomihappivalvontajärjestelmä, MDM-materiaalin hajoamismonitori ja OPS-kamera [4] .
Radan vaihtamiseksi, kiertoradalla liikkumiseksi ja toiminta-ajan pidentämiseksi erittäin matalalla kiertoradalla satelliitti on varustettu kahdella propulsiojärjestelmällä: sähköisellä ja nestemäisellä [4] .
LRESatelliitissa on neljä mikro-LPRE:tä. Jokaisella niistä on suihkun työntövoima 1 N ja ominaisimpulssi 200 s. LRE:n toimintaa varten aluksella on 34 kg hydratsiinia [4] . Nestekäyttöisen propulsiojärjestelmän "Tsubame" asettelu on JAXA:n kahden tonnin alustoille käyttämän järjestelmän karsittu versio. Tärkein ero on vain yhden polttoainesäiliön läsnäolo. Rakettimoottorin tehtävänä on ohjata satelliitin suuntausta ja suorittaa energisiä liikkeitä, jos ionimoottorin ominaisuudet puuttuvat [13] .
IES ion thrusterTsubamen kiertoradan ylläpitämiseksi valittiin yksi sähkörakettimoottorityypeistä - Kaufman -ionimoottori [14] IES ( englanniksi Ion Engine System ). Moottorin työntövoima 10-28 mN, impulssi 2000 s. Moottorin sähköteho on 370 W työntövoimalla 10 mN. Työnesteenä käytetään 10 kg xenonia . Kaikkien lohkojen massa on 43 kg. EJE:tä kehitettäessä otettiin pohjaksi moottori, joka toimi onnistuneesti kiinteässä Kiku-8- satelliitissa (ETS-VIII) [7] .
Kaavamaisesti IES koostuu [7] :
PMU-lohko otettiin Kiku-8-moottorista käytännössä ilman muutoksia. Käyttönesteenä käytettyä ksenonia varastoidaan kolmessa säiliössä 7 MPa:n paineessa. [7] .
PPCU:n kehitti MELCO JAXA:n panoksella. Yksikkö koostuu seitsemästä moottorin teholähteestä, lisäsähkömuuntimesta sekä sähkö- ja tietoliitännöistä. Lisäksi se sisältää ionigeneraattorin, joka on samanlainen kuin Kiku-8:ssa, jonka väitetty käyttöikä on 16 000 tuntia 20 mN:n työntövoimalla. Tärkeä ero Kiku-8-moottoriin on ero teholähteen tuloominaisuuksissa. Tsubamen sisäänrakennettu virtalähde syöttää PPCU:lle 24-32 volttia, kun taas Kiku-8-moottori sai 100 volttia. PPCU muuntaa ja syöttää sisäisiä järjestelmiä, joiden teho on jännitealueella 15 V - 1100 V, virta 0,01 A - 5,5 A ja teho 1,5 W - 660 W [13] .
Toinen tärkeä ero on perustavanlaatuinen muutos moottorin toimintatavassa: ilmakehän vastuksen kompensoimiseksi erittäin alhaisella kiertoradalla ionimoottori on käynnistettävä säännöllisesti lyhyeksi ajaksi, mikä ei ole tyypillistä tämän tyyppisille koneille. moottori. PPCU antaa komennon käynnistää ja sammuttaa moottorin itsenäisesti, ilman maalennonohjauskeskuksen osallistumista. Moottorin parametrien valitsemiseksi ohjausyksikköä ohjaavat GPS-tiedot. Tällainen ohjausjärjestelmä selittyy lyhyellä kosketuksen kestolla maaohjausaseman kanssa, mikä johtuu satelliitin suuresta kulmanopeudesta erittäin alhaisella kiertoradalla [7] .
NEC Toshiba Space Systems teki yhteistyötä JAXAn kanssa NSTT:n ( seuraavan sukupolven Star Tracker ) kehittämiseksi . Järjestelmä on suunniteltu erittäin tarkasti avaruusaluksen sijainnin määrittämiseen kiertoradalla suhteessa orientaatioakseleihin. Järjestelmän on tarjottava suuntaparametrit, joiden satunnainen virhe on < 4 kaarisekuntia (3σ) ja esijännitevirhe < 6 ja 4 kaaria (3σ) . Tämän järjestelmän avulla voit seurata laitteen sijaintia tähtiin nähden kulmanopeudella 2º sekunnissa 99 %:n tarkkuudella [7] .
Tsubameen asennetun laitteen massa on 6,2 kg, virrankulutus 20 wattia. NSTT-optinen järjestelmä tarjoaa 16°×16° näkökentän. Ilmaisin tuottaa neljä kuvaa sekunnissa, mikä tunnistaa navigointiin käytetyt tähdet [13] .
Tsubamen pinnalle on asennettu kahdeksan anturia valvomaan atomisen hapen AOFS ( englanniksi Atomic Oxygen Fluence Sensor ) vaikutuksia satelliitin elementteihin. Jokaisen anturin halkaisija on 12,2 mm, syvyys 15 mm, anturien ja ohjausyksikön kokonaispaino 3,4 kg ja virrankulutus 44,8 W [15] . Anturi on kvartsioskillaattori, joka on päällystetty polyamidikalvolla. Atomihapen vaikutuksesta polyamidi hapettuu ja haihtuu, kun taas kalvon paino pienenee. Tämä kalvon massan pieneneminen johtaa muutokseen kvartsioskillaattorin taajuudessa, mikä mahdollistaa atomihapen määrän arvioinnin kiertoradalla [7] .
MDM - materiaalin hajoamisvalvontalaitteen [16] on valmistanut Shin Nihon Electronics [17] . Näyttö on työtaso, jolle on kiinnitetty 13 näytettä eri materiaaleista. Atomihapen ja avaruusympäristön tekijöiden vaikutuksesta näytteet muuttavat fysikaalisia ominaisuuksiaan. Korkearesoluutioinen kamera lähettää näytteiden visuaalisen tilan. MDM:n paino 2,8 kg, virrankulutus - 35 W [15] .
Kolmen tyyppisen materiaalin näytteet kiinnitetään työpinnalle [13] :
Lisäksi analysoidaan monitorin rungon materiaali [18] .
Näytteiden muutosten seuraamiseen käytetään kameraa, jossa on 3,8 megapikselin CCD-matriisi, joka ottaa kuvia tietyllä aikavälillä [13] .
OPS-kameran valmistaa Mitsui Electric [17] .
Maan pintaa 800–600 kilometrin korkeudelta kiertoradalta tarkasteltaessa tarvitaan riittävän suuria optisia järjestelmiä laadukkaan kuvan saamiseksi. Kun kiertorata pienenee merkittävästi, optisia järjestelmiä voidaan pienentää kuvanlaadusta tinkimättä. Tsubamen tekijöiden laskelmien mukaan 250 km:n korkeudessa toimiva objektiivi, jonka polttoväli on 30 cm, ottaa samat kuvat kuin objektiivi, joka toimii 600 km:n korkeudessa ja jonka polttoväli on 70 cm OPS-kamera on suunniteltu vahvistamaan nämä laskelmat käytännössä [19] .
| |
|---|---|
|
| |
| Yhdellä raketilla laukaistut ajoneuvot erotetaan toisistaan pilkulla ( , ), laukaisut välipisteellä ( · ). Miehitetyt lennot on korostettu lihavoidulla. Epäonnistuneet käynnistykset on merkitty kursiivilla. | |