В книге Фила Плэйта «Плохая астрономия» « Перенеси меня на Луну, а затем на астероид, сближающийся с Землей» описывается разведчик околоземных астероидов (разведчик NEA или просто разведчик) кубсат высотой 6U, который будет развернут с Артемиды где-то в окололунном пространстве, развернут солнечный парус. , затем плывите к сближающемуся с Землей астероиду:
Не позволяйте размеру обмануть вас. В нем используются четыре телескопических алюминиевых стержня, длина которых достигает 6,8 метра (высота двухэтажного дома), которые разворачивают солнечный парус, сделанный из причудливого пластика (алюминированного полиимида), который чрезвычайно легкий, потому что это просто потрясающий вид. толщиной 2,5 мкм. Для сравнения, типичный человеческий волос имеет толщину 100 микрон. Итак, вау.
После развертывания парус будет использовать солнечный свет в качестве движущей силы. Хотя у фотонов нет массы, у них есть импульс, поэтому, когда они сталкиваются с парусом, они дают ему толчок. Вот почему парус такой тонкий, но большой ( 85 квадратных метров ), а космический корабль маленький и легкий; чем меньше масса, тем больше ускорение. Хотя ускорение невероятно низкое, оно непрерывное. Это суммируется, поэтому, хотя вы изначально не двигаетесь быстро, вы можете нарастить скорость в течение недель и месяцев.
Цель астероида еще не установлена, потому что дата запуска не определена, а в космосе все движется. После запуска он будет выведен на орбиту вокруг Солнца (так называемая гелиоцентрическая орбита). После этого Scout воспользуется двигателем холодного газа, чтобы позиционировать себя, развернуть парус и уйти.
Кубсат будет иметь как большой солнечный парус, так и солнечные батареи. Ему также потребуется система определения ориентации и управления для транзита, а также для реализации последовательностей обнаружения, приближения и наблюдения за астероидом, когда он пролетает мимо него.
Конструкция солнечного паруса будет маломассивной и, следовательно, несколько хрупкой, а также подвержена возбуждению в режимах колебаний, что может стать проблемой на этапе наблюдения.
Реактивные колеса могут мягко и плавно менять положение, но им обычно требуется какая-то схема разгрузки импульса.
Вопрос: Как NEA Scout будет контролировать свое положение во время полета в дальний космос и удерживать камеру неподвижно, не вызывая вибрации и не повреждая солнечный парус площадью 85 квадратных метров?
NEA Scout содержит несколько элементов, предназначенных для управления отношением:
Последний, AMT, довольно крутая концепция. Если бы НАСА спроектировало жесткую часть корабля без решетки / без паруса, действующая сила в центре давления солнечного излучения часто не совпадала бы с центром масс. Это привело бы к возникновению крутящего момента на транспортном средстве, с которым должны были бы бороться противодействующие колеса. Это, в свою очередь, привело бы к насыщению реактивного колеса, с которым пришлось бы бороться системе холодного газа.
Вместо этого НАСА спроектировало транспортное средство таким образом, чтобы значительная часть (40% массы транспортного средства) могла тянуть сама себя, чтобы двигаться из стороны в сторону в направлениях X и Y. (Ось Z, «вверх и вниз», перпендикулярна плоскости паруса.) Это означает, что аппарат может балансировать себя так, чтобы линия от центра давления солнечного излучения к центру масс была почти параллельна вектор силы солнечного излучения.
Как NEA Scout будет контролировать свое положение во время полета в дальний космос и удерживать камеру неподвижно, не вызывая вибрации и не повреждая солнечный парус площадью 85 квадратных метров?
Разведчику NEA придется оставаться довольно устойчивым только в течение коротких промежутков времени. Хотя это предположение с моей стороны, это широко используемая концепция, когда требуется очень точное управление: временно отключите любые элементы управления ориентацией, которые могут вызвать неустойчивое вращательное движение. Это, безусловно, будет включать систему управления реакцией на холодный газ и, вероятно, также будет включать тягачи АМТ.
Система управления реакцией на холодный газ, используемая для сброса импульса, представляет собой проблему с точки зрения потенциального повреждения транспортного средства. То, что у доверенных лиц есть минимальное время включения и время простоя, составляющее десятую долю секунды, имеет потенциал для захватывающих режимов гибкости солнечного паруса. Возбуждение в гибком режиме - это то, чего следует избегать в любом космическом аппарате. (При работе с мостами также следует избегать возбуждения в гибком режиме. Несколько примеров — мост Такома-Нарроуз, который, как известно, был разорван на части из-за ветра , и висячий мост Бротон.что войска разрывались на части, маршируя в ритме, пересекая его. Каждый инженер-конструктор космических кораблей должен знать о Tacoma Narrows Bridge и Broughton Suspension Bridge.) НАСА утверждает, что проанализировало и устранило проблемы с возбуждением изгиба в отношении NEA Scout.
Использованная литература:
Система управления динамикой сближения с Землей для сближающихся с Землей астероидов Управление
избеганием динамики астероидов, сближающихся с Землей, Система управления реакцией космического корабля «Солнечный парус» NEA
Scout Система управления ориентацией космического корабля «Солнечный парус» для миссии НАСА «Разведчик астероидов, сближающихся с Землей» Контроль
ооо