Как два кубсата MarCO могут надежно оставаться рядом с InSight во время их шестимесячного полета на Марс?

После развертывания InSight с разгонного блока Centaur в прямом направлении. два кубсата MarCO 6U будут развернуты боком, с поворотом на 180 градусов между первым и вторым, как показано в видео MarCO: первая межпланетная миссия CubeSat , связанная с вопросом. Примерно 6,5 месяцев спустя план первоначальной миссии 2016 года заключался в том, чтобы оба кубсата MarCO прошли около 3500 км от InSight в течение собственных 7 минут ужаса и попытались получить телеметрию во время спуска, приземления и в течение некоторого времени после Марса. вращение быстро скрывает место посадки от радиоприема Земли на следующие ~ 13 часов.

Подробнее об этом см. Почему дата прибытия InSight на Марс должна быть фиксированной и независимой от даты запуска?

Это показано на снимке экрана слева внизу презентации Mars Cube One (MarCO) The First Planetary CubeSat Mission Сами Асмара, главного исследователя, и Стива Матоусека, руководителя захвата от 2014 года. Как показано на снимке экрана с презентации 2015 года INSPIRE и Помимо Deep Space CubeSats в JPL Эндрю Клеша, на этом пути было возможно целых пять TCM или маневров коррекции траектории. Третье изображение вырезано из обновленной траектории InSight 2018 года, найденной в последовательности запуска миссии NASA InSight , на которой показано целых шесть TCM для самого InSight. Четвертое изображение — снимок экрана с MarCO Introduction PPO 2015 .

Нажмите для полного размера:

ДВИГАТЕЛИ:

Чтобы это было возможно, и чтобы время прибытия оставалось фиксированным, чтобы приземлиться в нужном месте, как InSight, так и два кубсата MarCO потребуют двигателей для маневров с низкой дельта-v. На изображении ниже, взятом из интервью Hackaday's Interview Interview: Nacer Chahat Designs Antennas for Mars Cubesats , показаны восемь двигателей с холодным газом на обращенном к Земле конце 1x2U.

Внутренние четыре направлены назад и предназначены для осевой тяги, а верхняя и нижняя внешние пары наклонены несколько вниз и вверх. Использование верхней/нижней пары приведет к тангажу вниз/вверх, диагональная пара приведет к крену, а левая пара или правая пара вызовут рыскание. См. Также этот ответ о схемах двигателей "Вояджера", хотя они могут быть расположены под другим углом. (Итак, я только что спросил , как направлены двигатели "Вояджера"? )

выше: вырезано из Hackaday . внизу x2: Система двигателя на холодном газе от Vacco JPL MarCO Micro CubeSat Propulsion System .

Согласно веб- странице системы и техническому описанию :

• Умный автономный MiPS
• 755 Н-сек суммарный импульс
• Безопасный по своей сути нетоксичный пропеллент R236fa.
• 3490 грамм сырой массы
• 4 осевых и 4 подруливающих устройства RCS 25 мН
• Два прерывания от утечки
• Управляемый микроконтроллером

АЦС:

Тяга бесполезна, если вы не знаете, как ее направить, поэтому MarCO также содержит сложную систему ADCS. Изображения взяты со страницы Spaceflight 101 MarCO — Mars Cube One :

Из космического полета 101 :

Спутники MarCO стабилизируются по трем осям с помощью типичной системы определения ориентации и управления CubeSat, основанной на нескольких входах для определения ориентации и реактивных колесах для приведения в действие. Поскольку у MarCO не будет магнитного поля Земли для работы, магнитные крутящие моменты не являются вариантом для разгрузки импульса от колес - требуется внедрение системы управления ориентацией в дополнение к основной двигательной установке для управления траекторией.

Для миссии MarCO был выбран блок XACT (FleXible Attitude Control Technology) от Blue Canyon, который включает в себя устройство слежения за звездами, датчики инерциальных измерений, датчики грубого солнечного излучения и трехосное реактивное колесо в сборе для приведения в действие. Блок XACT занимает 0,5 единицы объема (10 x 10 x 5 сантиметров) и весит 0,91 килограмма при полете в своей базовой конфигурации, обеспечивая точность наведения ± 0,003 градуса по двум осям и ± 0,007 по третьей. Он использует источник питания 12 В, поддерживает скорость поворота более 10 ° в секунду и рассчитан на пятилетний срок службы в миссиях на низкой околоземной орбите.

Для миссии MarCO потребовалось несколько модификаций базовой конструкции XACT, в том числе добавление грубого солнечного датчика и средств управления системой двигателя для управления импульсом, реализованных на функционально отдельном блоке от другого производителя. Также потребовались изменения в программном обеспечении полета для учета траекторий дальнего космоса.

На этапе полета Star Tracker является основным устройством определения ориентации, собирающим изображения звездного неба, которые сравниваются с бортовым каталогом из более чем 23 000 звезд, чтобы идентифицировать известное созвездие и на основе этого вычислить точную трехосную ориентацию корабля.

XACT Star Tracker обычно обрабатывает до 64 опорных звезд с величиной до 7,5 и выдает координаты положения с частотой обновления пять в секунду. Инерциальная измерительная система используется для распространения информации о состоянии корабля между обновлениями ST, а также обеспечивает руководство для начального разворота космического корабля после отделения от ракеты-носителя. Одной из интересных функций XACT Star Tracker является его режим визуализации, способный собирать черно-белые изображения размером 1024 x 1280 пикселей.

Команда DSN и скорость/диапазон:

Как и любой другой межпланетный космический корабль на сегодняшний день, включая InSight, MarCO не имеет возможности самостоятельной навигации. Каждый космический корабль MarCO будет оснащен радиопередатчиком IRIS Cubesat. Согласно спецификации радиосвязи IRIS транспондера Iris V2.1 CubeSat Deep Space, он содержит три РЧ-тракта и поддерживает несколько стандартных диапазонов космической связи.

Критически важным для навигации компонентом является конфигурируемый программно-определяемый когерентный ретранслятор , который будет принимать сигналы скорости/дальности от сети Deep Space X-диапазона на частотах 7,145–7,190 ГГц и одновременно когерентно ретранслировать их на частотах 8,400–8,450 ГГц с когерентным оборотом. соотношение частот 880/749.

Таким образом, НАСА сможет проводить точные измерения расстояния и относительной скорости каждого космического корабля на протяжении всего путешествия, а также рассчитывать команды тягового маневра, чтобы затем отправлять им обратно, чтобы они не сбились с курса.

Во время входа InSight в марсианскую атмосферу и после этого космический корабль MarCO будет принимать сигналы от InSight через УВЧ-антенну на дне и ретранслировать их в виде ретранслятора «изогнутой трубы» на Землю в X-диапазоне через антенну с высоким коэффициентом усиления, направленную на Землю. .

вверху: рамочная УВЧ-антенна MarCO, используемая для связи с InSight, показана в развернутом и убранном положениях. ниже: Антенна с высоким коэффициентом усиления MarCO, используемая для связи с DSN Земли, показана в убранном и развернутом положениях. Оба изображения с Hackaday .

ниже: Изображение со страницы радиостанции NASA JPL IRIS .

Имеют бортовую двигательную установку.

http://www.cubesat-propulsion.com/jpl-marco-micro-propulsion-system/