| "Tsubame", "Tsubame", つばめ, SLATS | |
|---|---|
| Super lav højde test satellit | |
| Kunde | JAXA |
| Fabrikant | Mitsubishi Electric Corporation |
| Operatør | Japan Aerospace Exploration Agency |
| Opgaver | Lang omløbsflyvning i ultralave baner, atomisk iltovervågning, jordobservation |
| Satellit | jorden |
| affyringsrampe | Tanegashima Space Center Yoshinobu Launch Complex |
| løfteraket | H-IIA nr. 37 |
| lancering | 23. december 2017 1:26:22 UTC |
| Deorbit | 2. oktober 2019 |
| COSPAR ID | 2017-082B |
| SCN | 43066 |
| specifikationer | |
| Vægt | mindre end 400 kg |
| Dimensioner | 2,52x5,24x0,89 m |
| Strøm | 1,14 kW |
| Strømforsyninger | Solpaneler |
| Orbitale elementer | |
| Banehøjde | 268 km i starten af programmet, 180 km i slutningen |
| måludstyr | |
| AOFS, MDM | Atomic Oxygen Exposure Monitoring System |
| MDM | overvågning af materialenedbrydning |
| OPS | high definition kamera |
| global.jaxa.jp/projects/… | |
Tsubame, Tsubame, つばめ, SLATS ( Super Low Altitude Test Satellite ) er en japansk satellit, en demonstrator af teknologier med ultralav kredsløb . Målet med satellitten er at undersøge virkningerne af atomær oxygen på materialer, der anvendes i satellitkonstruktioner, og at demonstrere fordelene ved ultralave baner til undersøgelse af jordens overflade. For at løse disse problemer placeres et sæt instrumenter om bord på satellitten: et atomært iltovervågningssystem AOFS , en materialenedbrydningsmonitor MDM og et OPS-kamera . En af de vigtige egenskaber ved rumfartøjet er brugen af en ionraketmotor i en usædvanlig driftsform . Projektlederen er Masanori Sasaki (佐々木 雅範Sasaki Masanori ) [1] .
Satellitten blev opsendt den 23. december 2017 af en H-IIA løfteraket (type 202, nr. F37). Tsubame var den anden nyttelast, og den vigtigste nyttelast var den japanske meteorologiske satellit Shikisai . Opsendelsen fandt sted kl. 10:26:22 Tokyo-tid (JST) (01:26:22 UTC) fra den første affyringsrampe i Yoshinobu- opsendelseskomplekset . Opsendelsen af løfteraketten var vellykket, og 16 minutter 13 sekunder efter opsendelsen i en højde af 792 km, blev Shikisai adskilt fra anden trins adapter [2] . Et kendetegn ved opsendelsen var, at to satellitter blev sendt i kredsløb, som skulle operere i ujævnt høje kredsløb. Desuden skal den første, Shikisai, operere i en meget højere bane end den anden, Tsubame. 57:39 var der en anden inklusion af anden fase, som virkede i 10 sekunder. Efter 2:01 minutter blev Tsubame-dockingadapteren tabt. I det 106. minut af flyvningen blev den tredje motor tændt (i lavtrykstilstand), som varede 71 sekunder - denne inklusion reducerede kredsløbets apogee til 629 km. Efter 1:47:59 fra opsendelsesøjeblikket fandt adskillelsen af Tsubame-rumfartøjet sted - fra det øjeblik skiftede satellitten til selvstændig flyvning. Klokken 12:54 JST bekræftede en sporingsstation i den chilenske hovedstad Santiago , at Tsubame havde indsat sine solpaneler og var korrekt orienteret [2] . Den 24. december udsendte JAXA en pressemeddelelse, der bekendtgjorde den vellykkede afslutning af kritiske procedurer: udrulning af solpaneler, lancering af udstyr ombord, telemetritransmission [3] .
Den 7. januar 2018 begyndte Tsubame overgangen fra en bane på 457 × 629 km til en lavere. Den 18. januar faldt enheden ned i en bane på 458 × 595 km. Nedstigningen vil fortsætte, indtil den når en arbejdscirkulær bane på 268 × 268 km, som satellitten vil bruge en måned på, derefter en uge i kredsløb med en højde på 250, 240, 230 km, derefter endnu en måned i en bane med en højde på 220 km. Derefter begynder forsøgets sidste fase i en bane med en højde på 180 km. Det antages, at i denne højde vil ionmotorens fremdrift ikke være nok til at kompensere for bremsning, så RCS med en hydrazinmotor vil også blive brugt [4] . Den 22. juni 2019 var satellitten i kredsløb med en perigeum på 241 km og en apogeum på 245 km [5] . Satellitten deorbiterede den 1. oktober 2019, den seneste offentliggjorte TLE har en tid på 12:31:26 UTC.
Siden 2006 har JAXA udført forskning med det formål at bruge baner under 300 km til at observere Jordens overflade [6] . Det japanske agentur kalder sådanne baner "ekstremt lave" (超低 高度軌道cho : tei ko:do kido: ) . Sådanne baner bruges sjældent af kunstige jordsatellitter på grund af deres korte levetid. JAXA undersøger teknologier til at fungere i sådanne baner, og som en del af denne forskning er SLATS [1] blevet udviklet . Hovedmotivet for disse undersøgelser er at forbedre effektiviteten af Jordens fjernmålingssatellitter. For eksempel har det optiske system af en satellit, der opererer i den mest populære højde på 800–600 km, en opløsning i det synlige område på 2,5 m. Hvis en sådan satellits kredsløb reduceres til 200 km, vil dette optiske system give en billede med en opløsning på 0,6 m [6] .
I løbet af forskningen blev der identificeret to nøgleproblemer, der opstår, når man opererer satellitter i ultralav kredsløb. Det første problem er atmosfærisk luftmodstand. På trods af det faktum, at atmosfæren i højder på 150-300 km er meget sjælden, er dens modstand ganske tilstrækkelig til at reducere levetiden i kredsløb betydeligt. For at overvinde atmosfærens modstand foreslog udviklerne brugen af en elektrisk raketmotor (EP). EJE-fremstød er væsentligt ringere end kemiske raketmotorer, men i en sjælden atmosfære er EJE-tryk tilstrækkelig til at opretholde kredsløb. Samtidig bliver en stor specifik impuls en væsentlig fordel , hvilket gør det muligt at sikre langsigtet drift i kredsløb. Det andet problem er effekten af atomær oxygen på rumfartøjet. Atomisk oxygen dannes ved ødelæggelsen af oxygenmolekylet O 2 under påvirkning af kosmisk stråling. Atomisk oxygen er kemisk mere aktivt, og satellittens elementer er udsat for betydelige påvirkninger, hvilket fører til en ændring i materialers egenskaber [6] .
I første omgang var Tsubame planlagt til at blive opsendt i rummet i 2013 eller 2014 som en nyttelast under opsendelsen af ALOS-2- satellitten [7] .
Den 11. og 20. april 2017 blev stødbelastningstolerancetest udført af rumfartøjet under adskillelse fra adapteren på Shikisai-satellitten og selve Tsubame. Fra 25. april til 12. maj blev der udført en række tests på et vibrationsstativ. Disse tests skulle bekræfte, at enheden, der er monteret på adapteren, er klar til at modstå de vibrationsbelastninger, der opstår under opsendelsen på en løfteraket. Den 2. juni blev det meddelt, at testene var vellykkede [8] .
Omkostningerne ved at udvikle og fremstille satellitten var omkring 3,4 milliarder yen [9] .
Den 9. august 2016 blev valget af officielle symboler til SLATS-programmet annonceret. Programmets logo symboliserer ultralave baner, langs hvilke satellitten flyver som et fly og åbner solpaneler som en fugls vinger. Det officielle missionspatch viser en satellit, der krydser Jordens store himmel. Det samlede billede er indrammet af en sølvring, hvorpå det fulde navn på missionen "Super Low Altitude Test Satellite" er skrevet. Ringens sølvfarve blev valgt som et symbol på atomart oxygen, hvor hovedprogrammet skal gennemføres. Den røde linje i lappen symboliserer ion-thrusteren, der holder satellitten i en given bane. Indskriften SLATS, der findes i begge grafiske symboler, er lavet i form af en gradient fra blå (atmosfærens overfladelag) til mørkeblå (øvre lag af atmosfæren) [10] .
Satellitten hed oprindeligt SLATS, en forkortelse for det engelske navn på forskningsprogrammet Super Low Altitude Test Satellite. Den 25. april 2017 blev det annonceret starten på at acceptere forslag til et personligt navn til rumfartøjet. Når man foreslår et navn, skulle ret simple betingelser være opfyldt: brugen af hiragana eller katakana , nem udtale, ikke matchende med navnet på andre satellitter, uden at indeholde bandeord, forfatterne påberåber sig ikke copyright. Vinderen modtog en invitation til at opsende en satellit [11] . Den 14. juni 2017 annoncerede JAXA resultatet af en åben konkurrence om at vælge navnet på SLATS-satellitten. 6222 personer deltog i konkurrencen. Navnet TSUBAME (つばめTsubame , "Svale") [12] vandt .
Satellitten er en parallelepipedum på 2,52 × 1,2 × 0,89 m (længde, bredde, højde), og efter åbningen af to solpaneler placeret langs langsiderne, steg dens bredde til 5,2 m [13] . En elektrisk raketmotor er monteret på bagpanelet . Rumfartøjet har også fire mikro -LPRE'er . På trods af at Tsubame-satellitten i sig selv er en videnskabelig demonstrator, er tre videnskabelige instrumenter placeret om bord: AOFS atomic oxygen monitoring system, MDM materialenedbrydningsmonitor og OPS kameraet [4] .
For at ændre kredsløbet, manøvrere i kredsløb og øge driftsperioden i en ultralav kredsløb er satellitten udstyret med to fremdriftssystemer: elektrisk og flydende [4] .
LRESatellitten har fire mikro-LPRE'er. Hver af dem har et jettryk på 1 N og en specifik impuls på 200 s. Til driften af LRE opbevares 34 kg hydrazin om bord [4] . Layoutet af væskefremdrivningssystemet "Tsubame" er en afisoleret version af systemet, som JAXA bruger til to-tons platforme. Den vigtigste forskel er tilstedeværelsen af kun én tank brændstof. Raketmotorens opgave er at kontrollere satellittens orientering og udføre energiske manøvrer i tilfælde af manglende ionmotorkapacitet [13] .
IES ion thrusterFor at opretholde Tsubames kredsløb blev en af typerne af elektriske raketmotorer valgt - Kaufman ionmotoren [14] IES ( English Ion Engine System ). Motortryk 10-28 mN, impuls 2000 s. Motorens elektriske effekt er 370 W ved et tryk på 10 mN. 10 kg xenon anvendes som arbejdsvæske . Massen af alle blokke er 43 kg. Ved udviklingen af EJE blev motoren taget som basis, som med succes fungerede på den stationære satellit " Kiku-8 " (ETS-VIII) [7] .
Skematisk består IES af [7] :
PMU-blokken blev taget fra Kiku-8-motoren med stort set ingen ændringer. Xenon brugt som arbejdsvæske opbevares i tre tanke under et tryk på 7 MPa. [7] .
PPCU er udviklet af MELCO med input fra JAXA. Enheden består af syv motorstrømforsyninger, en ekstra elektrisk konverter og elektriske og informationsgrænseflader. Derudover inkluderer den en iongenerator svarende til den, der bruges i Kiku-8, som har en påstået levetid på 16.000 timer ved et tryk på 20 mN. En vigtig forskel fra Kiku-8-motoren er forskellen i strømforsyningens inputkarakteristika. Tsubames indbyggede strømforsyning forsyner PPCU'en med 24 til 32 volt, mens Kiku-8-motoren modtog 100 volt. PPCU'en konverterer og forsyner indbyggede systemer med effekt i spændingsområdet fra 15 V til 1100 V, strøm fra 0,01 A til 5,5 A, effekt fra 1,5 W til 660 W [13] .
En anden vigtig forskel er en fundamental ændring i motorens funktionsmåde: For at kompensere for atmosfærisk luftmodstand i en ultralav bane skal ionmotoren være tændt regelmæssigt i en kort periode, hvilket er ukarakteristisk for denne type motorer. Kommandoen til at tænde og slukke motoren genereres af PPCU'en autonomt uden deltagelse af flyvekontrolcentret på jorden. For at vælge motorens parametre styres styreenheden af GPS-data. Et sådant kontrolskema forklares af den korte varighed af kontakt med jordkontrolstationen på grund af satellittens høje vinkelhastighed i en ultralav bane [7] .
NEC Toshiba Space Systems arbejdede sammen med JAXA om at udvikle NSTT -systemet (Næste generation af Star Tracker ) . Systemet er designet til højpræcisionsbestemmelse af rumfartøjets position i kredsløb i forhold til orienteringsakserne. Systemet skal levere orienteringsparametre med tilfældig fejl < 4 buesek. (3σ) og forspændingsfejl < 6 og 4 buesek. (3σ) . Dette system giver dig mulighed for at spore apparatets position i forhold til stjernerne ved en vinkelhastighed på 2º pr. sekund med en nøjagtighed på 99 % [7] .
Massen af enheden monteret på Tsubame er 6,2 kg, strømforbrug er 20 watt. Det optiske NSTT-system giver et synsfelt på 16°×16°. Detektoren genererer fire billeder i sekundet, som identificerer de stjerner, der bruges til navigation [13] .
På overfladen af Tsubame er der installeret otte sensorer til at overvåge virkningerne af atomic oxygen AOFS ( engelsk Atomic Oxygen Fluence Sensor ) på satellittens elementer. Diameteren af hver sensor er 12,2 mm, dybden er 15 mm, den samlede vægt af sensorerne og styreenheden er 3,4 kg, og strømforbruget er 44,8 W [15] . Sensoren er en kvartsoscillator belagt med en polyamidfilm. Under påvirkning af atomart oxygen oxiderer og fordamper polyamidet, mens filmvægten falder. Dette fald i filmens masse vil føre til en ændring i kvartsoscillatorens frekvens, hvilket gør det muligt at estimere mængden af atomær oxygen i kredsløb [7] .
MDM Material Degradation Monitor [16] er lavet af Shin Nihon Electronics [17] . Monitoren er en arbejdsflade, hvorpå 13 prøver af forskellige materialer er fastgjort. Under påvirkning af atomart ilt og faktorer i rummiljøet ændrer prøverne deres fysiske egenskaber. Et kamera med høj opløsning udsender prøvernes visuelle tilstand. MDM vægt 2,8 kg, strømforbrug - 35 W [15] .
Prøver af tre typer materialer er fastgjort på arbejdsfladen [13] :
Derudover analyseres monitorkroppens materiale [18] .
For at overvåge ændringer i prøverne bruges et kamera med en 3,8 megapixel CCD-matrix, som tager billeder med et specificeret interval [13] .
OPS-kameraet er fremstillet af Mitsui Electric [17] .
Når man observerer Jordens overflade fra baner, der er 800–600 km høje, kræves der tilstrækkeligt store optiske systemer til at opnå et billede af høj kvalitet. Med et betydeligt fald i kredsløbet kan optiske systemer gøres mindre uden at gå på kompromis med billedkvaliteten. Ifølge beregningerne fra skaberne af Tsubame vil et objektiv med en brændvidde på 30 cm, der opererer i en højde på 250 km, tage de samme billeder som et objektiv, der opererer i en højde på 600 km og har en brændvidde på 70 cm OPS-kameraet er designet til at bekræfte disse beregninger i praksis [19] .
| |
|---|---|
|
| |
| Køretøjer opsendt af en raket er adskilt af et komma ( , ), opsendelser er adskilt af et interpunct ( · ). Bemandede flyvninger er fremhævet med fed skrift. Mislykkede lanceringer er markeret med kursiv. | |