Mikrosatellit für großen Raum

Ende 2014 schickten japanische Universitäten mit Unterstützung der Japan Space Agency JAXA den Procyon-Mikrosatelliten in den interplanetaren Raum. Er wurde das erste Gerät dieser Klasse, das in den interplanetaren Raum gelangte und die praktische Möglichkeit zeigte, dort nichtkosmische Elektronik einzusetzen.



In der erdnahen Umlaufbahn in Höhen von bis zu 1000 km arbeiten heute eine große Anzahl von Mikrosatelliten - Geräte bis zu 100 kg. Sie werden hauptsächlich von privaten Unternehmen und Universitäten erstellt. Einige Mikrosatelliten generieren bereits Einnahmen für die Entwickler, aber die meisten führen experimentelle Aufgaben aus. Die Weltastronautik lernt immer noch, sie effektiv einzusetzen und bewertet die Möglichkeiten.

In Japan wurde ein mutiges Experiment gestartet, um ein kleines, kostengünstiges Raumschiff für die Forschung im Weltraum zu schaffen.



Der Hauptunterschied zwischen dem interplanetaren Raum und dem erdnahen Raum liegt in einem Magnetfeld. Das Erdmagnetfeld schützt nicht nur Sonnenwindströme mit niedriger und mittlerer Energie, sondern erleichtert auch die Satellitensteuerung. Schließlich können Sie ein Magnetfeld in der Nähe der Erde verwenden, um sich darauf zu „lehnen“ und den Satelliten entlang der gewünschten Achse zu drehen. Zu diesem Zweck sind die Satelliten mit einem dreiachsigen magnetischen Orientierungssystem an den MIO - Magnetaktuatoren ausgestattet. Für eine genauere Ausrichtung, zum Beispiel beim Richten der Antenne oder des Teleskops und beim Verfolgen des Ziels, wird ein anderes System verwendet - Schwungradmotoren.

Wenn sich der Schwungradmotor auf maximale Drehzahl dreht, wird er unbrauchbar und muss "entladen" werden - gestoppt. Das Schwungrad kann auf verschiedene Arten entladen werden: Raketentriebwerke mit kleiner Ausrichtung, eine Satellitendrehung oder dieselben magnetischen Aktuatoren. Das heißt, Das Erdmagnetfeld deckt nicht nur Satelliten aus dem Fluss der Sonnenpartikel ab, sondern hilft auch, Kraftstoff in der Umlaufbahn zu sparen.

Die Wirkung des Erdmagnetfeldes erstreckt sich auf etwa 60.000 km und darüber hinaus auf den interplanetaren Raum. Dort sind die Bedingungen in vielerlei Hinsicht stabil, von Merkur bis Pluto, und hängen nur von der Entfernung von der Sonne und der Sonnenaktivität ab.

Procyon wurde an der Universität von Tokio mit Unterstützung der Japan Space Agency und des Japan Institute of Aeronautics and Cosmonautics sowie von fünf weiteren Universitäten und Instituten entwickelt, die an der Entwicklung verschiedener Komponenten und der Flugvorbereitung beteiligt sind.



Das Fahrzeug wurde vom Tanegashima Cosmodrome aus gestartet. Er erzielte eine zweite Raumgeschwindigkeit zusammen mit der zurückkehrenden automatischen Raumstation JAXA Hayabusa-2, die für Asteroidenproben an den Ryugu-Asteroiden (162173) geschickt wurde. Procyon flog zu einem anderen Asteroiden und hatte nicht die Absicht, dort zu verweilen oder zurückzukehren.



Die Aufgabe des Mikrosatelliten war es, einen Asteroiden aus der Spannweite einzufangen. Eine weitere Aufgabe bestand darin, die Geocorona mit dem LAICA-Ultraviolett-Spektrometer zu untersuchen.



Eine Geocorona ist eine Wasserstoffwolke, die die Erde umhüllt. Es kann nur von der Seite und im ultravioletten Spektrum beobachtet werden. Es wurde von den Astronauten Apollo 16 und dem chinesischen Modul Chang'e 3 gefilmt .



Procyon startete in die heliozentrische Umlaufbahn, d.h. er begann sich um die Sonne zu drehen. Laut Programm musste er einen Kreis fliegen, sich der Erde nähern und ein Manöver der Umlaufbahnkorrektur durchführen, um bereits zum Asteroiden zu gelangen.



Der Asteroid wurde als Ziel nicht einfach, sondern mit einem Satelliten ausgewählt. Solche binären Asteroiden sind ziemlich selten und nur einer wurde in der Nähe beobachtet - der Asteroid Ida befand sich mit einem kleinen Satelliten, den sie Dactyl nannten. Das Ziel für Procyon - der achthundert Meter lange Asteroid 2000 DP107 und sein Paar - wurde nur von der Erde aus mit Radar beobachtet.



Um sein Ziel zu erreichen, wurde der Mikrosatellit mit einem Ionenmotor ausgestattet, der von Sonnenkollektoren angetrieben wurde und das im Kohlefasertank gespeicherte Xenon „blies“.



Zur Orientierung und zum Entladen der Schwungräder wurde das gleiche Xenon verwendet, das (bereits ohne Anführungszeichen) durch Gasorientierungsmikromotoren geblasen wurde.



Die Kommunikation mit der Erde erfolgte im X-Band mit einer JAXA-Bodenstation, die mit einer 64-Meter-Antenne ausgestattet war, und mit den Deep Space Network-Stationen der NASA.

In der ersten Phase des Fluges zeigte sich das Gerät sehr gut. Die Elektronik funktionierte stabil. Tests von wissenschaftlichen Instrumenten haben ihre Leistung gezeigt. Die Jungs konnten sogar ultraviolette Bilder des Kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko bekommen .



Ein Bericht über die Arbeit des Geräts sagt auch über das Schießen von Geocorns aus, aber die Ergebnisse wurden noch nicht veröffentlicht, anscheinend bereiten sie eine Veröffentlichung in einer wissenschaftlichen Zeitschrift vor.

Eine wichtige Etappe auf dem Weg zur Erde - Tests des Ionenmotors - waren ebenfalls erfolgreich. Der Motor entwickelte sogar eine Traktion von mehr als erwarteten 330 mkN anstelle von 250 mkN. Bei der Korrektur der Umlaufbahn fiel der Motor jedoch aus. Nach den Ergebnissen der Störungsbeurteilung kamen wir zu dem Schluss, dass der Fehler durch einen Metallfleck zwischen den beiden Kontakten verursacht wurde.

Also konnte Procyon nicht zum Asteroiden fliegen, aber er blieb betriebsbereit, also machte er sich daran, das nächste verfügbare Ziel zu beobachten - die Erde. Die Annäherung an unseren Planeten fand Ende 2015 statt und die Jungs haben auf ihrer Facebook-Seite aktiv über den Annäherungsprozess berichtet. Obwohl die Medien nicht sehr an ihren Leistungen interessiert waren. Es gelang ihnen, das Erd- und Mondsystem mit ihrem Teleskop aus einer Entfernung von mehreren Millionen Kilometern zu beobachten.



Die maximale Annäherung an die Erde sollte am 3. Dezember 2015 in einer Entfernung von etwa 2,7 Millionen km erfolgen, und an diesem Tag wurde die Verbindung zum Gerät unterbrochen. Die Entwickler versprachen zwei Monate lang, die Versuche fortzusetzen, wieder an die Arbeit zu gehen, aber ohne Erfolg. Daher kann der Flug von Procyon heute als abgeschlossen betrachtet werden, und jetzt ist er selbst nur noch ein kleiner erdnaher Asteroid. Jetzt dreht es sich weiter um die Sonne und nähert sich regelmäßig der Erde. Auf unsere Köpfe zu fallen ist keine Bedrohung, selbst wenn er unseren Planeten trifft, wird es in dichten Schichten der Atmosphäre brennen.

Trotz des Scheiterns einiger Ziele kann Procyon nicht als völliger Misserfolg bezeichnet werden. Das Hauptziel - die Möglichkeit des Betriebs interplanetarer Mikrosatelliten zu bestätigen - bewies er. Ein Jahr Arbeit für ein solches Projekt und ein solches Budget - etwa 5 Millionen US-Dollar - ist ein sehr gutes Ergebnis. Darüber hinaus haben Studenten mehrerer japanischer Universitäten umfangreiche Erfahrungen in der Entwicklung, Verwaltung und dem Betrieb der interplanetaren Raumfahrttechnologie gesammelt und verfügen nun über vorgefertigte Entwicklungen, auf deren Grundlage neue interplanetare Mikrostationen geschaffen werden können.



Selbst wenn Sie sich die Erfolgsbilanz der Universität Tokio ansehen, können Sie nur beneiden.



Von uns kann es nur verglichen werden, wenn die Moskauer Staatsuniversität, an der Kansats seit mehreren Jahren im Wettbewerb stehen, und Studenten an realen Weltraumprojekten teilnehmen. Ihr Begleiter Lomonosov war Ende April der erste, der von Vostochny aus flog, obwohl nur ein Teil der wissenschaftlichen Ausrüstung von der Universität dort war.

Source: https://habr.com/ru/post/de392691/