Neue Satelliten - neue Fehler: Der Satelliten-Infrarotsensor GOES-17 kühlt nicht gut ab

Der im März gestartete meteorologische Satellit GOES-17 hat ein Problem: Die Infrarotkamera der nächsten Generation funktioniert aufgrund der schlechten Kühlung nur teilweise. Und jetzt versucht ein Team von Ingenieuren, unvollständige Arbeitszeiten zu reduzieren, und das zweite besteht darin, die Ursache des Problems zu ermitteln. Beide Aufgaben sind wichtig, da die Analyse der Telemetrie des Vorgängers GOES-16 ergab, dass es auch Anzeichen für einen abnormalen Betrieb des Kühlsystems gibt, und es scheint, dass die vierte Generation von GOES-Wettersatelliten mit einem systemischen Problem konfrontiert war.


Vorbereitung zum Start von GOES-17, NASA-Foto

Zeitleiste

Sendung starten

GOES-17 wurde am 1. März gestartet. Am 12. März erreichte das Gerät die geostationäre Umlaufbahn und begann mit dem Testen von Bordsystemen. Und es gab eine unangenehme Überraschung. Für den normalen Betrieb des primären optischen Instruments des Satelliten, des Advanced Baseline Imager (ABI), war eine niedrige Temperatur erforderlich. Infrarotsensoren müssen gekühlt werden, einige bis zu 60 ° Kelvin (-213 ° C), damit sie normal funktionieren können. Und es stellte sich heraus, dass das Kühlsystem seiner Verantwortung nicht gerecht werden konnte. Glücklicherweise hing die Temperaturbelastung des Satelliten von der Tageszeit und dem Tag des Jahres ab, so dass sich herausstellte, dass das Gerät teilweise betriebsbereit war. Dennoch waren 13 der 16 Frequenzbänder jeden Tag mehrere Stunden lang nicht zugänglich.

Materiel

Der Satellit GOES-17 ist der zweite in der vierten Generation der meteorologischen geostationären Satelliten GOES. GOES-16 war der erste, der 2016 in den Orbit ging. Laut dem GOES-Programm besetzen zwei Satelliten Standpunkte östlich und westlich von Amerika, um eine qualitativ hochwertige Abdeckung der Vereinigten Staaten zu gewährleisten. Zwei weitere Punkte dienen zum Überprüfen und Speichern von Ersatzsatelliten.


Karte des Standorts der GOES-Satelliten, Füllsichtbereich. NASA-Illustration

GOES-16 besetzte den östlichen Punkt, und für die 17 Satelliten war der westliche vorgesehen. Vor dem Start haben die Satelliten alphabetische Namen, daher wurde der sechzehnte als GOES-R und der siebzehnte -S bezeichnet. Strukturell basieren die Geräte auf der Lockheed Martin A2100-Plattform, die für Telekommunikationssatelliten und GPS entwickelt wurde, und tragen Geräte für verschiedene Zwecke.


Satelliteninstrumentierung NASA

Der Geostationary Lightning Mapper (GLM) arbeitet im nahen Infrarotbereich und dient zur Erkennung von Blitzen.

Extreme Ultraviolett- und Röntgenbestrahlungssensoren (EXIS) sind auf die Sonne gerichtet, messen die Sonneneinstrahlung (Sonneneinstrahlung) und können potenziell gefährliche Sonneneruptionen erfassen.
Der Solar Ultraviolet Imager (SUVI) richtet sich ebenfalls an die Sonne und ist ein Teleskop, das im ultravioletten Bereich arbeitet und zur Beobachtung von Koronarlöchern, Massenauswürfen und anderen solaren Wetterphänomenen entwickelt wurde.

Magnetometer (MAG) und Space Environment In-Situ Suite (SEISS) überwachen Magnetfelder bzw. energiereiche Partikelflüsse.

Das wichtigste Werkzeug ist jedoch der Advanced Baseline Imager (ABI) , der in 16 Frequenzbereichen von sichtbar bis infrarot atmosphärische Phänomene auf dem Globus erfasst. Viele Bereiche sind erforderlich, da beispielsweise Schnee und Eis im Wellenlängenbereich von 1,58 bis 1,64 Mikrometer und Nebel, Feuer und Vulkanismus bei 3,80 bis 4,00 Mikrometern besser sichtbar sind.


AHI, die gleiche Art von ABI, ohne Hitzeschild. Exelis Fotos

Die optische Auflösung hängt von der Reichweite ab und beträgt bestenfalls 0,5 km pro Pixel, was der doppelten Auflösung des GOES-Satellitensensors der vorherigen dritten Generation entspricht. Zum Vergleich ist auch anzumerken, dass die GOES-Sensoren der dritten Generation nur 5 Bereiche hatten.

Nach der Inbetriebnahme des GOES-16 rühmten sich NOAA und NASA zu Recht der erhaltenen Bilder.


Visueller Fortschritt, ich empfehle eine große Größe zu betrachten


16 ABI-Kanäle, große Verbindung

Das Problem

Leider wird die im vorherigen Kapitel aufgeführte Schönheit durch ein technisches Problem beeinträchtigt - Heatpipes zur Kühlung von Sensoren können ihre Aufgabe nicht bewältigen. Das Kühlmittel Propylen zirkuliert in ihnen nicht gut genug. Der Grund hierfür ist noch nicht bekannt; Versionen werden berücksichtigt: Übermäßiges nicht kondensierendes Gas (in den Wärmerohren wird das Kühlmittel vergast und kondensiert, Gasblasen in der Flüssigkeit stören die Zirkulation), Rohrverunreinigung mit Fremdpartikeln oder mechanische Beschädigung der Rohre. Es wird weitere 1-2 Monate dauern, um die Ursache zu untersuchen und das Problem auf der Erde zu reproduzieren.

Sensoren ähnlich ABI GOES-17, vier arbeiten derzeit im Weltraum. Eine ist auf GOES-16 installiert, und zwei weitere AHI des gleichen Typs befinden sich auf den japanischen geostationären meteorologischen Satelliten Himavari-8 und -9. Japanische Geräte funktionieren einwandfrei, aber eine detaillierte Analyse der GOES-16-Telemetrie ergab, dass das Kühlsystem, das als ordnungsgemäß funktionierendes Kühlsystem angesehen wird, nur in geringerem Maße mit denselben Problemen konfrontiert war. Die Temperatur von ABI GOES-16 blieb innerhalb akzeptabler Grenzen, daher achteten sie nicht auf Anzeichen einer unzureichenden Zirkulation des Kühlmittels. Eine Wiederholung der Situation weist auf ein systemisches Problem hin - entweder im Design oder in der Produktion wurde ein Fehler gemacht, und neue GOES-Satelliten können erst gestartet werden, wenn der Fehler behoben ist.

Parallel dazu kämpfte eine andere Gruppe von Ingenieuren mit dem Problem auf dem Satelliten. Nach den ergriffenen Maßnahmen (leider haben sie nicht angegeben, welche) wurde die Verfügbarkeit der Bereiche erhöht. Jetzt sind 13 der 16 Bereiche 24 Stunden am Tag und die restlichen 3 bis 20 Stunden in Betrieb. Aber es ist zu früh, um sich zu entspannen - der September rückt näher, wenn die Sonne fast direkt in den Sensor scheint und die Wärmebelastung erheblich erhöht. Die genauen Zahlen sind noch nicht bekannt, aber es wird erwartet, dass rund um die Uhr 10 der 16 Bänder verfügbar sind und die meiste Zeit verbleiben.

Fazit

Wie jede ausgefeilte Technik können neue Satelliten immer Überraschungen bringen. Und die Geschichte mit GOES-17 zeigt normalerweise eine unauffällige, aber nicht weniger interessante Aufgabe, Satelliten funktionsfähig zu halten, ihre Software zu aktualisieren und Hardwareparameter anzupassen.