| "Tsubame", "Tsubame", つばめ, SLATS | |
|---|---|
| Satelit pro testování super nízké nadmořské výšky | |
| Zákazník | JAXA |
| Výrobce | Mitsubishi Electric Corporation |
| Operátor | Japonská agentura pro letecký průzkum |
| Úkoly | Dlouhý orbitální let na ultranízkých drahách, monitorování atomového kyslíku, pozorování Země |
| Satelit | Země |
| panel | Startovací komplex vesmírného střediska Tanegashima Yoshinobu |
| nosná raketa | H-IIA č. 37 |
| zahájení | 23. prosince 2017 1:26:22 UTC |
| Deorbit | 2. října 2019 |
| ID COSPAR | 2017-082B |
| SCN | 43066 |
| Specifikace | |
| Hmotnost | méně než 400 kg |
| Rozměry | 2,52 x 5,24 x 0,89 m |
| Napájení | 1,14 kW |
| Zásoby energie | Solární panely |
| Orbitální prvky | |
| Výška oběžné dráhy | 268 km na začátku programu, 180 km na konci |
| cílové zařízení | |
| AOFS, MDM | Systém monitorování expozice atomovému kyslíku |
| MDM | monitor degradace materiálu |
| OPS | fotoaparát s vysokým rozlišením |
| global.jaxa.jp/projects/… | |
Tsubame, Tsubame, つばめ, SLATS ( Super Low Altitude Test Satellite ) je japonský satelit, demonstrátor technologií na ultranízké oběžné dráze . Cílem družice je zkoumat účinky atomárního kyslíku na materiály používané při konstrukci družice a demonstrovat výhody ultra nízkých drah pro průzkum zemského povrchu. K vyřešení těchto problémů je na palubě družice umístěna sada přístrojů: systém monitorování atomového kyslíku AOFS , monitor degradace materiálu MDM a kamera OPS . Jednou z důležitých vlastností kosmické lodi je použití iontového raketového motoru v neobvyklém režimu provozu . Vedoucím projektu je Masanori Sasaki (佐々木 雅範Sasaki Masanori ) [1] .
Družice byla vynesena 23. prosince 2017 nosnou raketou H-IIA (typ 202, č. F37). Tsubame byl druhý náklad a hlavním nákladem byla japonská meteorologická družice Shikisai . Start se uskutečnil v 10:26:22 tokijského času (JST) (01:26:22 UTC) z první startovací rampy startovacího komplexu Yoshinobu . Start nosné rakety byl úspěšný a 16 minut 13 sekund po startu ve výšce 792 km se Shikisai oddělila od adaptéru druhého stupně [2] . Charakteristickým rysem startu bylo, že na oběžnou dráhu byly vypuštěny dva satelity, které by měly operovat na nerovnoměrně vysokých drahách. Navíc první, Shikisai, musí operovat na mnohem vyšší oběžné dráze než druhý, Tsubame. V čase 57:39 došlo k druhému zařazení druhého stupně, které fungovalo 10 sekund. Po 2:01 minutách spadl dokovací adaptér Tsubame. Ve 106. minutě letu byl spuštěn třetí motor (v režimu nízkého tahu), který trval 71 sekund – toto zařazení snížilo apogeum oběžné dráhy na 629 km. Po 1:47:59 od okamžiku startu došlo k oddělení kosmické lodi Tsubame – od tohoto okamžiku se satelit přepnul na nezávislý let. Ve 12:54 JST potvrdila sledovací stanice umístěná v chilském hlavním městě Santiagu , že Tsubame rozmístila svá solární pole a byla správně orientována [2] . Dne 24. prosince vydala JAXA tiskovou zprávu oznamující úspěšné dokončení kritických procedur: nasazení solárních panelů, spuštění palubního zařízení, telemetrický přenos [3] .
7. ledna 2018 Tsubame zahájila přechod z oběžné dráhy 457 × 629 km na nižší. Do 18. ledna zařízení sestoupilo na oběžnou dráhu 458 × 595 km. Klesání bude pokračovat, dokud nedosáhne pracovní kruhové dráhy 268 × 268 km, na které družice stráví měsíc, poté týden na drahách s výškou 250, 240, 230 km, poté další měsíc na oběžné dráze s výškou 220 km. Poté na oběžné dráze s výškou 180 km začne závěrečná fáze experimentu. Předpokládá se, že v této výšce nebude tah iontového motoru stačit ke kompenzaci brzdění, proto bude použito i RCS s hydrazinovým motorem [4] . Dne 22. června 2019 byla družice na oběžné dráze s perigeem 241 km a apogeem 245 km [5] . Družice deorbitovala 1. října 2019, poslední zveřejněná TLE má čas 12:31:26 UTC.
Od roku 2006 JAXA provádí výzkum zaměřený na využití drah pod 300 km k pozorování zemského povrchu [6] . Japonská agentura nazývá takové dráhy „extrémně nízké“ (超低 高度軌道cho : tei ko:do kido: ) . Umělé pozemské družice takové dráhy využívají jen zřídka kvůli jejich krátké životnosti. Společnost JAXA zkoumá technologie, které by na takových drahách fungovaly, a jako součást tohoto výzkumu byl vyvinut SLATS [1] . Hlavním motivem těchto studií je zlepšit účinnost družic dálkového průzkumu Země. Například optický systém družice operující v nejoblíbenější výšce 800–600 km má rozlišení ve viditelném rozsahu 2,5 m. Pokud se dráha takové družice sníží na 200 km, poskytne tato optická soustava snímek s rozlišením 0,6 m [6] .
V průběhu výzkumu byly identifikovány dva klíčové problémy, které vznikají při provozu satelitů na ultra nízké oběžné dráze. Prvním problémem je odpor vzduchu. Navzdory skutečnosti, že ve výškách 150-300 km je atmosféra velmi řídká, její odolnost je zcela dostatečná k výraznému snížení životnosti na oběžné dráze. K překonání odporu atmosféry vývojáři navrhli použití elektrického raketového motoru (EP). Tah EJE je výrazně nižší než chemické raketové motory, ale ve vzácné atmosféře je tah EJE dostatečný k udržení oběžné dráhy. Významnou výhodou se přitom stává velký specifický impuls , který umožňuje zajistit dlouhodobý provoz na oběžné dráze. Druhým problémem je vliv atomárního kyslíku na kosmickou loď. Atomový kyslík vzniká destrukcí molekuly kyslíku O 2 působením kosmického záření. Atomový kyslík je chemicky aktivnější a prvky družice podléhají značnému vlivu, což vede ke změně vlastností materiálů [6] .
Původně bylo plánováno, že Tsubame bude vypuštěna do vesmíru v roce 2013 nebo 2014 jako náklad při startu družice ALOS-2 [7] .
Ve dnech 11. a 20. dubna 2017 provedla sonda testy odolnosti vůči nárazovému zatížení během oddělení od adaptéru satelitu Shikisai a samotného Tsubame. Od 25. dubna do 12. května byla provedena série testů na vibračním stojanu. Tyto testy měly potvrdit připravenost zařízení namontovaného na adaptéru vydržet vibrační zatížení, ke kterému dochází při startu na nosné raketě. 2. června bylo oznámeno, že testy byly úspěšné [8] .
Náklady na vývoj a výrobu satelitu byly asi 3,4 miliardy jenů [9] .
9. srpna 2016 byl vyhlášen výběr oficiálních symbolů pro program SLATS. Logo programu symbolizuje ultranízké oběžné dráhy, po kterých satelit letí jako letadlo a otevírá solární panely jako ptačí křídla. Oficiální náplast mise zobrazuje satelit křižující velkou oblohu Země. Celkový obraz je orámován stříbrným prstenem, na kterém je napsán celý název mise „Super Low Altitude Test Satellite“. Stříbrná barva prstenu byla zvolena jako symbol atomového kyslíku, ve kterém se má uskutečňovat hlavní program. Červená čára přítomná v poli symbolizuje iontovou trysku, která udržuje satelit na dané oběžné dráze. Nápis SLATS přítomný v obou grafických symbolech je proveden ve formě gradientu od modré (povrchové vrstvy atmosféry) po tmavě modrou (horní vrstvy atmosféry) [10] .
Družice se původně jmenovala SLATS, což je zkratka anglického názvu výzkumného programu Super Low Altitude Test Satellite. Dne 25. dubna 2017 bylo oznámeno zahájení přijímání návrhů na osobní jméno pro kosmickou loď. Při navrhování názvu bylo třeba splnit poměrně jednoduché podmínky: použití hiragany nebo katakany , snadná výslovnost, neshoda s názvem jiných satelitů, neobsahující nadávky, autoři si nenárokují autorská práva. Vítěz obdržel pozvánku na vypuštění satelitu [11] . 14. června 2017 JAXA oznámila výsledek otevřené soutěže na výběr názvu satelitu SLATS. Soutěže se zúčastnilo 6222 lidí. Zvítězilo jméno TSUBAME (つばめTsubame , „Vlaštovka“) [12] .
Družice je rovnoběžnostěn 2,52 × 1,2 × 0,89 m (délka, šířka, výška) a po otevření dvou solárních panelů umístěných po dlouhých stranách se jeho šířka zvětšila na 5,2 m [13] . Na zadním panelu je namontován elektrický raketový motor . Kosmická loď má také čtyři mikro -LPRE . Navzdory skutečnosti, že samotný satelit Tsubame je vědeckým demonstrátorem, jsou na jeho palubě umístěny tři vědecké přístroje: systém monitorování atomového kyslíku AOFS, monitor degradace materiálu MDM a kamera OPS [4] .
Pro změnu oběžné dráhy, manévrování na oběžné dráze a prodloužení doby provozu na ultranízké oběžné dráze je družice vybavena dvěma systémy pohonných systémů: elektrickým a kapalinovým [4] .
LRESatelit má čtyři mikro-LPRE. Každý z nich má proudový tah 1 N a specifický impuls 200 s. Pro provoz LRE je na palubě uloženo 34 kg hydrazinu [4] . Uspořádání kapalného pohonného systému „Tsubame“ je odizolovanou verzí systému používaného společností JAXA pro dvoutunové platformy. Klíčovým rozdílem je přítomnost pouze jedné palivové nádrže. Úkolem raketového motoru je řídit orientaci družice a provádět energetické manévry v případě nedostatku schopností iontového motoru [13] .
Iontová tryska IESPro udržení oběžné dráhy Tsubame byl zvolen jeden z typů elektrických raketových motorů – iontový motor Kaufman [14] IES ( anglicky Ion Engine System ). Tah motoru 10-28 mN, impuls 2000 s. Elektrický výkon motoru je 370 W při tahu 10 mN. Jako pracovní kapalina se používá 10 kg xenonu . Hmotnost všech bloků je 43 kg. Při vývoji EJE byl jako základ vzat motor, který úspěšně fungoval na stacionární družici „ Kiku-8 “ (ETS-VIII) [7] .
Schematicky se IES skládá z [7] :
Blok PMU byl převzat z motoru Kiku-8 prakticky beze změn. Xenon používaný jako pracovní kapalina je skladován ve třech nádržích pod tlakem 7 MPa. [7] .
PPCU vyvinula společnost MELCO se vstupem od společnosti JAXA. Jednotka se skládá ze sedmi motorových napájecích zdrojů, přídavného elektrického měniče a elektrických a informačních rozhraní. Navíc obsahuje generátor iontů podobný tomu, který se používá u Kiku-8, který má udávanou životnost 16 000 hodin při tahu 20 mN. Důležitým rozdílem od motoru Kiku-8 je rozdíl ve vstupních charakteristikách napájecího zdroje. Palubní zdroj napájení Tsubame dodává PPCU 24 až 32 voltů, zatímco motor Kiku-8 obdržel 100 voltů. PPCU převádí a napájí palubní systémy výkonem v rozsahu napětí od 15 V do 1100 V, proudem od 0,01 A do 5,5 A, výkonem od 1,5 W do 660 W [13] .
Dalším důležitým rozdílem je zásadní změna režimu činnosti motoru: pro kompenzaci atmosférického odporu na ultranízké oběžné dráze musí být iontový motor pravidelně na krátkou dobu zapínán, což je pro tento typ motoru netypické. motor. Příkaz k zapnutí a vypnutí motoru generuje PPCU autonomně, bez účasti pozemního střediska řízení letu. Pro volbu parametrů motoru se řídící jednotka řídí údaji GPS. Takové schéma řízení se vysvětluje krátkou dobou kontaktu s pozemní řídící stanicí v důsledku vysoké úhlové rychlosti satelitu na ultra nízké oběžné dráze [7] .
NEC Toshiba Space Systems spolupracovala se společností JAXA na vývoji systému NSTT (New -generation Star Tracker ) . Systém je určen pro velmi přesné určení polohy kosmické lodi na oběžné dráze vzhledem k orientačním osám. Systém musí poskytovat parametry orientace s náhodnou chybou < 4 arcsec (3σ) a chybou zkreslení < 6 a 4 arcsec (3σ) . Tento systém umožňuje sledovat polohu zařízení vzhledem ke hvězdám při úhlové rychlosti 2º za sekundu s přesností 99 % [7] .
Hmotnost zařízení namontovaného na Tsubame je 6,2 kg, spotřeba energie je 20 wattů. Optický systém NSTT poskytuje zorné pole 16°×16°. Detektor generuje čtyři snímky za sekundu, které identifikují hvězdy používané pro navigaci [13] .
Na povrchu Tsubame je instalováno osm senzorů pro sledování účinků atomového kyslíku AOFS ( anglicky Atomic Oxygen Fluence Sensor ) na prvky družice. Průměr každého snímače je 12,2 mm, hloubka 15 mm, celková hmotnost snímačů a řídicí jednotky 3,4 kg a příkon 44,8 W [15] . Snímač je křemenný oscilátor potažený polyamidovým filmem. Vlivem atomárního kyslíku polyamid oxiduje a odpařuje se, přičemž hmotnost filmu klesá. Tento pokles hmotnosti filmu povede ke změně frekvence křemenného oscilátoru, což umožňuje odhadnout množství atomárního kyslíku na oběžné dráze [7] .
Monitor degradace materiálu MDM [16] vyrábí společnost Shin Nihon Electronics [17] . Monitor je pracovní plocha, na které je upevněno 13 vzorků různých materiálů. Vlivem atomárního kyslíku a faktorů kosmického prostředí vzorky mění své fyzikální vlastnosti. Kamera s vysokým rozlišením vysílá vizuální stav vzorků. Hmotnost MDM 2,8 kg, příkon - 35 W [15] .
Na pracovní ploše jsou upevněny vzorky tří druhů materiálů [13] :
Kromě toho je analyzován materiál těla monitoru [18] .
Pro sledování změn ve vzorcích se používá kamera s 3,8 megapixelovou CCD maticí, která pořizuje snímky v určeném intervalu [13] .
OPS kameru vyrábí Mitsui Electric [17] .
Při pozorování zemského povrchu z drah 800–600 km vysokých jsou pro získání kvalitního obrazu potřeba dostatečně velké optické systémy. S výrazným poklesem oběžné dráhy lze optické systémy zmenšit, aniž by došlo ke snížení kvality obrazu. Podle výpočtů tvůrců Tsubame pořídí objektiv s ohniskovou vzdáleností 30 cm, pracující ve výšce 250 km, stejné snímky jako objektiv pracující ve výšce 600 km s ohniskovou vzdáleností 70 cm.Kamera OPS je navržena tak, aby tyto výpočty potvrdila v praxi [19] .
| |
|---|---|
|
| |
| Vozidla vypuštěná jednou raketou jsou oddělena čárkou ( , ), starty jsou odděleny interpunkcí ( · ). Lety s posádkou jsou zvýrazněny tučně. Neúspěšné spuštění je označeno kurzívou. | |