Яндекс.Метрика

24 октября. Программа АМС «Deep-Space-1»

image-7-1

Запуск АМС «Deep-Space-1» был произведен в США 24 октября 1998г. Он преследовал две цели: отработка новых технологий космической техники и полет навстречу кометы Боррелли. Этим запуском американцы объявили о начале программы целого ряда проектов, направленных на отработку технологических проблем полетов в дальнем космосе. В ближайшие 10 лет  планировалось запустить около 4-х аппаратов такого типа.

         В части отработки космической техники речь шла об ионном двигателе. Ионные двигатели, по сравнению с жидкостными химическими, значительно меньше потребляют топлива и более эффективны. Разработчики предполагали, что двигатель должен проработать не менее 200 часов. Фактически он отработал более чем в 50 раз  — свыше 10 тыс. часов. АМС изменяет скорость своего движения постоянно, поэтому необходимо постоянное сопровождение с Земли с постоянным определением параметров траекторий. На АМС отрабатывается новая автоматическая система навигации. Производя съемки звездного неба и известных астероидов, траектории которых определены, эта система вводит данные в бортовую ЭВМ. В программу ЭВМ заложены данные по орбитам 250 астероидов и координаты 250 тыс. звезд. По положению астероидов относительно звезд автоматически определяются координаты АМС и корректируется ее полет к комете.

Во время полета к комете 29 июля 1999г. АМС прошла на скорости 15 км/сек всего в 25 км от астероида 9969 Брайля (астероид назван в честь изобретателя алфавита для слепых). Цель пролета Брайля состояла в первую очередь в отработке методики автономного исследования небесного тела космическим аппаратом, а получение научной информации считалось как бы «премией» за ударный труд.  Преодолев за три года расстояние до кометы в 200 млн. км,  АМС  22 сентября 2001г. прошла на расстоянии 2200 км от ядра кометы и сфотографировала его. Ближе от ядра кометы Галлея проходила только в 1986г. АМС «Джотто» (586 км). Ядро кометы Боррелли всего 4 км в ширину и 7 км в длину, но хвост кометы настолько велик, что мог бы окутать полностью Землю.  18  декабря 2001г. связь со станцией была отключена, и станция вышла в свободный полет по гелиоцентрической орбите. Стоимость проекта «Deep Space-1» составила $152.3 млн.

        При запуске «DS-1» был впервые использован «облегченный» вариант РН Delta 2- «модель 7326». Его отличительной особенностью является уменьшенное с 9 до 3 число стартовых твердотопливных ускорителей. Кроме того, в качестве 3-й ступени использовался РДТТ   Star 37FM.

Собранная информация о комете Боррелли до сих пор обрабатывается учеными, и еще долго будет давать пищу для размышлений.

            В  № 23\24 1998г.  журнала «Новости космонавтики» С. Карпенко рассказывает о технологических исследований американцев: «В полете Deep Space 1 должны быть отработаны следующие новые технологии:   1. Ионный двигатель.  2. Солнечные батареи.  3. автономная навигация.   4. Служба удаленного агента.   5. Контроль состояния КА с помощью радиомаяка.   6. Миниатюрная интегрированная камера-спектрометр (MICAS).   7. Плазменный эксперимент PEPE.   8. Малый приемоответчик для дальнего космоса.   9. Твердотельный усилитель Ka-диапазона.   10. Микроэлектроника.   11. Многофункциональная архитектура.   12. Блок управления питанием.  

           Ионный двигатель.   Ионный двигатель обеспечивает на порядок больший удельный импульс, чем у обычных бортовых ЖРД на долгохранимых компонентах топлива. А это значит, что аппарат, выполняющий ту же задачу, может нести намного меньше топлива и будет гораздо легче.   Deep Space 1 – первый КА, использующий ионную ДУ в качестве основного движителя. Запас рабочего тела составляет всего 16.5% стартовой массы, но только в течение основной миссии аппарат должен получить суммарное приращение скорости более 3.5 км/с. В состав бортового ИЭРД DS1 входят ионизационная камера, высоковольтный блок управления мощностью (Power Processor Unit, PPU), цифровой блок контроля и коммутации (Digital Control and Interface Unit, DCIU), система подачи ксенона (Xenon Feed System, XFS).

image-8-1

 

В состав бортового ИЭРД DS1 входят ионизационная камера, высоковольтный блок управления мощностью (Power Processor Unit, PPU), цифровой блок контроля и коммутации (Digital Control and Interface

      Работа ДУ начинается с эмиссии электронов с катода, находящегося в ионизационной камере двигателя. Электроны разгоняются в камере соленоидом и сталкиваются с атомами газообразного ксенона. При этом из атома выбивается один из его собственных электронов, и он становится положительно заряженным ионом. На выходе камеры расположена пара решеток из молибдена с разностью потенциалов до 1280 В. Сильное электрическое поле разгоняет ионы до скорости около 30.5 км/с, и они вылетают из сопла ДУ в открытый космос. Чтобы предотвратить накопление аппаратом отрицательного заряда и возвращение вылетевших ионов, расположенный у самого выхода камеры нейтрализующий электрод вводит в поток ионов электроны, которые нейтрализуют их заряд. Масса двигателя DS1 – 48 кг, диаметр сопла – 30 см. Ксенон хранится на борту в сверхкритическом состоянии под давлением свыше 70 атм. и легко газифицируется. Минимальная тяга двигателя составляет 20 мН (2 гс) при потребляемой мощности 500 Вт. При работе на полной тяге в 90 мН (9 гс – вес листа бумаги!) ДУ потребляет около 2500 Вт электроэнергии. (В полете на полную тягу ИЭРД включаться не будет, поскольку СБ не могут обеспечить соответствующую мощность. Реально возможна работа на уровнях тяги от TH0 до TH15, что соответствует потребляемой мощности от 500 до 2300 Вт.).    

          В ноябре 1992 г. Отделение бортовых ДУ центра Льюиса (LeRC) и Лаборатория реактивного движения объединили усилия по разработке и внедрению технологии использования солнечной электрической энергии. Основной целью программы NSTAR (NASA Solar Electric Propulsion Technology Application Readiness) была разработка солнечной электрореактивной ДУ для межпланетных станций, и, в первую очередь, – для первого КА по программе New Millenium. Первый экспериментальный образец двигателя проработал на полной тяге 2000 часов. В июне 1996 г. были начаты долговременные испытания созданного в центре Льюиса прототипа летного двигателя в барокамере JPL. Тест был успешно завершен 25 сентября 1997 г., когда ИЭРД наработал 8192 часа. Расход топлива (ксенона) при этом составил 85 кг.   В 1995 г. NASA выдало компании Hughes Electron Dynamics Division (г.Торранс, Калифорния) контракт на $8.1 млн. на изготовление с использованием опыта программы NSTAR двух летных экземпляров ионного двигателя (одного для КА DS1 и одного для ресурсных испытаний), а также управляющих блоков PPU и DCIU к ним. Фирма Spectrum Astro Inc. разработала блоки DCIU; JPL совместно с компанией Moog Inc. (г.Ист-Орора, штат Нью-Йорк) – систему подачи ксенона. В работе также участвовала компания Physical Science Inc. (г.Эндовер, Массачусеттс).
  Нетрудно видеть, что изготовление летных двигателей шло параллельно с испытаниями опытного образца. Приемочные испытания двух летных комплектов прошли в LeRC в марте и июне 1998 г.  

Солнечные батареи. На DS1 установлены солнечные батареи (СБ) новой конструкции, (SCARLET II (Solar Concentrator Arrays with Refractive Linear Element Technology).выполненные на основе высокоэффективных солнечных фотоприемников и линз для фокусировки на них солнечного света. Первая и последняя попытка использовать СБ подобной конструкции (SCARLET-I) была сделана на спутнике METEOR, утерянном при аварийном пуске РН Conestoga в октябре 1995 г. В космосе такие СБ еще не испытывались.   Каждая из двух солнечных батарей DS1 состоит из четырех секций размером 113×160 см. На них находятся 3600 ячеек фотоприемников (солнечных элементов), выполненных из фосфида галлия-индия, арсенида галлия и германия. Количество дорогостоящих солнечных элементов составляет всего 15% от нормального для такой площади, однако на них фокусируют солнечный свет 720 кремниевых цилиндрических линз Френеля. Благодаря концентраторам малое количество солнечных элементов обеспечивает в начале полета (на расстоянии 1 а.е. от Солнца и без учета деградации) мощность 2400 Вт. С квадратного метра снимается 166 Вт, что на 15–20% выше современной нормы. Масса батарей составляет 58 кг, так что удельная мощность на единицу массы – около 50 Вт/кг. Выходное напряжение батарей – 100 В.   Применение концентраторов требует высокой точности ориентации батарей по отношению к Солнцу. При отклонении угла падения от штатного всего на несколько градусов, снимаемая мощность падает в несколько раз.  Батареи типа SCARLETT были разработаны на средства Организации по защите от баллистических ракет (BMDO) МО США компаниями AEC-Able Engineering Co. (г.Голета, Калифорния) и Entech (г.Келлер, Техас) при участии LeRC. Интерес BMDO к этой разработке заключается в возможности последующего использования дешевых батарей в космических системах обнаружения и сопровождения баллистических ракет.

             12 января 2005г. в плане продолжения программы «Deep» была запущена АМС «Deep Impact» (Глубокий космос). Цель полета – детальное изучение вещества кометы Tempel-1. АМС должна «выстрелить» по ядру кометы тяжелым медным снарядом (импактором), а выброшенное вещество ядра исследовать научной аппаратурой. Эксперимент должен будет состояться в 50-ти минутный интервал времени, когда комета должна быть видна в телескопы с Земли. Встреча должна состояться 4 июля 2005г., а 3 августа 2005г. АМС должна прекратить свою работу. 

На DS1 установлены солнечные батареи (СБ) новой конструкции, выполненные на основе солнечных высокоэффективных фотоприемников и линз для фокусировки на них солнечного света. Это две СБ SCARLET II (Solar Concentrator Arrays with Refractive Linear Element Technology). Первая и последняя попытка использовать СБ подобной конструкции (SCARLET-I) была сделана на спутнике METEOR, утерянном при аварийном пуске РН Conestoga в октябре 1995г. В космосе такие СБ еще не испытывались.  Каждая из двух солнечных батарей DS1 состоит из четырех секций размером 113×160 см. На них находятся 3600 ячеек фотоприемников (солнечных элементов), выполненных из фосфида галлия-индия, арсенида галлия и германия. Количество дорогостоящих солнечных элементов составляет всего 15% от нормального для такой площади, однако на них фокусируют солнечный свет 720 кремниевых цилиндрических линз Френеля. Благодаря концентраторам малое количество солнечных элементов обеспечивает в начале полета (на расстоянии 1 а.е. от Солнца и без учета деградации) мощность 2400 Вт. С квадратного метра снимается 166 Вт, что на 15–20% выше современной нормы. Масса батарей составляет 58 кг, так что удельная мощность на единицу массы – около 50 Вт/кг. Выходное напряжение батарей – 100 В.
Применение концентраторов требует высокой точности ориентации батарей по отношению к Солнцу. При отклонении угла падения от штатного всего на несколько градусов снимаемая мощность падает в несколько раз.  Батареи типа SCARLETT были разработаны на средства Организации по защите от баллистических ракет (BMDO) МО США компаниями AEC-Able Engineering Co. (г.Голета, Калифорния) и Entech (г.Келлер, Техас) при участии LeRC. Интерес BMDO к этой разработке заключается в возможности последующего использования дешевых батарей в космических системах обнаружения и сопровождения баллистических ракет».

Подпишитесь на нашу рассылку

Добавить комментарий