Кубосаты на Луне и далее везде

Автор Александр Ч., 07.08.2015 16:10:05

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

Александр Ч.

А вот что супостат удумал. Как раз "малые средства", раз размер с коробку для обуви:
Lunar IceCube to Take on Big Mission From Small Package
Краткий пересказ: проект поиска льда и прочих ресурсов на Луне, все собираются впихнуть в шести-юнитовый кубосат, в том числе и электрический движек малой тяги.



А тут типа перевода-пересказа от zelenyikot
ЦитатаNASA готовит рой микроспутников к Луне
7 авг, 2015 в 8:06



Похоже американское космическое агентство всерьез настроено развивать технологию CubeSat для исследований в дальнем космосе. В 2018 году планируется запустить сверхтяжелую ракету SLS, которая отправит к Луне не только космический корабль Orion, но и десяток спутников, каждый массой не более 15 кг.

SLS - эта ракета нового поколения, которая, впрочем, повторяет по возможностям сверхтяжелые ракеты прошлого - Saturn V и "Энергия". Точнее даже не дотягивает до них по возможностям, но почти в три раза превосходит все существующие тяжелые ракеты по мощности. SLS создают в рамках концепции "Лететь на Луну, астероиды и далее". Основное ее назначение - выведение пилотируемого космического корабля Orion на межпланетные орбиты. Хотя сейчас прорабатывают и научные беспилотные миссии, главная задача SLS - отправка людей.



В первый полет Orion должен полететь пустым, т.е. без экипажа. На борту будут только датчики и видеокамеры. Зато освободившуюся массу займут экспериментальными микроспутниками, которые должны протестировать новые технологии в межпланетном пространстве и провести дополнительные исследования Луны.



Ранее лунные спутники запускались массой в десятки килограмм и до нескольких тонн. Такие аппараты, как правило, загружали большим количеством научных приборов. Это позволяло проводить комплексные исследования, работать с результатами нескольким командам ученых из разных организаций или стран. Но были и свои сложности: приборы конкурировали за энергию, использование радиолинии, рабочее время. То есть для проведения глобального исследования каждым прибором спутнику требовалось много времени, что далеко не всегда получалось.

Теперь же готовят к испытаниям новую концепцию: один прибор - один спутник. Или: один эксперимент - один спутник. При том, что традиционное космические аппараты обходились в десятки или сотни миллионов долларов. Новые же микроспутники стоят $1-2 млн.

Есть и подвох: традиционные лунные аппараты создавали из радиационно-стойких компонентов. А технология CubeSat предполагает применение индустриальной электроники, которая создавалась для земной промышленности и к космосу не готовилась. Но, как показала многолетняя практика эксплуатации индустриальных CubeSat, они неплохо переносят условия космоса. Конечно на низких орбитах от солнечных вспышек защищает земная магнитосфера, но галактическая радиация, вакуум, перепад температур микроспутники держат вполне пристойно. Некоторые умудряются отработать по несколько лет. Впрочем для Луны ключевые узлы планируют брать у JPL - радстойкие.



Применение микро- или наноспутников CubeSat позволяет гораздо быстрее и дешевле испытывать в космосе новые технологии. Ведь собрать и запустить такой аппарат намного дешевле и быстрее чем традиционный спутник в несколько сот кг. В каждом новом полете можно использовать те компоненты, которые хорошо себя показали на предыдущем поколении, и ставить что-то новое. Таким путем "космическая эволюция" резко ускоряется, что обеспечивает прогресс с исследовании космического пространства.

Сейчас NASA решила, что CubeSat пора выводить на новый уровень - межпланетный. Пара микроспутников к Марсу в 2016 уже готовится, а теперь еще и десяток к Луне.



Пока подробнее рассказали только о первых двух аппаратах. На каждом из них будет отработанная на околоземной орбите "кубсатная" электроника, но кроме этого - передовые исследовательские приборы и дополнительные средства, необходимые в открытом космосе. В разработке активно участвуют университеты, т.е. помимо науки и техники эти CubeSat сделают еще и образование.

Спутник IceCube форм-фактора 6U (12x24x36 см) должен изучать геологию Луны и искать залежи водяного льда. Эту задачу будет выполнять прибор Broadband InfraRed Compact High Resolution Explorer Spectrometer (BIRCHES). Это инфракрасный спектрометр похожий на прибор LEISAаппарата New Horizons.



Для управления космическим аппаратом IceCube будет использоваться трехосевая система двигателей-маховиков и ионный двигатель BIT-3 RF. Без реактивного двигателя дальнем космосе обойтись трудно, поэтому это практически необходимый инструмент, особенно если спутнику предстоит смотреть то в одну сторону, то в другую.

Несмотря на то, что спутник запускается попутной ракетой, ему предстоит совершить немало маневров чтобы добраться до Луны. Проблема в том, что ракета задаст только ускорение в сторону Луны, а потом спутнику придется самостоятельно тормозить, чтобы выйти на окололунную орбиту. Ионный двигатель не дает возможности произвести резкое торможение, поэтому приходится использовать гравитацию Земли, Луны и Солнца.



На космический аппарат Lunar Flashlight возлагаются более амбициозные задачи. Во-первых, он будет использовать солнечный парус площадью 80 кв м для торможения у Луны и перехода на целевую орбиту. Во-вторых, добравшись до высоты орбиты в 20 км, Lunar Flashlight оправдает свое название и станет бросать солнечные зайчики в кратеры вечной ночи у полюсов Луны. Результаты осветительных работ будет регистрировать инфракрасная камера на борту спутника.



Такие экзотичные методы перемещения в космосе и исследования применяются для проверки гипотезы об открытых залежах льда на Луне. Здесь основываются на опыте полученном при изучении Меркурия. Там лед в полярных кратерах нашли при помощи лазера, отражение которого удалось зафиксировать в самой глубине и темноте. Правда там ледники рассмотрели еще при помощи радиотелескопов, а на Луне такого не зафиксировано.



В перспективе, концепцию Lunar Flashlight планируют использовать для обследования околоземных астероидов. Что касается лунных экспериментов, то я бы не надеялся на полностью успешное проведение запланированных для кубсатов программ, слишком много смелых и неопробованных решений сразу. Но в этом и состоит суть прогресса - идти туда где еще никто не был, и проверять технику на предельных нагрузках. Каждый новый шаг будет дальше и успешнее.

PS Решил таки вынести в отдельную тему.
Ad calendas graecas

ZOOR

Напомнило идею МКА-ФКИ: один маленький недорогой МКА - один прибор (эксперимент)
Там, ЕМНИП, был очень интересный и перспективный проект исследования Луны ЛОРД (интересно, пробился в ФКП-2025 ?)
После 2-х КА признались, что 250 кг аппарат - малодля надежности. Хотя на МАКСе макет будут демонстрировать  :|

Желаю удачи и завидую - нашли деньги интегрировать десяток "игрушек". Вот так и выращиваются настоящие исследователи космоса - сначала дают попробовать на кубосатике, но настоящем, который будет запущен - а потом и к серьезным миссиям.
Нам инженеграм, обычно, ничего не стоит сделать технику, соответствующую корректно описанному ожиданию пользователя. Но сделать само корректно описанное ожидание... )) © Serge V Iz
Если болит сердце за народные деньги - можно пойти в депутаты. © Neru - Старому

pkl

Вообще, исследовать солнечную систему автоматами - это примерно то же самое, что посылать робота вместо себя в фитнес, качаться.Зомби. Просто Зомби (с)
Выход из колыбели В БУДУЩЕМ может возникнуть только в случае конфликта цивилизаций. А. Семёнов (с)
Многоразовость - это бяка (с) Дмитрий Инфан

Veganin

08.08.2015 01:58:22 #3 Последнее редактирование: 08.08.2015 02:00:32 от Veganin
Если НАСА признало кубосаты перспективными для исследования Луны и дальнего космоса, то Роскосмос скоро подхватит эту идею. Во всяком случае на слайдах мы ее точно увидим. Еще и магистральным путем развития АМС объявят :)
"А тем кто прочит SpaceX/Tesla/etc технологический провал и разорение, хочется сказать -- ребята, вам пора уже повзрослеть.
Надеяться на то, что у «соседа» ничего не получится, не делая при этом ничего самому -- это несусветная глупость." (C)
voyager-1

pkl

Да пока что они хотят только посмотреть, будет ли это работать и если будет, то как. Роскосмосу лучше внедрить мысль про одноприборные АМС на базе спутников связи.
Вообще, исследовать солнечную систему автоматами - это примерно то же самое, что посылать робота вместо себя в фитнес, качаться.Зомби. Просто Зомби (с)
Выход из колыбели В БУДУЩЕМ может возникнуть только в случае конфликта цивилизаций. А. Семёнов (с)
Многоразовость - это бяка (с) Дмитрий Инфан

Echidna

09.08.2015 16:36:49 #5 Последнее редактирование: 09.08.2015 16:50:44 от Echidna
Если это будет делать JPL, то аппарат будет работать так, как будет прописано. В этом сомнений почти нет. Если же отдадут какой-то безумной кооперации частников/университетов, то варианты могут быть разные...

Основные сложности такого кубсата мне видятся в следующем (про радиацию и горячо любимые ТЗЧ уж молчу - тема уж слишком заезженная):

1) Нужна малоразмерная ДУ, причем лучше ЭРД, а не солнечный парус.
2) Кубсаты до сих пор, на сколько мне известно, летали у Земли. Соответственно тепловой поток от Земли как-то обеспечивал их температуру и чаще всего даже в ЭВТИ их не укутывают. Что будет с таким маленьким клопиком с точки зрения тепла в дальнем космосе - вопрос. Хотя теней там скорее всего таких существенных по крайней мере на этапе перелета быть не должно, что бы он промерз.
3) У Земли есть прекрасная штука - магнитное поле. Т.е нет проблемы с разгрузкой двигателей-маховиков. При полете же в такие заоблачные дали делать нечего - надо разгружать будет их с помощью двигателей каких-то... Тут вариантов много на самом деле, но все они не из приятных. С одной стороны можно создавать разгружающий момент подворотом СБ на разные углы каждую, но все равно разгрузить кинмомент в произвольном направлении таким способом не получится. Поэтому вероятна комбинированная система... Подворот СБ или каких-то раздвижных еще штук черненых + ЭРДУ в карданном подвесе, или плюс с подвороту СБ ставить газовые ДУ или еще какие только на разгрузку... Опять же тут проблемы разные - разгрузка это одно. А в случае сбоя СУ что делать? У Земли всегда можно остановить закрутку магнитными системами, а в дальнем космосе остановить ее можно только за счет ДУ (маховики только насытятся и все - будут только жрать электричество почем зря), причем этих самых двигателей-стабилизации должно быть приличное количество, что бы создавать моменты управляющие в любом требуемом направлении. В общем, задача довольно интересная будет стоять перед товарищами из НАСА - прежде всего это вызов по малоразмерной, но при том очень функциональной ДУ. Если с парусом лететь, то парус тоже надо делать многосекционным... К тому же, если парус с управляемыми лепестками, то как бы что там делать маховикам тогда? ) Короче говоря, удачи гражданам американцам - проект будет интересный. :-) pHD тут много защитить можно разных  :D

Echidna

09.08.2015 16:50:16 #6 Последнее редактирование: 09.08.2015 16:50:32 от Echidna
...

Дмитрий Виницкий

ЦитатаEchidna пишет:
1) Нужна малоразмерная ДУ, причем лучше ЭРД, а не солнечный парус.
http://www.rocket.com/cubesat

Echidna

Это все не то, 1 Н для такого аппарата слишком много. На роль двигателей стабилизации оно не очень подходит... И опять же, разработок в сша таких сотни, а вот сколько из них летало уже и подтвердило себя - я не в курсе.

Александр Ч.

NASA Selects University Small Spacecraft Researchers to Collaborate on New Projects
ЦитатаThe 2015 sel ected teams are:

Purdue University
"Micro-electromechanical Reaction Control and Maneuvering Beyond Low Earth Orbit"
University of Arkansas
"Solid State Inflation Balloon Active Deorbiter"
University of Illinois
"Small Spacecraft Integrated Power System with Active Thermal Control"
University of Maryland
"Propellantless Attitude Control of Solar Sails Using Reflective Control Devices"
University of Michigan
"Miniaturized Phonon Trap Timing Units for Position, Navigation and Timing"
University of Vermont and Worcester Polytechnic Institute
"Design and Validation of High Data Rate Ka-Band Software Defined Radio for Small Satellites"
Utah State University
"Integrated Solar-Panel Antenna Array for CubeSats"
"Active CryoCubeSat"
Соглашение о сотрудничестве с НАСА включает в себя ежегодное финансирование университета до $ 100000 в год в течение двух лет и гражданскую службу поддержки от NASA для совместной работы.
Из отобранных в 2013г. 13 проектов НАСА проспоснсировало запуск двух, в качестве демонстраторов новых технологий. В рамках SSTP (Small Spacecraft Technology Program) собираются ежегодно определять 5-10 победителей.

Кстати, можно следить за темой в twitter по #smallsat2015
Например:
ЦитатаJeff Foust ‏@jeff_foust  13 часов назад
TC2M still targeting a launch in 2018, or at least readiness for launch then. #smallsat2015

 Parabolicarc.com ‏@spacecom  13 часов назад
Time Capsule to Mars (TC2M): collect data fr om around world, fly cubesats to land on Mars, have future explorers find it. #smallsat2015
т.е. те кубосаты, что запустят к Марсу году в 2018 или по готовности, помимо сбора данных на орбите посадят на поверхность в качестве "капсул времени".
Космоархеологи в восторге :D
Ad calendas graecas

Александр Ч.

Конкретно для лунного кубосата движком занимается Busek Company:
Цитата
The Busek Company is developing Lunar IceCube's low-thrust electric propulsion system, the RF Ion BIT-3 thruster.
Credits: Busek Company
 Скрытый текст:
But before the Lunar IceCube can begin its science operations, it will have to get to the moon first. The satellites sel ected for EM-1 will be installed inside the adapter, which connects Orion to the upper stage of NASA's newest rocket -- the SLS, a 32-story launch vehicle designed to ferry humans and gear around the moon and beyond. Once the rocket reaches a certain position on its way to the moon, ground controllers will send a command to release the payloads, which will follow their own trajectories to their final destinations in and around the moon.

Busek's RF Ion BIT-3 thruster, along with a carefully designed trajectory modeled by Goddard's state-of-the-art trajectory-design software, will get IceCube to its destination in about three months, said Dave Folta, the Goddard orbital engineer who has developed advanced tools for modeling lunar orbits for spacecraft equipped with both chemical and low-thrust propulsion systems.

"It doesn't matter the size of the spacecraft, I still have to do the same functions when designing a trajectory," Folta said. "It doesn't matter how much this guy weighs, either. They want me to get to this to the moon."

The journey will begin after deployment-- and will be another challenge given the miniscule real estate set aside for propellant. Ground controllers will fire Busek's miniaturized electric thrusters -- the world's only propulsion system powered with an iodine propellant -- driving the spacecraft along a path that uses the gravity of the sun, Earth and moon, looping around Earth a couple times and then to its destination. Because the thrusters operate electrically using small amounts of propellant, an orbital path that takes advantage of gravitational acceleration fr om the Earth and moon is vital, he added.

"While low-thrust systems minimize fuel, they can't accommodate a rapid change in the orbit's velocity, making EM-1's outbound path impossible for us," Folta said, explaining the mission's circuitous route. "Our propulsion system will allow us to naturally capture a lunar orbit. The force of our low-thrust system is analogous to an ant pushing on the spacecraft over many days. It's an efficiency thing. That's the whole point of this low-thrust trajectory," Folta said.

If selected to hitch a ride on SLS, Lunar IceCube will be among the first fully operational small satellites to deploy and gather scientific information in deep space, said Pam Clark, the mission's science principal investigator at Goddard. Although CubeSats are evolving rapidly, scientists so far have confined their use to investigations in low-Earth orbit. This event would also signal a paradigm shift in CubeSats and interplanetary science.  

While awaiting a final decision on what will fly on EM-1, much work remains. "The real breakthrough stuff in CubeSat technology will now happen," Clark said. "That's what I love about CubeSats. They will help us revolutionize the way we do deep-space science and I'm absolutely delighted that Goddard will play a role."

The Advanced Exploration Systems Division at NASA Headquarters manages NextSTEP and is committed to pioneering new approaches for rapidly developing prototype systems, demonstrating key capabilities and validating operational concepts for future human missions beyond Earth
Из http://www.busek.com/index_htm_files/70010819%20RevA%20Data%20Sheet%20for%20BIT-3%20Ion%20Thruster.pdf:
ЦитатаОбщая мощность: 60Вт
Ток ионного пучка: 21 мА
Расход топлива: 42 мкг / сек Хе
Тяга: 1.4 мН
Импульс: 3500 сек
Вырабатывание топлива: 68%
Энергоэффективность: 62%
Напряжение сетки: 2 кВ
Масса двигателя: 200 г
Размеры: 55,9мм х 45,7мм
Для  Lunar IceCube предлагается версия с йодом вместо ксенона. Характеристики аналогичные.
Ad calendas graecas

Димитър

Когда собираются первие кубосати к Луне и к Марс отправлять? Есть уже график по времени или еще нет?

Александр Ч.

Хитрое NASA, например, http://www.nasa.gov/press-release/nasa-opens-new-cubesat-opportunities-for-low-cost-space-exploration , говорит, что к 19 февраля 2016г. оно определится с нагрузками. Однако! это не значит, что их запустят ;)
Ad calendas graecas

Александр Ч.

Читаю твиттер:
Michael Tsay, Busek: Концепт LunarCube (6U кубосат с ионным движком) превратился в Lunar IceCube, летящий на SLS EM-1. 
Ионный движок использует йод, хранящиеся в твердом виде: компактный, без вопросов по безопасности запуска, 1/5 стоимость ксенона. 
Если мы не летим на EM-1, то можем добраться до Луны на электродвигательной системе спутника самостоятельно, за много месяцев.

Rob Staehle, JPL: почти все миссии к Марсу имеют избыток массы. Есть ли способ, которым мы можем воспользоваться этим?
Заинтересованы в микролендерах, чтобы отправиться в регионы Марса не доступные для больших лендеров.
Лендер основан на Aerospace Corp's регистраторе, входящем в атмосферу с парашютом-крылом для медленной посадки на Марс.
"Научная демонстрация" миссии посадки космического корабля с <1кг инструментов с акуратностью 100 метров - последние 90 солов.
Лендер - около 30 см в диаметре, 5 кг на этапе отделения и ~ 3 кг на посадку. Генерирует 10Вт солнечной энергии.
Надеюсь эти микролендеры могут стать для Марсианских миссий тем же, что и кубосаты для Земных орбит, используя резервы.

Karsten James,Tethers Unlimited: HYDROS движки используют воду (для простоты хранения)  электролизуемую для 1-N микродвижков кубосата.
Ad calendas graecas

Veganin

13.08.2015 19:59:16 #14 Последнее редактирование: 13.08.2015 19:59:38 от Veganin
Цитатаpkl пишет:
Роскосмосу лучше внедрить мысль про одноприборные АМС на базе спутников связи.
Даже не представляю себе, как эту мысль можно внедрить и заинтересовать ею богатого пенсионера, который уже устроил своих детей, внуков, правнуков.

У нас "Чибисы" через 5 лет собираются запускать, а тут мини АМС... Зачем напрягаться, ради чего? Этапы многолетних НИОКРов закрываются успешно, активное участие в ежегодных конференциях и чтениях есть, чего еще гражданам надо?  :)
"А тем кто прочит SpaceX/Tesla/etc технологический провал и разорение, хочется сказать -- ребята, вам пора уже повзрослеть.
Надеяться на то, что у «соседа» ничего не получится, не делая при этом ничего самому -- это несусветная глупость." (C)
voyager-1

testest2

Кстати, где-то в другой теме был спор по поводу реальности использования платформ спутников связи на ГСО для создания АМС. Так вот, Боинг свою новую платформу (которая на ЭРД) предлагает НАСА как основу для марсианского орбитера.
законспирированный рептилоид

Александр Ч.

Модель микролендера со стенда JPL
Ad calendas graecas

Veganin

Какие крохи!
Наш родной Роскосмос с мелочью не работает: только царь-ракета, царь-АМС, царь-марсоход :)
"А тем кто прочит SpaceX/Tesla/etc технологический провал и разорение, хочется сказать -- ребята, вам пора уже повзрослеть.
Надеяться на то, что у «соседа» ничего не получится, не делая при этом ничего самому -- это несусветная глупость." (C)
voyager-1

Старый

ЦитатаVeganin пишет:
Какие крохи!
Наш родной Роскосмос с мелочью не работает: только царь-ракета, царь-АМС, царь-марсоход  :)
Царь-кубосат! :)
1. Ангара - единственный в истории мировой космонавтики случай когда новая ракета по всем параметрам хуже старой. (с) Старый Ламер
2. Всё что связано с Ангарой подчинено единственной задаче - выкачать из бюджета и распилить как можно больше денег.
3. Чем мрачнее реальность тем ярче бред.

тавот

ЦитатаСтарый пишет:

ЦитатаVeganin   пишет:
Какие крохи!
Наш родной Роскосмос с мелочью не работает: только царь-ракета, царь-АМС, царь-марсоход   
Царь-кубосат!
Сат-кубометр.
Three, two, one, ignition, and liftoff !

Охотник утки, пьющий водки !

Это ещё не сверхтяж, но уже и не супертяж.© Д.О.Р.