V-kosmose.com

Миссия Новые Горизонты: Строение аппарата

Миссия Новые Горизонты > Строение аппарата

Миссия Новые Горизонты: Строение аппарата«Новые горизонты» стал детищем нескольких научных центров таких как, Американский юго-западный исследовательский институт (SwRI), центр космических исследований НАСА (Goddard Space Flight Center), университет Колорадо, Стэнфордский университет и других. Полностью «заряженный» космический аппарат, в итоге обрел габариты соразмерный с фортепиано, а также вес в 1054 фунта (478 кг). Уникальность аппарата состоит в том, что его работа зависит от всего одного источника питания – радиоизотопного термоэлектрического генератора, который выдавая мощность сравнимую с двумя 100-ваттными лампочками, способен будет обеспечить успешное выполнение миссии аппарата на Плутон.

«Новые горизонты» стал детищем нескольких научных центровВ среднем, каждый из семи главных исследовательских элементов аппарата, использует энергию от 2 до 10 Вт. Внешние датчики передают полученные данные на один из двух твердотельных флеш-накопителей информации, которые хранят её для последующего изучения на Земле. В штатном режиме связь с аппаратом осуществляется при помощи радиоаппаратуры и внешней, усиленной антенны (длинной 2,1 метр/83 дюйма). Также на аппарате оборудованы меньшие по размеру резервные коммутационные устройства. Когда «Новые горизонты» будет пребывать в гибернации по пути к Плутону, внутренние системы будут продолжать отслеживать и тщательно анализировать состояние всех систем, и передавать отчеты об этом на Землю.

Примененная конструктивная технология «термоса», позволяет поддерживать в аппарате практически среднюю комнатную температуру (около +20 градусов по Цельсию), без использования громоздких нагревательных систем.

«Новые горизонты» больше не будет видоизменяться либо трансформироваться вплоть до прибытия к Плутону.Помимо защитных чехлов для пяти исследовательских элементов, которые были открыты вскоре после запуска, и небольшого защитного блока, открытого во время приближения к Юпитеру, «Новые горизонты» больше не будет видоизменяться либо трансформироваться вплоть до прибытия к Плутону. Каждый исследовательский инструмент на аппарате, системы навигации, регистрации данных и прочие, имеют дублирующее устройство.

«Новые горизонты» осуществляет своё полет в режиме контролируемого вращения, используя трёхосный стабилизатор, позволяющий корректировать полёт, скорость вращения и общую скорость аппарата, учитывая факторы для уклонения аппарата от возможных столкновений (например, при сближении с Юпитером или сами Плутоном). В аппарате отсутствует центральное управляющее устройство, однако предусмотрены небольшие "подруливающие" элементы, размещенные в двигательной системе, способные эффективно осуществлять курсовые поправки в необходимых точках полёта. Навигация в аппарате использует встроенный гироскоп, датчики солнца, а датчики расположения звёзд. Для получения даже самых слабых радиосигналов с Земли, на аппарате установлена сверхмощная параболическая антенна. Она необходима для того, чтобы максимально быстро передавать данные от аппарата, находящегося на расстоянии 3 миллиардов миль, на Землю (в среднем такая передача осуществляется за 9 часов).

Конструкция

Основная, несущая конструкция «Новые горизонты» Основная, несущая конструкция «Новые горизонты» представляет собой алюминиевый цилиндр, на который смонтированы исследовательские инструменты и радиоизотопный термоэлектрический генератор. Этот цилиндр также выполнял функцию адаптера полезной нагрузки, который соединял корабль с ракетой-носителем.

Панели окружающие центральный цилиндр Панели окружающие центральный цилиндр были также изготовлены из алюминия с применение материала в виде пчелиных сот – ультратонких алюминиевых листов с толщиной не более двух листов бумаги. Для максимально качественной балансировки аппарата, он был дополнительно уравновешен непосредственно перед монтажом на ракете-носителе.

Блоки управления и обработки данных

Блоки управления и обработки данных Новые ГоризонтыМозговой центр аппарата – это процессор Mongoose-V, работающий на частоте 12 МГц. Его главными задачами являются распределение рабочих команд ля каждой подсистемы аппарата, сбор и обработка данных, а также передача информации на Землю.

Используемые в процессоре передовые автономные алгоритмы, позволяют ему проверять исправность любой системы, исправлять возникшие проблемы, переходить на резервные устройства, а также связываться с центром тех.поддержки на Земле.

Для хранения данных в аппарате используются два банка флэш-памяти (основной и резервный) объёмом по 8 Гб. Главный процессор собирает, сжимает, конвертирует и сохраняет полученные данные, а также показатели телеметрии, для их последующей передачи на Землю, посредством радиосвязи.

Тепловой контроль

Тепловой контроль Новые Горизонты«Новые горизонты» очень схож с термосом и обеспечен следующими механизмами сохранения тепла и поддержания необходимой температуры: специальное защитное покрытие золотистого цвета и теплоизоляционной плёнкой (сродни специальных, сохраняющих тепло туристических одеял). При помощи вышеописанных механизмов, в середине аппарата поддерживается температура в диапазоне 10-13 градусов по Цельсию.

Новые горизонты оснащен сложной автоматизированной системой, следящей за уровнем температур внутри аппарата. Понижение температуры эквивалентное понижению мощности менее 150 Вт, приведет к активации специальных нагревательных элементов, расположенных по периметру аппарат. Во время приближения к Солнцу, на аппарате были активированы специальные вентиляционные жалюзи, способствующие снижению внутренней температуры.

Тепловая подушка аппарата, состоящая из 18 слоёв лавсановой сетки, также выполняет функцию защиты от негативного воздействия микрометеоритов.

Двигательные системы

Двигательные системы, которые используются на «Новые горизонты» служат исключительно для корректировки курса аппарата, так как основным разгонным устройством стала ракета-носитель, которая вывела аппарат в космос. Также ускорение аппарат получил во время виража вокруг Юпитера.

Двигательная система аппарат состоит из 16 маленьких двигателей коррекции курса, установленные в восьми местах по периметру аппарата. Основными являются 4 микро-двигателя, выдающими усилие в 4,4 ньютонов силы (1 фунт). 12 других микро-двигателя мощностью в 0,8 ньютонов силы (1 фунт), выполняют также корректирующую функцию и расположены в задней и нижней части аппарата.

Двигательные системы Новые ГоризонтыПри запуске аппарата, в качестве топлива использовался гидразин, а главным источником питания для генератора является оксид плутония-238. Большую роль для экономии топлива сыграл гравитационный маневр аппарата вокруг Юпитера, придавший необходимое ускорение и позволивший сэкономить общее количество топливо необходимое для успешного выполнения миссии.

Управление и контроль

Управление и контроль миссии Новые горизонтыГлавные цели для аппарата «Новые горизонты» это сбор научных данных при помощи установленных исследовательских устройств, успешное маневрирование в космическом пространстве и передача информации на Землю.

Пространственное ориентирование аппарата осуществляется при помощи специальных звёздных сенсоров (включающих гироскопы и акселерометры, анализирующие горизонтальное/вертикальное вращение), позволяющих определять расположение по отношению к той или иной звезде. Контроль положения аппарат в пространстве в статическом положении или в режиме вращения, осуществляется при помощи микро-двигателей.

Сведения из вышеописанных датчиков постоянно передаются и синхронизируются с процессором Mongoose-V, работающий на частоте 12 МГц. В базе данных звездного сенсора, содержится информация о более чем 3000 звёзд. Сенсор производит 10 снимков звезд в секунду, сравнивая их положение с данными собственной базы и составляя при этом трехмерную картину окружающего аппарат пространства. Именно в этой картине и происходит позиционирование и корректировка курса аппарата (при помощи включения одного или нескольких микро-двигателей). Так называемые датчики Солнца применяются в том случае, когда аппарат по тем или иным причинам не имеет возможности корректировать курс при помощи сенсора звезд.

Операторы с Земли используют маневренные микро-двигатели в том случае, когда длительное время аппарат самостоятельно не осуществляет корректировку собственного курса. Такое минимальное «подруливание» используется для тонкой корректировки курса, а при необходимости существенного изменения курса используются 4 более мощных двигателя. «Новые горизонты» находясь в «круизном» режиме (режиме вращения), осуществляет 5 полных оборота в минуту вокруг собственной оси. Операторы на Земле постоянно следят за направлением движения аппарат и готовы в любой момент скорректировать это движение, в случае бездействия систем на «Новые горизонты».

Связь

«Новые горизонты» это первый космический аппарат, использующий уникальную систему отслеживания изменения расстояния от Земли до аппарата. Это устройство радиосвязи на борту аппарата позволяет вычислять силу передаваемого сигнала в зависимости от расстояния до Pемли. Благодаря этой системе получаемый сигнал более чёткий и содержит меньшее количество «радио-шумов» и помех.

Вышеописанная система радиосвязи состоит из внутреннего коммуникационного оборудования, а также мощной внешней параболической антенны. Однако несмотря на всю мощность радиопередающего оборудования на аппарате, для того что бы отправить на землю весь объем полученной на Плутоне информации понадобится около 16 месяцев, так как расстояние на тот момент между аппаратом и Землей будет составлять около 3 миллиардов миль.

Питание

Полет осуществляется благодаря радиоизотопному термоэлектрическому генератору (РИТЭГ).

Насколько хороша энергоотдача системы РИТЭГ? Датчики, установленные на корпусе блока РИТЭГ, во время старта аппарат зафиксировали температуру около 245 градусов по Цельсию (почти 475 по Фаренгейту). По данным инженеров, температура РИТЭГ по достижению «Новые горизонты» Плутона упала до 208 градусов по Цельсию (почти 406 по Фаренгейту).

РИТЭГ недостаточно раскаляется, чтобы производить видимое свечение, однако испускает ощутимое инфракрасное и тепловое излучение. При сгорании топлива генератором вырабатывается почти 4000 Вт тепловой энергии, причем аппаратом используется всего 25 Вт для поддержания внутренней температуры. Электрическая мощность РИТЭГ составляет около 245 Вт, которая также может быть использована для поддержания в аппарате нужной температуры (необходимый объем около 120 Вт). Остальная же часть вырабатываемой тепловой и электрической энергии излучается в пространство.

Некоторые элементы аппарата лучше функционируют, когда находятся вне действия теплового излучения РИТЭГ, а потому были смонтированы в противоположной стороне от генератора. «Новые горизонты» также оборудован тепловой защитой, размещенной вокруг установки РИТЭГ, обеспечивающей защиту и бесперебойное функционирование некоторых исследовательских приборов на борту.

Принципиальное действие генератора РИТЭГ основано на процессе распада радиоактивного топлива (диоксида плутония) и выделяемом тепле. На борту аппарата находится 11 кг (24 фунта) диоксида плутония.

В начале миссии, РИТЭГ вырабатывал мощность в 245 Вт, а к июлю 2015 года этот показатель снизился до 200 Вт. Это снижение мощности не является критичным, так как с уменьшение количества топлива на борту аппарат уменьшается его общий вес и необходимое усилие для поддержания необходимой скорости.

Слаженность работы всех систем аппарата их спайку и взаимодействие обеспечивает блок распределения питания аппарата (PDU), осуществляющий эффективное функционирования главных систем при помощи 96 коннекторов и более 3 000 проводов.