Kaip MSL pateks į Marsą? Labai tiksliai

Pin
Send
Share
Send

Nuvykti į Marso mokslo laboratoriją į Raudonąją planetą nėra taip paprasta, kaip tik surišti roverį ant „Atlas V“ raketos ir susprogdinti ją bendra Marso kryptimi. Erdvėlaivio navigacija yra labai tikslus ir nuolatinis mokslas, ir, paprasčiausiu žodžiu, tai reiškia, kad reikia nustatyti, kur visą laiką yra erdvėlaivis, ir palaikyti jį kelyje į norimą tikslą.

Pasak MSL navigacijos komandos vadovo Tomas Martin-Mur, vienintelis būdas tiksliai nuvesti „Curiosity“ maršrutizatorių į Marsą yra tai, kad erdvėlaivis nuolatos žvelgia į galinio vaizdo veidrodį Žemėje.

„Tai, ką mes darome, yra„ vairuoti “erdvėlaivį naudojant„ Deep Space Network “duomenis“, - sakė Martinas – Muras „Space Magazine“. „Jei pagalvojate, niekada nematome Marso. Neturime optinės navigacijos kameros ar kitų prietaisų, kad galėtume pamatyti ar apčiuopti Marsą. Mes visą laiką važiuojame į Marsą, visą laiką žvelgdami į žemę, ir matuojant iš Žemės, mes galime nuvykti į Marsą labai dideliu tikslumu. “

Šis didelis tikslumas yra labai svarbus, nes MSL naudoja naują įvažiavimo, nusileidimo ir tūpimo orientavimo sistemą, kuri leis erdvėlaiviui tūpti tiksliau nei bet kokie ankstesni nusileidimai ar roveriai.

„Tai labai sudėtinga ir, nors tai yra kažkas panašaus į tai, ką anksčiau darėme su„ Mars Exploration Rover “(MER) misija, šį kartą tai bus padaryta dar aukštesnio tikslumo lygiu“, - sakė Martin-Mur. „Tai leidžia mums patekti į labai jaudinančią vietą, Gale'o kraterį“.

Žemėje mes nuolat galime rasti, kur esame, naudodamiesi GPS - tai yra mūsų mobiliuosiuose telefonuose ir navigacijos įrangoje. Tačiau „Mars“ nėra GPS, taigi vienintelis būdas, kuriuo roveris galės pereiti ir pervažiuoti, tikslus Raudonosios planetos atmosferos taškas yra tai, kad navigacijos komanda tiksliai žino, kur yra erdvėlaivis, ir jiems nuolatos pasakoja erdvėlaivis tiksliai ten, kur jis yra. Nuo pat paleidimo iki pat Marso jie naudojasi Deep Space Network (DSN).

„Deep Space“ tinklą sudaro ypač jautrių giliųjų kosminių ryšių antenų tinklas trijose vietose: Goldstone, Kalifornijoje; Madridas, Ispanija; ir Kanbera, Australija. Strateginė padėtis maždaug 120 laipsnių atstumu nuo žemės paviršiaus leidžia nuolat stebėti erdvėlaivius, kai Žemė sukasi.

Bet, be abejo, nėra taip paprasta, kaip tiesiog gabenti raketą iš taško A į tašką B, nes žemė ir Marsas nėra fiksuotos vietos kosmose. Navigatoriai turi atitikti iššūkius, susijusius su tikslaus besisukančio Žemės, besisukančio Marso, taip pat judančio, besisukančio erdvėlaivio greičio ir orientacijos apskaičiavimu, tuo tarpu visi jie tuo pačiu metu keliauja savo orbitomis aplink Saulę.

Yra ir kitų veiksnių, tokių kaip saulės radiacijos slėgis ir prožektoriaus šaudymas, kurie visi turi būti tiksliai apskaičiuoti.

Martin-Mur teigė, kad nors MSL yra daug didesnis maršrutizatorius, turintis didesnį erdvėlaivį ir nugarėlę nei MER misija, navigacijos įrankiai ir skaičiavimai nėra daug skirtingi. Tam tikru būdu naršyti MSL gali būti lengviau.

„„ Atlas V “transporto priemonė leidžia daug tiksliau paleisti ir gali nuvesti mus į tikslesnį kelią nei MER, kuris naudojo„ Delta II ““, - teigė Martin-Mur. „Tai leidžia mums sunaudoti mažiau raketinio kuro, proporcingai vienam svareliui, norint patekti į Marsą, nei tai padarė MER roveriai“.

„MER“ visureigiai ir erdvėlaiviai svėrė apie 1 toną, o MSL sveria beveik 4 tonas. MSL kruiziniam etapui yra skirta 70 kg raketinio kuro, o visi MER-roveriai sunaudojo apie 42 kg raketinio kuro.

Įdomu tai, kad MSL erdvėlaivis galėtų nusileisti per Marso atmosferą ir nusileisti į žemę. Erdvėlaivis sunaudos apie 400 kg raketinio kuro.

Be to, Martinas-Mur teigė, kad yra tikslesni planetų efemeridų ir labai ilgos pradinės interferometrijos matavimai, leidžiantys navigacijai pateikti erdvėlaivį į reikiamą vietą atmosferos įėjimo sąsajoje, taigi transporto priemonė atsiduria parametrų diapazone, kuris jis buvo sukurtas veikti.

Navigacija paleidimo metu

Viskas prasideda nuo daugelio metų navigacijos komandos pasiruošimo ir skaičiavimų, kurie turi apskaičiuoti visas įmanomas trajektorijas iki Marso, atsižvelgiant į tai, kada tiksliai raketa „Atlas V“ paleidžiama kartu su MSL.

Kai kuriais atvejais pažodžiui yra tūkstančiai paleidimo galimybių ir visos įmanomos trajektorijos turi būti tiksliai apskaičiuotos. Pavyzdžiui, „Juno“ misija turėjo dviejų valandų kasdieninius paleidimo langus su 3 300 galimų paleidimo galimybių. MSL kasdieniuose paleisties languose yra galimybė pakelti 5 minutes. Per 24 dienų paleidimo laikotarpį komanda apskaičiavo 489 skirtingas trajektorijas pagal visas įmanomas paleidimo galimybes.

Bet galiausiai jie panaudos tik vieną.

„Tai nėra kažkas, ką jūs darote skraidydami - visa tai paruošiate iš anksto, todėl turite laiko atsisėsti, įvertinti ir patikrinti“, - sakė kitas MSL navigacijos komandos narys Neilas Mottingeris, dirbęs Reaktyvinio varymo laboratorija nuo 1967 m. Jis dirbo navigacijos keliais misijose, tokiose kaip „Mariner“, „Voyager“, MER ir keliose tarptautinėse misijose.

„Pradinė navigacijos funkcija paleidžiant yra pakankamai gerai nustatyta faktinė erdvėlaivio trajektorija, kad erdvėlaivio signalas gerai atitiktų DSN antenų spindulio plotį“, - sakė „Mottinger“ žurnalui „Space Magazine“.

Maždaug 44 minutes po paleidimo Marso mokslo laboratorija atsiskirs nuo raketos, kuria ji buvo nukreipta į Marsą. Navigatorius stebės kiekvieną erdvėlaivio judesį.

Mottingeris pridūrė, kad be DSN ryšių galimybių nėra planetų misijų. „Navigacijos komanda daro viską, ką gali, kad įsitikintų, jog komunikacijoje nėra spragų“, - sakė jis. „Kad būtų galima nustatyti tikslią erdvėlaivio buvimo vietą, per pirmąsias 6–8 valandas po paleidimo jis yra traškantis.“

Iš pastaruoju metu kilusių problemų, susijusių su „Phobos-Grunt“ misija, akivaizdu, kaip sunku sekti ir bendrauti su ką tik paleistu kosminiu laivu.

Pataisos viduryje

Vėlgi, navigacijos komanda modeliavo ir apskaičiavo visus misijos atliktus manevrus ir sprogdintojų nudegimus. Kai MSL pakeliui į Marsą, navigacijos komanda dar kartą apžiūrės visus jų modelius ir suprojektuos manevrus, kad nukreiptų erdvėlaivį į dešinę įėjimo sąsają Marse.

„Mes toliau nustatysime orbitą ir perprojektuosime erdvėlaivio manevrus“, - sakė Martin-Mur. „MSL turi 1 svaro stūmoklį - tokio pat dydžio kaip MER erdvėlaivis -, tačiau mūsų erdvėlaivis yra beveik keturis kartus sunkesnis, todėl manevrai, kuriuos mes darome ilgai, kai kuriems prireiks valandų“.

Tarpplanetinei navigacijai inžinieriai naudoja tolimus kvazarus kaip orientyrus kosmose nurodydami, kur yra erdvėlaivis. Kvazarai yra neįtikėtinai ryškūs, tačiau yra tokiais dideliais atstumais, kad jie nejuda danguje taip, kaip daro artimesnės fono žvaigždės. Martin-Mur pateikė sąrašą beveik 100 skirtingų kvazarų, kurie gali būti naudojami šiam tikslui, atsižvelgiant į tai, kur yra erdvėlaivis.

„Įdomu, - šyptelėjo Martin-Mur,„ su kvazariais mes naudojame tai, kas yra milijardų šviesmečių atstumu nuo mūsų, nuo pat ankstyvosios visatos, kurie yra tokie seni, kad jų gali net nebūti. Labai šaunu, kad mes naudojame objektą, kurio šiuo metu gali nebūti, tačiau naudojame jį labai tiksliai navigacijai. “

Navigacijos komanda taip pat turi modeliuoti saulės radiacijos slėgį - saulės spinduliuotės poveikį erdvėlaiviui.

„Mes labai gerai žinome, dėka mūsų draugų iš Saulės sistemų dinamikos grupės, kur bus Marsas, kur yra Žemė ir Saulė“, - sakė Martinas Mur. „Bet kadangi šis kosminis laivas anksčiau nebuvo kosmose, tiksliai nežinoma, kaip saulės spinduliuotės slėgis paveiks erdvėlaivio paviršiaus savybes ir kaip jis trikdys erdvėlaivį. Jei neturime tam tinkamo modelio, mes galime būti nutolę šimtus kilometrų, nes erdvėlaivis eina nuo Žemės iki Marso. “

Atvykimas į Marsą

Erdvėlaiviui artėjant prie Marso, labai svarbu tiksliai žinoti, kur yra erdvėlaivis. „Turime nukreipti erdvėlaivį į dešinį įėjimo tašką, - sakė Martin-Mur ir„ pasakyti erdvėlaiviui, kur jis pateks, kad jis galėtų rasti savo kelią į nusileidimo vietą “.

MSL įėjimo nusileidimo ir tūpimo prietaisai arba MEDLI perduoda srautą į Žemę, kai zondas patenka į atmosferą, leisdamas navigatoriams ir mokslo komandai tiksliai žinoti, kur nusileido roveris.

Tik tada navigacijos komanda galės - galbūt - įkvėpti palengvėjimo atodūsį.

Pin
Send
Share
Send