Mikroaaltouunin kokoinen, vain 25 kiloa painava CubeSat[1] toimii ensimmäisenä avaruusaluksena, joka testaa ainutlaatuista, elliptistä Kuun kiertorataa osana Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment (CAPSTONE) -tutkimusta. NASAn Artemis -ohjelmaan kuuluvan Kuuta kiertävän Gatewayn polunetsijänä CAPSTONE auttaa vähentämään tulevien avaruusalusten riskiä validoimalla innovatiivisia navigointitekniikoita ja varmistamalla tämän halon muotoisen kiertoradan dynamiikan.
Rata, joka tunnetaan muodollisesti englanninkielisellä termillä Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO) (lähes
suoraviivainen halo-rata), on huomattavan soikea. Sen sijainti tarkassa
tasapainopisteessä Maan ja Kuun gravitaatiokentässä tarjoaa vakautta
pitkäaikaisiin tehtäviin, kuten Gateway, ja sen ylläpito vaatii vain vähän
energiaa.
 |
| Kuun kiertoradan erilaiset radat, joita on käytetty (oikealla) avaruustutkimuksessa. NRHO-rata tulee olemaan käytössä ensimmäisen kerran CAPSTONE-satelliitin myötä. Kuva NASA. |
CAPSTONE:n rata kulkee Kuun napojen kautta ollen noin 1 652 km etäisyydellä pohjoisnavasta ja 71 862 km etelänavasta. Satelliitin kiertoaika on noin 7 vrk, ja rata yhdistää läheisen ja retrogradisen[2] kaukaisen (kuva) kiertoradan energiatehokkuuden. Läheiselle radalle Kuusta päätään vähäisemmällä polttoaineen kulutuksella mutta sitä kuluu radan ylläpitoon. Kaukainen ympyrärata on puolestaan energiatehokas toiminta-aikana mutta sinne päästäkseen avaruusalusten pitää käyttää runsaasti polttoainetta.
Neljän kuukauden matkan jälkeen CAPSTONE asettuu radalleen kiertää
Kuun ympäri vähintään kuusi kuukautta varmistaakseen kiertoradan
ominaisuudet. Tarkemmin sanottuna se todentaa teho- ja propulsiovaatimukset
kiertoradan ylläpitämiseksi NASAn mallien ennusteiden mukaisesti, mikä vähentää
logistisia epävarmuustekijöitä. Se osoittaa myös innovatiivisten
avaruusalusten ja avaruusalusten välisten navigointiratkaisujen luotettavuuden
sekä viestintäkyvyn Maan kanssa. NRHO tarjoaa esteettömän näkymän Maahan Kuun
etelänavan kattavuuden lisäksi.
Näiden uusien navigointiominaisuuksien testaamiseksi
CAPSTONElla on toinen erillinen hyötykuormalentotietokone ja -radio, joka
suorittaa laskelmia määrittääkseen, missä CubeSat on kiertoradalla. Vuodesta
2009 Kuuta kiertänyt NASAn Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) toimii
vertailupisteenä CAPSTONElle. Tarkoituksena on, että CAPSTONE kommunikoi
suoraan LRO:n kanssa ja hyödyntää tästä ristilinkistä saatua dataa mitatakseen
kuinka kaukana se on LRO:sta ja kuinka nopeasti näiden kahden välinen etäisyys
muuttuu, mikä puolestaan määrittää CAPSTONEen sijainnin avaruudessa.
Näitä peer-to-peer-tietoja käytetään CAPSTONE:n autonomisen
navigointiohjelmiston arvioimiseen. Jos onnistuu, tämä ohjelmisto, jota
kutsutaan Cislunar Autonomous Positioning Systemiksi (CAPS), antaa tuleville
avaruusaluksille mahdollisuuden määrittää sijaintinsa ilman, että niiden
tarvitsee luottaa yksinomaan Maasta tapahtuvaan seurantaan. Tämä
ominaisuus voisi mahdollistaa sen, että tulevat teknologian esittelyt voivat
suorittaa itsenäisesti ilman tukea Maasta ja antaa maanpinnalla sijaitseville
antenneille mahdollisuuden priorisoida arvokasta tiedetietoa rutiinisempaan
toiminnan seurantaan nähden.
 |
| CUBESATia valmistellaan lentoa varten. Kuva NASA. |
CAPSTONE laukaistiin 28.6.2022 Rocket Labin Electron-raketilla yhtiön Launch Complex 1:stä Uudesta-Seelannista. Erittäin kunnianhimoisella aikataululla CAPSTONE esittelee keskeisiä kaupallisia kykyjä. NASAn kumppanit testaavat huippuluokan työkaluja tehtäväsuunnitteluun ja operaatioihin, mikä tasoittaa tietä ja laajentaa mahdollisuuksia pienille ja edullisemmille avaruus- ja tutkimustehtäville Kuuhun, Marsiin ja muihin kohteisiin kaikkialla aurinkokunnassa.
Tehtävän tavoitteet:
- Tarkista
cis-kuun lähellä suoraviivaisen halo-kiertoradan ominaisuudet tulevia
avaruusaluksia varten
- Näytä
tälle ainutlaatuiselle kiertoradalle saapuminen ja sen ylläpitäminen, joka
tarjoaa erittäin tehokkaan polun Kuun pinnalle ja takaisin
- Esittele
avaruusaluksista avaruusaluksiin navigointipalveluja, joiden avulla
tulevat avaruusalukset voivat määrittää sijaintinsa suhteessa Kuuhun
ilman, että se luottaisi yksinomaan maasta tapahtuvaan seurantaan
- Luo
pohja tulevaisuuden Kuun operaatioiden kaupalliselle tuelle
- Hanki
kokemusta pienistä CubeSat-laukaisuista Maan kiertoradan ulkopuolelle,
Kuuhun ja sen ulkopuolelle.
Huomautukset
[1] CubeSat on Kalifornian polyteknisen instituutin
kehittämä järjestelmä, jossa yhden yksikön muodostaa 100 × 100 × 100 mm
kokoinen moduuli. Moduuleja voidaan yhdistää suuremmiksi kokonaisuuksiksi kuten
1,5U, 2U, 3U, 6U ja 12U. Kirjain U tarkoittaa siis yksikkömoduulia ja numero
niiden määrää. Rakentamalla pienikokoiset satelliitit tarkan moduulijaon
mukaisesti, voidaan käyttää standardeja laukaisupaletteja niiden kiertoradalle
toimittamiseen. Usein kantorakettiin voidaan sijoittaa useita laukaisupaletteja
ja näin toimittaa avaruuteen useita, jopa kymmeniä pieniä satelliitteja ja
vieläpä ”lähes ilmaiseksi” massiivisten hyötykuormien mukana.
[2] Retrogradinen tarkoitta tässä tapauksessa rataa, jonka kiertosuunta
on vastakkainen Kuun ja Maan pyörimissuunnalle. Tällaista rataa on käytetty
esimerkiksi Apollo-lennoilla ja sitä tullaan käyttämään tulevilla
Artemis-tehtävään liittyvillä lennoilla.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti