Wie groß ist das Problem der Mondfinsternis im April 2014 für LADEE?

Okay, also lasst uns hier ein paar Zahlen klarstellen, und dann werde ich erklären, warum es ein Problem ist und warum wir uns hoffentlich gut davon erholen können. Beginnen wir damit, herauszufinden, was die nominelle Finsterniszeit für den LADEE-Satelliten ist. NASA-Zitate :

Die nominelle wissenschaftliche Umlaufbahn wird eine nahezu kreisförmige rückläufige (im Uhrzeigersinn) äquatoriale Umlaufbahn mit einer Periode von 113 Minuten in etwa 50 km über der Oberfläche sein.

Okay, wie viel Zeit wird in dieser Entfernung in der Finsternis verbracht? Ich habe nicht die Werkzeuge, um diese Berechnung mit dem Mond durchzuführen, aber ich habe einen Artikel über Erdumlaufbahnen gefunden, mit Zahlen, die bequem in Mondparameter geändert werden können.

$$\left \{ cos^{-1} \left ( \frac{\sqrt{1-R^2}}{cos (\beta)} \right )\right \}\frac{\tau}{\pi}$$

Wo

• $R$= Radiusverhältnis =$\frac{r_{eq}}{r_{sat}}$
• $r_{eq}$= Äquatorradius der Erde
• $r_{sat}$= geozentrischer Radius des Satelliten =$r_{eq} + h_{sat}$
• $h_{sat}$= Höhe des Satelliten
• $\beta$= Sonne-Orbit-Ebene-Winkel
• $\tau$= Umlaufzeit des Satelliten

Verwenden der Mondzahlen anstelle der Erde, unter Annahme eines schlimmeren Falls$\beta=0$, ergibt eine Finsterniszeit von:

$$\left \{ cos^{-1} \left ( \frac{\sqrt{1-( 1,738/ 1,788)^2}}{1} \right )\right \}\frac{113}{\pi} = 50.46\ \text{minutes}$$

Man kann also davon ausgehen, dass die Batterien mindestens so lange halten.

Warum also kann der Satellit eine Mondfinsternis nicht überleben? Die Mondfinsternis im schlimmsten Fall beginnt kurz bevor man die Sonnenfinsternis verlässt. Das ergibt 1 normale Sonnenfinsternis plus 2 Stunden Sonnenfinsterniszeit plus möglicherweise bis zu 1 weitere Sonnenfinsternis danach. Ich mache es einfach und sage 1 Umlauf plus 1 Finsterniszeit oder 113 + 51 = 164 Minuten. Das ist das Dreifache der nominellen Finsternisperiode. Wenn Sie das überleben wollen, haben Sie also zwei Möglichkeiten. Reduzieren Sie zunächst die Leistung auf 1/3 der nominalen Eclipse-Leistung. Die zweite besteht darin, dreimal mehr Batteriekapazität einzulegen. Von diesen vermute ich, dass die erste versucht wird, während etwas überschüssige Batterieleistung verwendet wird, um die Dinge stabil zu halten. Andernfalls hat sich Ihre Batteriemasse um den Faktor 2 erhöht. Da Batterien normalerweise zu den schwereren Komponenten eines Raumfahrzeugs gehören, ist das von Bedeutung!

Also, warum ist das wahrscheinlich kein bisschen viel? Raumfahrzeuge werden normalerweise mit der Idee hergestellt, dass gelegentlich etwas passieren wird, und sie haben als Ergebnis einen abgesicherten Modus. Dieser Sicherheitsmodus verhindert beispielsweise, dass der Satellit seine Batterien beschädigt, kann jedoch einige Schäden verursachen, da die thermischen Grenzen in einem solchen Modus häufig überschritten werden. Es gibt jedoch Raumfahrzeuge, die regelmäßig überleben, ohne sich auf Batterien zu verlassen, um eine Sonnenfinsternis zu überleben. Das beste mir bekannte Beispiel ist das AO-7, ohne Batteriestrom für 30 Jahre in LEO, aber es funktioniert immer noch. Höchstwahrscheinlich verwenden die Mondsatelliten eine solche Technik, dass sie, obwohl es einige Tage dauern könnte, bis sie sich erholt haben, schließlich in der Lage sein werden, auf die Erde zurückzuzeigen und die Kommunikation wiederherzustellen. LADEE ist mit omnidirektionalen Antennen ausgestattet, so dass es sich erholen kann, solange es seine Solarfelder auf die Sonne richten kann. Ich bezweifle ernsthaft, dass die NASA den Satelliten vor der Sonnenfinsternis zum Absturz bringen wird, es sei denn, es stimmt etwas anderes nicht.

Es ist erwähnenswert, dass dies ein sehr häufiges Szenario für erdumkreisende Satelliten ist. Viele von ihnen sind tatsächlich so konstruiert, dass sie im Falle eines Stromausfalls leicht umkippen, was sicherstellt, dass sie schließlich auf die Sonne zeigen, die Batterien aufladen und von dort aus die Kommunikation mit dem Boden wiederherstellen können. Es erfordert tatsächlich sehr sorgfältige Arbeit, einen Satelliten herzustellen, der bei geringer Leistung nicht umkippt, und dies wird die eventuelle Wiederherstellung des Satelliten bei genügend Zeit gewährleisten, wenn auch möglicherweise mit einem geringfügigen Verlust an Lebensdauer oder anderen ähnlichen Problemen als Folge aus der unkontrollierten Zeit.

Wie groß ist das Problem der Mondfinsternis im April 2014 für LADEE?

8,5 Jahre später kennen wir die Antwort. Aus Wikipedias LADEE; Missionsende :

Die Sonde befasste sich dann am 15. April mit der Mondfinsternis im April 2014, bei der sie keinen Strom erzeugen konnte, weil sie sich vier Stunden lang im Schatten der Erde befand. Während der Veranstaltung wurden wissenschaftliche Instrumente abgeschaltet und Heizungen eingeschaltet, um Energie zu sparen, aber das Raumschiff warm zu halten. Die Ingenieure erwarteten nicht, dass LADEE überleben würde, da es nicht für eine solche Umgebung ausgelegt war, aber es verließ die Sonnenfinsternis mit nur wenigen Fehlfunktionen der Drucksensoren.

Laut AP News stürzt der mondumkreisende Roboter der NASA wie geplant ab :

Das Letzte, was das LADEE-Team wollte, war, „eine der historischen Stätten zu pflügen“, sagte Projektmanager Butler Hine.

LADEE hat im vergangenen Monat seine primäre 100-Tage-Wissenschaftsmission abgeschlossen und machte Überstunden. Die Erweiterung ließ LADEE während der Mondfinsternis am Dienstagmorgen fliegen; Seine Instrumente waren nicht darauf ausgelegt, solch anhaltender Dunkelheit und Kälte standzuhalten.

Aber das kleine Raumschiff überlebte – es hat ungefähr die Größe eines Verkaufsautomaten – mit nur ein paar Drucksensoren, die aktiv waren.

Die Stimmung im Kontrollzentrum des Ames Research Center der NASA in Mountain View, Kalifornien, war laut Hine am späten Donnerstagnachmittag optimistisch.

„ Nachdem das Team durch die Sonnenfinsternis geflogen und überlebt hat, fühlt es sich tatsächlich sehr gut “, sagte Hine in einem Telefoninterview mit The Associated Press.

Aber die Ungewissheit über den Zeitpunkt des Untergangs von LADEE habe die Fluglotsen „nervös gemacht“, sagte er.

Wie sich herausstellte, erlag LADEE innerhalb weniger Stunden Hines Kommentaren. Die NASA gab ihr Ende am frühen Freitagmorgen bekannt.

Siehe auch Der mondumkreisende Roboter der NASA der Seattle Times stürzt wie geplant ab