Wie messen Tom & Jerry (CANYVAL-X) ihre Ausrichtung mit einer Entfernungsquelle genau?

Die Mission Anfang dieses Jahres war aufgrund von Kommunikationsproblemen nicht erfolgreich . Es sieht so aus, als ob es keine verfügbaren Daten zur Leistung des Systems geben wird.

Die beabsichtigte Sequenz beginnt wann

Die Annäherungsphase wird eingeleitet und Jerry beginnt, seine absoluten Orbitaldaten automatisch über das Intersatellitenverbindungssystem an Tom zu übertragen. Tom manövriert auf der Grundlage der erhaltenen Schätzung der relativen Umlaufbahn näher an Jerry heran. Während der Missionsdesignphase wurde zunächst angenommen, dass ein einzelnes elektrisches Triebwerk verwendet werden könnte, um Tom zu positionieren. Im Nachhinein wurde jedoch festgestellt, dass die Schubkraft des Antriebssystems die erwarteten Leistungsanforderungen nicht ausreichend erfüllen würde: Während die theoretisch ermittelte Schubkraft des Antriebssystems 200 μN betrug, stellten sich nach der Entwicklung nur 50 μN als verfügbar heraus. Daher wurde ein alternatives orbitales Steuerungsverfahren unter Verwendung von Luftwiderstand vorgeschlagen. Tom steuert seine Einstellung, um den Luftwiderstand gemäß den säkularen Begriffen der Position entlang der Strecke zu maximieren und zu minimieren, die unter Hill's Dynamics angegeben sind.

Die Validierung des optischen Ausrichtungssystems während der Missionsphase wird per Fernsteuerung eingeleitet. Jerry richtet die Sonne aus und aktiviert ihre LED-Markierungen, während Tom gleichzeitig seine relative Umlaufbahn steuert, um seine Position in Bezug auf die Sonne und Jerry beizubehalten. Tom bestimmt, ob sich Jerry im Sichtfeld der Kamera für sichtbares Licht befindet, und schätzt dann die relative Position und Lage, die verwendet wird, um eine Rückkopplungssteuerung durchzuführen, um die Ausrichtung der Satelliten für einige Minuten aufrechtzuerhalten. In dieser Simulation wird die Ausrichtung etwa 2 Minuten lang aufrechterhalten, indem das Antriebssystem verwendet wird, um ein maximales Schubniveau von 50 μN zu implementieren. Nachdem die beiden CubeSats die Funktionsweise des Vision-Alignment-Systems demonstriert haben, vergrößert sich ihr gegenseitiger Abstand. Tom wiederholt dann seine Annäherung an Jerry, und der Vorgang wird wiederholt. Auf diese Weise,

Das „Vision Alignment System“ wird in der Konstruktionsarbeit wie folgt beschrieben:

ein visuelles Ausrichtungssystem, das gleichzeitig die relative Position und die relative Lage zwischen den beiden CubeSats bestimmen kann. Das optische Ausrichtungssystem besteht aus Laserbaken auf Jerry und einer visuellen Kamera, die auf Tom geladen ist. Tom erkennt die Laserdioden-Projektionsbilder, um die relative Position und die relative Lage zwischen den beiden CubeSats zu bestimmen. Im Sichtausrichtungsmodus fixiert Jerry seine Einstellung für die Laserdioden auf Jerry so, dass sie auf die Sonne blicken. Dann unterbricht Tom diese Linie zwischen Jerry und der Sonne und behält die Trägheitsausrichtung zwischen Jerry, Tom und der Sonne für einige Minuten bei. Zu diesem Zweck wird Tom seine Position in Bezug auf die Sonne fixieren und seine Position auf der transversalen Ebene von Jerry und der Ausrichtung der Sonne mithilfe von Reaktionsrädern und Triebwerken steuern (Abbildung 1).

(aus Abbildung 1 des Konstruktionspapiers )

Es verwendet Vision im Sinne von Bildgebung, um die (projizierte) Position der Laserquellen zu erkennen und zu messen und daraus Ausrichtung und Entfernung zu berechnen.

Der geplante Auftritt war gar nicht so aggressiv:

Das Ziel war es, die Position auf besser als einen Meter zu kontrollieren und diese Position auf besser als 10 cm zu messen.

Wie hängt das mit den Anforderungen eines „virtuellen Teleskops“ zusammen? Ich glaube nicht, dass sie über die Ausrichtung der Wellenlängenskala sprechen, die zB von den Segmenten eines zusammengesetzten Spiegels benötigt wird. Vielmehr scheinen sie sich (Wortspiel beabsichtigt) auf die größeren strukturellen Elemente eines wirklich großen Teleskops zu konzentrieren:

Gegenwärtige Weltraumteleskope haben eine einzige Struktur und folglich kann ihre Brennweite nicht ausreichend verlängert werden. Manchmal verhindert dieses Problem die Verbesserung der Auflösung von Weltraumteleskopen. Um dieses Problem zu lösen, wird das Konzept des virtuellen Teleskops vorgeschlagen. Ein virtuelles Teleskop besteht aus zwei Raumfahrzeugen; einer hat ein Linsensystem und ein anderer hat ein Detektorsystem. Durch den Formationsflug können sie als virtuelles Teleskopsystem vereinfacht werden. Dann kann der relative Umlaufbahnabstand zweier Raumfahrzeuge eine Basislinie eines virtuellen Teleskopsystems (1, 2) sein. Der wichtigste Punkt des virtuellen Teleskops besteht darin, die Trägheitsausrichtung in Bezug auf ein Himmelsobjekt aufzubauen und es in der Weltraumumgebung aufrechtzuerhalten.

Die erste Referenz dort ist " THE VIRTUAL TELESCOPE DEMONSTRATION MISSION (VTDM) " N Shah et al. 5th International Conference on Spacecraft Formation Flying Missions and Technologies, 29.-31. Mai 2013, die über eine 100-m-Trennungsdemonstration für "ein virtuelles Teleskop" spricht ” (VT) mit sehr langen Brennweiten (20 m bis >1.000 km)”. Sie schlugen eine Mission mit strengeren Ausrichtungszielen als CANYVAL-X vor, aber nicht allzu strenger: Immer noch im Millimeterbereich.

Die zweite Referenz ist „Orbit Design and Control of Technology Validation Mission for Refractive Space Telescope in Formation Flying“, AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, SicTech 2014, 13.–17. Januar 2014 mit überlappender Autorenliste; es ist Paywalled, spricht aber im Grunde von der gleichen Art von Dingen. Für mich ist der interessanteste Teil dieser Referenz die Diskussion eines refraktiven Weltraumteleskops. Das ist vielleicht ein Thema für einen anderen Tag, aber es ist Teil der Motivation für die lange Brennweite.

Um auf den Hauptpunkt der Frage zurückzukommen, scheint das Ziel dieser Projekte zu sein, eine Ausrichtung im mm-Maßstab über frei fliegende Strukturen im 100-m- oder km-Maßstab zu schaffen. Sie würden dann aktive optische Elemente im Teleskopsystem verwenden, um ihre endgültige Präzision zu erreichen. Das ist immer noch ein Fortschritt in der Stationshaltung, aber bei weitem nicht so intensiv, wie es zunächst schien.

Ich habe keine Quellen außerhalb der Seiten, auf die Sie verlinken, aber in dem von Ihnen verlinkten EOPortal-Artikel wird über die Präzision und Instrumente der Lage- und Orbitkontrolle gesprochen. Es sieht so aus, als hätte Jerry keinen Antrieb und behält die Ausrichtung mit einem Sonnensensor und Magnetotorquers innerhalb von +- 5 Grad bei. Tom verwendet anscheinend sein Miniatur-Plasma-Triebwerk, um seine Position zwischen Jerry und der Sonne etwa 10 m von Jerry entfernt auf etwa 20 cm zu halten. Es hat Magnetotorquer UND Reaktionsräder, kann also die Ausrichtung auf 1 Grad beibehalten. Beide verwenden GPS, um ihren Standort auf 10 cm genau zu bestimmen. Es sieht nicht so aus, als ob die Lichter an Jerry und die Kamera an Tom Teil des Leitsystems sind, obwohl sie es sein könnten.