Wie können die beiden MarCO-CubeSats während ihrer sechsmonatigen Reise zum Mars zuverlässig in der Nähe von InSight bleiben?

Nachdem InSight von der Centaur-Oberstufe in Vorwärtsrichtung eingesetzt wurde. Die beiden MarCO 6U CubeSats werden seitlich eingesetzt, mit einer 180-Grad-Drehung zwischen dem ersten und dem zweiten, wie im Video MarCO: First Interplanetary CubeSat Mission gezeigt, das in der Frage verlinkt ist. Ungefähr 6,5 Monate später sah der Plan für die ursprüngliche Mission 2016 vor, dass beide MarCO-CubeSats während ihrer eigenen 7 Minuten des Terrors ungefähr 3.500 km von InSight entfernt passieren und versuchen, Telemetrie während des Abstiegs, der Landung und für einige Zeit nach dem Mars zu empfangen Die Rotation verbirgt den Landeplatz für die nächsten ~13 Stunden schnell vor dem Funkempfang der Erde.

Weitere Informationen dazu finden Sie unter Warum sollte das Ankunftsdatum von InSight auf dem Mars festgelegt und unabhängig vom Startdatum sein?

Dies wird im Screenshot unten links der Präsentation Mars Cube One (MarCO) The First Planetary CubeSat Mission von Sami Asmar, Principal Investigator und Steve Matousek Capture Lead aus dem Jahr 2014 gezeigt. Wie im Screenshot aus der Präsentation INSPIRE und 2015 gezeigt Jenseits von Deep Space CubeSats am JPL von Andrew Klesh waren auf dem Weg bis zu fünf TCMs oder Flugbahnkorrekturmanöver möglich. Das dritte Bild ist aus der aktualisierten InSight-Trajektorie von 2018 aus der InSight-Missionsstartsequenz der NASA herausgeschnitten und zeigt bis zu sechs TCMs für InSight selbst. Das vierte Bild ist ein Screenshot von MarCO Introduction PPO 2015 .

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TRUDER:

Damit dies möglich ist und um die Ankunftszeit festzuhalten, um am richtigen Ort zu landen, benötigen sowohl InSight als auch die beiden MarCO-CubeSats Triebwerke für Manöver mit niedrigem Delta-V. Das folgende Bild, das aus dem Interview-Interview von Hackaday : Nacer Chahat entwirft Antennen für Mars -Würfelsatelliten, stammt, zeigt die acht Kaltgas-Triebwerke am 1x2U-Ende, das der Erde zugewandt ist.

Die inneren vier zeigen nach achtern und dienen dem Axialschub, und die oberen und unteren äußeren Paare sind etwas nach unten und oben abgewinkelt. Die Verwendung des oberen/unteren Paares würde zu einer Neigung nach unten/oben führen, ein diagonales Paar würde ein Rollen erzeugen und ein linkes Paar oder ein rechtes Paar würde ein Gieren erzeugen. Siehe auch diese Antwort zu den Triebwerksmustern der Voyager, obwohl sie möglicherweise nicht auf die gleiche Weise abgewinkelt sind. (Also habe ich gerade gefragt, wie die Triebwerke der Voyager ausgerichtet sind? )

oben: Ausschnitt aus Hackaday . unten x2: Kaltgas-Triebwerkssystem, von Vaccos JPL MarCO Micro CubeSat Propulsion System .

Laut der Webseite und dem Datenblatt des Systems :

• Intelligentes, eigenständiges MiPS
• 755 N-Sek. Gesamtimpuls
• Von Natur aus sicheres, ungiftiges Treibmittel R236fa.
• 3490 Gramm Nassmasse
• 4 axiale und 4 RCS 25mN Triebwerke
• Zwei Unterbrechungen gegen Leckage
• Mikrocontroller gesteuert

ADCS:

Schub ist nutzlos, es sei denn, Sie wissen, wie man es ausrichtet, daher enthält MarCO auch ein ausgeklügeltes ADCS-System. Die Bilder stammen von der Spaceflight 101-Seite MarCO – Mars Cube One :

Von Raumflug 101 :

Die MarCO-Satelliten werden durch ein typisches CubeSat-Lagebestimmungs- und Steuersystem auf drei Achsen stabilisiert, das auf mehreren Lagebestimmungseingängen und Reaktionsrädern für die Betätigung basiert. Da MarCO nicht über das Erdmagnetfeld verfügen wird, um damit zu arbeiten, sind magnetische Drehmomenterzeuger keine Option für die Impulsentlastung von den Rädern – was die Implementierung eines Antriebslage-Steuersystems zusätzlich zu einem Hauptantriebssystem für die Flugbahnsteuerung erfordert.

Für die MarCO-Mission wurde die XACT-Einheit (fleXible Attitude Control Technology) von Blue Canyon ausgewählt, die einen Sterntracker, Trägheitsmesssensoren, grobe Sonnensensoren und eine dreiachsige Reaktionsradbaugruppe zur Betätigung umfasst. Die XACT-Einheit nimmt 0,5 Volumeneinheiten (10 x 10 x 5 Zentimeter) ein und wiegt 0,91 Kilogramm, wenn sie in ihrer Basiskonfiguration fliegt, und ist in der Lage, eine Zielgenauigkeit von ±0,003 Grad auf zwei Achsen und ±0,007 Grad auf der dritten zu erreichen. Es verwendet eine 12-V-Stromversorgung, unterstützt Anstiegsgeschwindigkeiten von über 10° pro Sekunde und wurde für eine Lebensdauer von fünf Jahren bei Missionen im erdnahen Orbit ausgelegt.

Für die MarCO-Mission waren mehrere Änderungen am XACT-Basisdesign erforderlich, darunter die Hinzufügung eines groben Sonnensensors und Vorkehrungen zur Steuerung des Triebwerkssystems zur Impulssteuerung, die auf einer funktional separaten Einheit eines anderen Herstellers ermöglicht werden. Änderungen waren auch in der Flugsoftware erforderlich, um Flugbahnen im Weltraum zu berücksichtigen.

Während der Reisephase ist der Star Tracker das primäre Lagebestimmungsgerät, das Bilder des Sternenhimmels sammelt, die mit einem Bordkatalog von über 23.000 Sternen verglichen werden, um bekannte Konstellationen zu identifizieren und daraus die genaue dreiachsige Ausrichtung des Fahrzeugs zu berechnen.

Der XACT Star Tracker verarbeitet typischerweise bis zu 64 Leitsterne bis hinunter zu 7,5 mag und liefert Attitude Quarternions mit einer Bildwiederholfrequenz von fünf pro Sekunde. Das Trägheitsmesssystem wird verwendet, um den Zustand des Raumfahrzeugs zwischen ST-Aktualisierungen zu verbreiten, und es stellt auch eine Anleitung für das anfängliche Abkippen des Raumfahrzeugs nach der Trennung von der Trägerrakete bereit. Eine interessante Funktion des XACT Star Tracker ist sein Bildgebungsmodus, der in der Lage ist, Schwarzweißbilder mit 1024 x 1280 Pixeln zu erfassen.

DSN-Befehl und Rate/Bereich:

Wie jedes andere interplanetare Raumschiff bis heute, einschließlich InSight, hat MarCO keine Fähigkeit zur Selbstnavigation. Jedes MarCO-Raumschiff wird einen IRIS Cubesat Radio Transceiver enthalten. Gemäß dem IRIS- Funkdatenblatt des Iris V2.1 CubeSat Deep Space Transponder enthält er drei HF-Pfade und unterstützt mehrere Standard-Weltraumkommunikationsbänder.

Eine für die Navigation kritische Komponente ist der konfigurierbare softwaredefinierte kohärente Transponder , der Raten-/Entfernungssignale vom X-Band des Deep Space-Netzwerks bei 7,145 – 7,190 GHz empfängt und sie gleichzeitig kohärent bei 8,400 – 8,450 GHz mit einer kohärenten Umkehr aussendet Frequenzverhältnis von 880/749.

Auf diese Weise wird die NASA in der Lage sein, während der gesamten Reise genaue Entfernungs- und Relativgeschwindigkeitsmessungen jedes Raumfahrzeugs vorzunehmen und die Antriebsmanöverbefehle zu berechnen, die dann an sie zurückgesendet werden, um sie auf Kurs zu halten.

Während des Eintritts von InSight in die Marsatmosphäre und danach empfängt die MarCO-Raumsonde Signale von InSight über die UHF-Antenne an der Unterseite und sendet sie als „Bent-Pipe“-Transponder zur Erde im X-Band über die auf die Erde gerichtete Antenne mit hoher Verstärkung .

oben: MarCO UHF-Rahmenantenne, die zur Kommunikation mit InSight verwendet wird, dargestellt in ausgefahrener und eingefahrener Position. unten: MarCO High Gain-Antenne, die zur Kommunikation mit dem DSN der Erde verwendet wird, dargestellt in verstauter und ausgefahrener Position. Beide Bilder von Hackaday .

unten: Bild von der Radioseite NASA JPL IRIS .

Sie haben ein Bordantriebssystem.

http://www.cubesat-propulsion.com/jpl-marco-micro-propulsion-system/