Миниатюрный рентгеновский солнечный спектрометр CubeSat
Тип миссии | Физика Солнца , Космическая погода , ближнего космоса Исследования |
---|---|
Оператор | С / ЛАСП |
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 1998-067HU |
САТКАТ нет. | 41474У |
Веб-сайт | сжимать |
Продолжительность миссии | Летная модель 1: 6 месяцев (план), 11,66 месяцев (факт). Летная модель 2: 5 лет (планируется) 8 лет (истекло) |
Свойства космического корабля | |
Тип космического корабля | 3U КубСат |
Производитель | С / ЛАСП |
Стартовая масса | 3,5163 кг |
Сухая масса | 3,5163 кг |
Власть | Потребляет: 8,0 Вт (научный режим) 5,3 Вт (безопасный режим) 2,8 Вт (режим Феникса) Макс. поколение: 19 Вт |
Начало миссии | |
Дата запуска | 6 декабря 2015 г., 08:44:57 | UTC
Ракета | Atlas V 401 |
Запуск сайта | Космический центр Кеннеди |
Подрядчик | Объединенный стартовый альянс |
Вступил в сервис | 2016 16 мая |
Конец миссии | |
Последний контакт | 2017-05-06 02:37:26 UTC |
Дата распада | 2017 6 мая |
Орбитальные параметры | |
Справочная система | Геоцентрический |
Режим | Низкая Земля |
Высота перигея | 402 километра (250 миль) |
Высота апогея | 402 километра (250 миль) |
Наклон | 51,65 градусов |
Период | 92,69 минут |
Эпоха | 4 июля 2016 г. [1] |
Инструменты | |
Модифицированный кремниевый дрейфовый детектор Amptek X123. Датчик положения Солнца (SPS), рентгеновский фотометр (XP) | |
Миниатюрный рентгеновский солнечный спектрометр ( MinXSS ) CubeSat был первым запущенным Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства CubeSat с научной миссией. [2] Он был спроектирован, построен и эксплуатировался в основном студентами Университета Колорадо в Боулдере при профессиональном наставничестве и участии профессоров, ученых и инженеров факультета аэрокосмических наук и Лаборатории физики атмосферы и космоса , а также Юго-Западного исследовательского института. , НАСА Центр космических полетов имени Годдарда и атмосферных исследований Национального центра Высотная обсерватория . Главным исследователем миссии является доктор Томас Н. Вудс, а соисследователями - доктор Амир Каспи, доктор Фил Чемберлин, доктор Эндрю Джонс, Рик Конерт, профессор Синьлин Ли, профессор Скотт Пало и доктор Стэнли Соломон. Руководителем студентов ( менеджером проекта , системным инженером ) был доктор Джеймс Пол Мейсон, который с тех пор стал со-I по второй летной модели MinXSS.
MinXSS был запущен 6 декабря 2015 года к Международной космической станции в рамках миссии по доставке грузов Orbital ATK Cygnus CRS OA-4 . [3] Ракетой-носителем была ракета United Launch Alliance Atlas V в конфигурации 401. Райдшеринг CubeSat был организован в рамках NASA ELaNa -IX. Развертывание с Международной космической станции было осуществлено с помощью развертывателя NanoRacks CubeSat Deployer 16 мая 2016 года. [4] Вскоре радиомаяки космических кораблей были замечены радиолюбителями по всему миру. [5] [6] Ввод в эксплуатацию космического корабля завершился 14 июня 2016 года. [7] и с тех пор наблюдения за солнечными вспышками фиксируются почти непрерывно. [8] В последнюю неделю миссии высота быстро падала, поскольку атмосферное сопротивление увеличивалось с высотой экспоненциально. Последний контакт от MinXSS произошел 06 мая 2017 г. в 02:37:26 UTC от оператора HAM в Австралии. В то время некоторые температуры на космическом корабле уже превышали 100 °C. (Один раз температура >300 °C указывала на то, что солнечная панель отключилась, что позволяет предположить, что этот контакт произошел всего за несколько мгновений до распада.) [9] Научные данные, охватывающие всю миссию, общедоступны. [10]
Цель миссии
[ редактировать ]Миссия MinXSS заключается в измерении спектра солнечного мягкого рентгеновского излучения в диапазоне от 0,5 кэВ (25 Å ) до 30 кэВ (0,4 Å ) со ~0,15 кэВ на полувысоте спектральным разрешением . В этой части солнечного электромагнитного спектра наибольшее усиление солнечных вспышек . ожидается [11] Он также оказывает важное влияние на ионосферы химию Земли. Несмотря на это, предыдущие измерения были либо широкополосными с низким разрешением, либо с высоким разрешением, но с очень узкой полосой пропускания (см. изображение ниже). [12] [13] Относительно недавнее создание миниатюрных кремниевых дрейфовых детекторов позволило проводить измерения MinXSS. Данные MinXSS обеспечат средство исследования солнечной короны — особенно в активных областях и солнечных вспышках — и будут использоваться в качестве входных данных для моделей верхней атмосферы Земли, особенно ионосферы, термосферы и мезосферы .
MinXSS также является первым полетом системы определения и контроля ориентации XACT компании Blue Canyon Technologies (ADCS), одной из единственных коммерчески доступных 3-осевых систем ADCS для CubeSats. Он работает даже лучше, чем заявлено в спецификации. [14] Это демонстрирует, что критически важная технология для космических кораблей была успешно миниатюризирована и коммерциализирована.
Научный инструмент
[ редактировать ]Основным научным инструментом на борту MinXSS является модифицированный кремниевый дрейфовый детектор Amptek X123. Прибор был модифицирован, чтобы сделать его совместимым с космической средой. [13] В частности, на самых горячих компонентах электронных плат были размещены пластины для теплопередачи, чтобы обеспечить проводящий тепловой путь для передачи тепла. В атмосфере электроника может охлаждаться конвективно, но работа в вакууме требует охлаждения за счет проводимости и, следовательно, улучшенного проводящего пути. Кроме того, к передней части детектора была прикреплена небольшая апертура из вольфрама, чтобы уменьшить вероятность насыщения фотонами и ограничить поле зрения до ±4°. дополнительный бериллиевый Наконец, перед детектором был установлен фильтр, чтобы уменьшить количество фотоэлектронов , попадающих в детектор.
Есть два вторичных научных прибора: рентгеновский фотометр (XP) и датчик положения Солнца (SPS). XP представляет собой одиночный фотодиод с бериллиевым фильтром перед ним, толщина которого почти равна сумме двух бериллиевых фильтров перед X123. Целью XP является обеспечение перекрестной калибровки X123 на орбите: сумма спектра X123 должна быть примерно равна измерению XP. SPS — это точный датчик Солнца с точностью 2,4 угловых секунды , который состоит из планарного четырехдиода, наблюдающего за видимым светом, цель которого — обеспечить точную информацию о положении Солнца относительно оптических осей X123 и XP для коррекции любого внеосевого сигнала. затухание.
Все приборы были откалиброваны в стандартов и технологий установке синхротронного ультрафиолетового излучения Национального института (SURF III) . [12] [15]
Предполетные испытания
[ редактировать ]Несмотря на более низкие требования, предъявляемые к CubeSat по сравнению с более крупными космическими кораблями, MinXSS прошел те же строгие испытания, которые считаются стандартными в аэрокосмической отрасли. Первичный научный прибор X123 прошел полную летную квалификацию в двух полетах зондирующих ракет . [12] [16] Помимо испытаний на уровне подсистемы и системы на стенде (т. е. на воздухе при комнатной температуре), система также прошла циклические испытания в термовакуумной камере , испытания на тепловой баланс, испытания на вибрацию и испытания на сквозную связь. [13] Моделирование миссии выполнялось во время термовакуумного цикла и на стенде с использованием имитатора солнечной батареи, мощность которого автономно переключалась с реалистичной орбитальной инсоляцией и периодами затмений. Это гарантировало, что космический корабль будет иметь положительную мощность на орбите.
Коммуникации
[ редактировать ]На космическом корабле используется измерительная ленточная антенна и радиостанция AstroDev Li-1. Космический корабль периодически подает радиомаяки, и его сигнал может быть принят радиолюбительским оборудованием. Ниже приведены характеристики связи: [17]
- Частота: 437,345 МГц
- Скорость передачи данных: 9600 бод
- Модуляция: ГМСК
- Частота маяка: (по состоянию на 4 июля 2016 г.) 54 секунды.
Маяки, записанные радиолюбителями, могут быть отправлены команде MinXSS (в формате KISS ), чтобы способствовать общему сбору данных. [17]
Успех на орбите
[ редактировать ]Первым критическим препятствием для любого развернутого космического корабля является установление связи с землей. Это было достигнуто при первом прохождении над наземной станцией MinXSS в Боулдере, штат Колорадо . [18] Успех научной миссии определяется получением полезных научных результатов. Первый свет MinXSS был представлен на брифинге для прессы и на плакате во время Американского астрономического общества 47-го собрания отделения солнечной физики в Боулдере, штат Колорадо. [19] [20] [21] более 40 солнечных вспышек GOES C-класса и 7 солнечных вспышек M-класса В первые недели миссии MinXSS произошло , и эти наблюдения были переданы на Землю для анализа. Результаты этого анализа станут предметом нескольких предстоящих рецензируемых статей. Кроме того, MinXSS стал первым полетом трехосной системы определения ориентации и управления (ADCS) Blue Canyon Technologies XACT. Он постоянно работал исключительно хорошо: наведение на 8 угловых секунд (1 сигма), тогда как в спецификации было 11 угловых секунд. [14]
Последующая миссия (MinXSS-2)
[ редактировать ]Второй космический корабль MinXSS строился параллельно с первым. MinXSS-2 идентичен MinXSS-1, за исключением:
- (1) модернизированная версия рентгеновского спектрометра Amptek X123-FastSDD по сравнению с X123-SDD на MinXSS-1;
- (2) обновленная версия BCT XACT с использованием текущего аппаратного обеспечения, имеющегося на рынке, по сравнению с предварительной версией, используемой в MinXSS-1;
- (3) добавление схемы «аппаратного сброса» питания в полете;
- (4) использование радиостанции AstroDev Lithium-2 по сравнению с Li-1, используемой на MinXSS-1; и
- (5) незначительные обновления программного обеспечения.
MinXSS-2 планируется развернуть в рамках миссии Spaceflight Industries SSO-A SmallSat Express, [22] используя SpaceX Falcon 9 . [23] Запуск произошел 3 декабря 2018 года, и MinXSS2 был выведен на орбиту. Орбита MinXSS-2 является полярной и солнечно-синхронной в 10:30 LTDN , на высоте примерно 575 км, что обеспечивает расчетный срок службы 4 года.
MinXSS-2 был выбран НАСА для двухлетнего финансирования в рамках программы «Гелиофизические технологии и разработка приборов для науки» (H-TIDeS) 2016 года. [24] В MinXSS-2 также добавлено научное участие Военно-морской исследовательской лаборатории с доктором Гарри Уорреном в качестве соисследователя.
Награды
[ редактировать ]MinXSS был выбран в качестве AIAA миссии года по малым спутникам 2016 года во время 30-й ежегодной конференции AIAA/USU по малым спутникам в Логане, штат Юта . [25] [26]
Архитектура проекта
[ редактировать ]Проект MinXSS был структурирован после студенческого эксперимента по космической погоде в Колорадо CubeSat , в ходе которого был организован курс аспирантских проектов под руководством Джозефа Р. Таннера на факультете аэрокосмических инженерных наук Университета Колорадо в Боулдере . Студенты кафедры имеют выбор: либо защитить магистерскую диссертацию, либо пройти два семестра курса дипломных проектов. Обычно в каждом параллельном проекте участвуют 10-20 студентов. CSSWE и MinXSS активно привлекли специалистов из Лаборатории физики атмосферы и космоса . По состоянию на 8 марта 2018 года над проектом работали 40 выпускников, 5 студентов и двое старшеклассников. Около 40 профессионалов внесли свой вклад с разной степенью участия: от предоставления отзывов при обзоре дизайна до написания программного обеспечения для полетов.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Celestrak NORAD CubeSat TLE
- ^ «Достижение науки с помощью CubeSats: нестандартное мышление» . NationalAcademies.org . Архивировано из оригинала 25 октября 2020 года . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «MinXSS CubeSat отправляется на МКС для изучения мягких рентгеновских лучей Солнца» . НАСА.gov . 4 декабря 2015 года . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «MinXSS CubeSat развернут на МКС для изучения мягких рентгеновских лучей Солнца» . НАСА.gov . 16 мая 2016 года . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «MinXSS 20:26 UTC 437,345 МГц 9K6 Интервал телеметрии 9 секунд над сильным сигналом Японии» . Твиттер . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «MINXSS и NODeS 02:57 UTC, 17 мая 2016 г.» . БЛОГ YC3BVG . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «Ввод в эксплуатацию завершен!» . Домашняя страница MinXSS . 14 июня 2016 года . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «MinXSS CubeSat развернут с МКС для изучения мягких рентгеновских лучей Солнца» . НАСА.gov . 6 октября 2016 г. Проверено 7 октября 2016 г.
- ^ «Миниатюрный рентгеновский солнечный спектрометр (MinXSS) » MinXSS-1 сошел с орбиты» . lasp.colorado.edu . 8 мая 2017 года . Проверено 8 мая 2017 г.
- ^ «Миниатюрный рентгеновский солнечный спектрометр (MinXSS) » Данные и любительское радио» . lasp.colorado.edu . Проверено 8 мая 2017 г.
- ^ Роджерс, EM; Бейли, С.М.; Уоррен, HP; Вудс, Теннесси; Эпарвье, ФГ (9 сентября 2006 г.). «Мягкое рентгеновское излучение во время солнечных вспышек, наблюдаемое TIMED-SEE» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 111 (А10): А10С13. Бибкод : 2006JGRA..11110S13R . дои : 10.1029/2005JA011505 .
- ^ Перейти обратно: а б с Каспи, Амир; Вудс, Томас Н.; Уоррен, Гарри П. (18 марта 2015 г.). «Новые наблюдения спектра мягкого рентгеновского излучения Солнца 0,5–5 кэВ». Письма астрофизического журнала . 802 (1): Л2. arXiv : 1502.01725 . Бибкод : 2015ApJ...802L...2C . дои : 10.1088/2041-8205/802/1/L2 . S2CID 118383309 .
- ^ Перейти обратно: а б с Мейсон, Джеймс П.; Вудс, Томас Н.; Каспи, Амир; Чемберлин, Филип К.; Мур, Кристофер; Джонс, Эндрю; Конерт, Рик; Ли, Синьлинь; Пало, Скотт; Соломон, Стэнли К. (10 марта 2016 г.). «Миниатюрный рентгеновский солнечный спектрометр: научно-ориентированный университетский спутник 3U CubeSat». Журнал космических кораблей и ракет . 53 (2): 328–339. arXiv : 1508.05354 . Бибкод : 2016JSpRo..53..328M . дои : 10.2514/1.A33351 . S2CID 118645968 .
- ^ Перейти обратно: а б «Идеальная точность для MinXSS CubeSat, поставляемого Blue Canyon Technologies — все зависит от отношения» . Сатньюс . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ Мур, Кристофер С.; Вудс, Томас Н.; Каспи, Амир; Мейсон, Джеймс П. (18 июля 2016 г.). Ден Хердер, Ян-Виллем А.; Такахаси, Тадаюки; Баутц, Маршалл (ред.). «Миниатюрный рентгеновский солнечный спектрометр (MinXSS) CubeSats: методы определения характеристик спектрометра, возможности спектрометра и цели науки о солнечной энергии» . Учеб. ШПИОН . Космические телескопы и приборы 2016: от ультрафиолета до гамма-лучей. 9905 : 990509. arXiv : 1608.05115 . Бибкод : 2016SPIE.9905E..09M . дои : 10.1117/12.2231945 . S2CID 119191940 . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «Миссия, финансируемая НАСА, изучает Солнце в мягких рентгеновских лучах» . НАСА.gov . 26 марта 2015 года . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Дата и любительское радио» . Домашняя страница MinXSS . Архивировано из оригинала 21 августа 2016 года . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «Первый день на орбите удался!» . Домашняя страница MinXSS . 17 мая 2016 года . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ Колер, Сюзанна (июнь 2016 г.). «СПД-2016: День 1» . ААСнова . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ Патель, Нил В. (2 июня 2016 г.). «4 технологии, которые НАСА использует, чтобы спасти нас от солнечной смерти» . Инверсия . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ Каспи, Амир; Вудс, Томас Н.; Уоррен, Гарри П.; Чемберлин, Филип К.; Джонс, Эндрю; Мейсон, Джеймс П.; Мактирнан, Джеймс М.; Мур, Кристофер С.; Пало, Скотт Э.; Соломон, Стэнли К. (31 мая 2016 г.). «Научные цели и первый анализ света с помощью миниатюрного рентгеновского солнечного спектрометра (MinXSS) CubeSat» . Американское астрономическое общество, собрание СПД № 47 . 47 : #3.06. Бибкод : 2016СПД....47.0306С . Проверено 9 августа 2016 г.
- ^ «Spaceflight готовит исторический запуск более 70 космических кораблей на борту SpaceX Falcon 9» . spaceflight.com . 6 августа 2018 года. Архивировано из оригинала 22 марта 2021 года . Проверено 10 сентября 2018 г.
- ^ «Космический полет готовится к запуску Falcon 9» . Космические новости . 6 августа 2018 года . Проверено 10 сентября 2018 г.
- ^ «MinXSS-2 был выбран НАСА для финансирования!» . Твиттер . Проверено 11 декабря 2016 г.
- ^ «MinXSS — миссия года @SmallSat! Спасибо всем, кто голосовал и выполнил такую захватывающую и успешную миссию» . Твиттер . Проверено 11 августа 2016 г.
- ^ «MinXSS выигрывает «Миссию года» на конференции Small Sat Conference» . КУ Аэрокосмических Инженерных Наук . 16 августа 2016 года . Проверено 26 августа 2016 г.