| "Tsubame", "Tsubame", つばめ, LISTONES | |
|---|---|
| Satélite de prueba de altitud súper baja | |
| Cliente | JAXA |
| Fabricante | Corporación Mitsubishi Electric |
| Operador | Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón |
| Tareas | Vuelo orbital largo en órbitas ultrabajas, monitoreo de oxígeno atómico, observación de la Tierra |
| Satélite | Tierra |
| plataforma de lanzamiento | Complejo de lanzamiento Yoshinobu del Centro Espacial Tanegashima |
| vehículo de lanzamiento | H-IIA No. 37 |
| lanzar | 23 de diciembre de 2017 1:26:22 UTC |
| Desorbitar | 02 de octubre de 2019 |
| ID COSPAR | 2017-082B |
| SCN | 43066 |
| Especificaciones | |
| Peso | menos de 400 kg |
| Dimensiones | 2,52x5,24x0,89m |
| Energía | 1,14 kilovatios |
| Fuentes de alimentación | Paneles solares |
| Elementos orbitales | |
| Altitud orbital | 268 km al inicio del programa, 180 km al final |
| equipo objetivo | |
| AOFS, MDM | Sistema de monitoreo de exposición al oxígeno atómico |
| MDM | monitor de degradación de materiales |
| operaciones | cámara de alta definición |
| global.jaxa.jp/projects/… | |
Tsubame, Tsubame, つばめ, SLATS ( Super Low Altitude Test Satellite ) es un satélite japonés, un demostrador de tecnologías de órbita ultrabaja . Los objetivos del satélite son investigar los efectos del oxígeno atómico en los materiales utilizados en la construcción de satélites y demostrar las ventajas de las órbitas ultrabajas para estudiar la superficie terrestre. Para solucionar estos problemas, se coloca a bordo del satélite un conjunto de instrumentos: un sistema de monitoreo de oxígeno atómico AOFS , un monitor de degradación de materiales MDM y una cámara OPS . Una de las características importantes de la nave espacial es el uso de un motor de cohete de iones en un modo de operación inusual . El líder del proyecto es Masanori Sasaki (佐々木 雅範Sasaki Masanori ) [1] .
El satélite fue lanzado el 23 de diciembre de 2017 por un vehículo de lanzamiento H-IIA (tipo 202, No. F37). Tsubame fue la segunda carga útil y la carga útil principal fue el satélite meteorológico japonés Shikisai . El lanzamiento tuvo lugar a las 10:26:22 hora de Tokio (JST) (01:26:22 UTC) desde la primera plataforma de lanzamiento del complejo de lanzamiento de Yoshinobu . El lanzamiento del vehículo de lanzamiento fue exitoso y 16 minutos y 13 segundos después del lanzamiento a una altitud de 792 km, el Shikisai se separó del adaptador de la segunda etapa [2] . Una característica del lanzamiento fue que se pusieron en órbita dos satélites, que deberían operar en órbitas desigualmente altas. Además, el primero, Shikisai, debe operar en una órbita mucho más alta que el segundo, Tsubame. A las 57:39 hubo una segunda inclusión de la segunda etapa, que funcionó durante 10 segundos. Después de 2:01 minutos, se dejó caer el adaptador de acoplamiento Tsubame. En el minuto 106 del vuelo, se encendió el tercer motor (en modo de bajo empuje), que duró 71 segundos; esta inclusión redujo el apogeo de la órbita a 629 km. Después de 1:47:59 desde el momento del lanzamiento, se produjo la separación de la nave espacial Tsubame; a partir de ese momento, el satélite cambió a vuelo independiente. A las 12:54 JST, una estación de seguimiento ubicada en la capital chilena de Santiago confirmó que Tsubame había desplegado sus paneles solares y estaba correctamente orientado [2] . El 24 de diciembre, JAXA emitió un comunicado de prensa anunciando la finalización exitosa de los procedimientos críticos: despliegue de paneles solares, lanzamiento de equipos a bordo, transmisión de telemetría [3] .
El 7 de enero de 2018, Tsubame inició la transición de una órbita de 457 × 629 km a una más baja. El 18 de enero, el dispositivo descendió a una órbita de 458 × 595 km. El descenso continuará hasta alcanzar una órbita circular de trabajo de 268 × 268 km, en la que el satélite pasará un mes, luego una semana en órbitas de altura 250, 240, 230 km, luego otro mes en órbita de altura de 220km. Después de eso, comenzará la etapa final del experimento en una órbita con una altura de 180 km. Se supone que a esta altitud el empuje del motor iónico no será suficiente para compensar el frenado, por lo que también se utilizará el RCS con motor de hidracina [4] . El 22 de junio de 2019, el satélite estaba en órbita con un perigeo de 241 km y un apogeo de 245 km [5] . El satélite salió de órbita el 1 de octubre de 2019, el último TLE publicado tiene una hora de 12:31:26 UTC.
Desde 2006, JAXA ha estado realizando investigaciones destinadas a utilizar órbitas por debajo de los 300 km para observar la superficie de la Tierra [6] . La agencia japonesa llama a tales órbitas "extremadamente bajas" (超低 高度軌道cho : tei ko:do kido :) . Tales órbitas rara vez son utilizadas por satélites terrestres artificiales debido a su corta vida útil. JAXA está investigando tecnologías para operar en tales órbitas y, como parte de esta investigación, se ha desarrollado SLATS [1] . El motivo principal de estos estudios es mejorar la eficiencia de los satélites de teledetección de la Tierra. Por ejemplo, el sistema óptico de un satélite que opera a la altitud más común de 800 a 600 km tiene una resolución en el rango visible de 2,5 m. Si la órbita de dicho satélite se reduce a 200 km, este sistema óptico proporcionará una imagen con una resolución de 0,6 m [6] .
En el curso de la investigación, se identificaron dos problemas clave que surgen al operar satélites en órbita ultrabaja. El primer problema es la resistencia atmosférica. A pesar de que a altitudes de 150 a 300 km, la atmósfera está muy enrarecida, su resistencia es suficiente para reducir significativamente la vida útil en órbita. Para vencer la resistencia de la atmósfera, los desarrolladores propusieron el uso de un motor de cohete eléctrico (EP). El empuje EJE es significativamente inferior a los motores de cohetes químicos, pero en una atmósfera enrarecida, el empuje EJE es suficiente para mantener la órbita. Al mismo tiempo, un gran impulso específico se convierte en una ventaja significativa , lo que permite garantizar un funcionamiento a largo plazo en órbita. El segundo problema es el efecto del oxígeno atómico en la nave espacial. El oxígeno atómico se forma por la destrucción de la molécula de oxígeno O 2 bajo la acción de la radiación cósmica. El oxígeno atómico es químicamente más activo y los elementos del satélite están sujetos a un impacto significativo, lo que lleva a un cambio en las propiedades de los materiales [6] .
Inicialmente, se planeó lanzar Tsubame al espacio en 2013 o 2014 como carga útil durante el lanzamiento del satélite ALOS-2 [7] .
El 11 y 20 de abril de 2017, la nave espacial llevó a cabo pruebas de tolerancia a la carga de choque durante la separación del adaptador del satélite Shikisai y del propio Tsubame. Del 25 de abril al 12 de mayo se llevaron a cabo una serie de pruebas en un banco de vibraciones. Se suponía que estas pruebas confirmarían la preparación del dispositivo, montado en el adaptador, para soportar las cargas de vibración que ocurren durante el lanzamiento en un vehículo de lanzamiento. El 2 de junio, se anunció que las pruebas fueron exitosas [8] .
El costo de desarrollar y fabricar el satélite fue de unos 3.400 millones de yenes [9] .
El 9 de agosto de 2016 se anunció la selección de símbolos oficiales para el programa SLATS. El logo del programa simboliza órbitas ultrabajas, a lo largo de las cuales el satélite vuela como un avión, abriendo paneles solares como las alas de un pájaro. El parche oficial de la misión muestra un satélite que atraviesa el gran cielo de la Tierra. La imagen general está enmarcada por un anillo plateado en el que está escrito el nombre completo de la misión "Satélite de prueba de altitud súper baja". El color plateado del anillo fue elegido como símbolo del oxígeno atómico, en el que se va a llevar a cabo el programa principal. La línea roja presente en el parche simboliza el propulsor de iones que mantiene al satélite en una órbita determinada. La inscripción SLATS, presente en ambos símbolos gráficos, se realiza en forma de degradado desde el azul (capas superficiales de la atmósfera) hasta el azul oscuro (capas superiores de la atmósfera) [10] .
El satélite originalmente se llamaba SLATS, una abreviatura del nombre en inglés del programa de investigación Super Low Altitude Test Satellite. El 25 de abril de 2017 se anunció el inicio de la aceptación de propuestas para un nombre personal para la nave espacial. Al sugerir un nombre, se debían cumplir condiciones bastante simples: el uso de hiragana o katakana , fácil pronunciación, no coincidir con el nombre de otros satélites, no contener malas palabras, los autores no reclaman derechos de autor. El ganador recibió una invitación para lanzar un satélite [11] . El 14 de junio de 2017, JAXA anunció el resultado de un concurso abierto para elegir el nombre del satélite SLATS. 6222 personas participaron en el concurso. El nombre TSUBAME (つばめTsubame , "Swallow") [12] ganó .
El satélite es un paralelepípedo de 2,52 × 1,2 × 0,89 m (largo, ancho, alto), y después de la apertura de dos paneles solares ubicados a lo largo de los lados largos, su ancho aumentó a 5,2 m [13] . Un motor de cohete eléctrico está montado en el panel trasero . La nave espacial también tiene cuatro micro -LPRE . A pesar de que el satélite Tsubame en sí mismo es un demostrador científico, se colocan tres instrumentos científicos a bordo: el sistema de monitoreo de oxígeno atómico AOFS, el monitor de degradación de materiales MDM y la cámara OPS [4] .
Para cambiar de órbita, maniobrar en órbita y aumentar el período de operación en una órbita ultrabaja, el satélite está equipado con dos sistemas de propulsión: eléctrico y líquido [4] .
LREl satélite tiene cuatro micro-LPRE. Cada uno de ellos tiene un empuje de chorro de 1 N y un impulso específico de 200 s. Para el funcionamiento del LRE se almacenan a bordo 34 kg de hidracina [4] . El diseño del sistema de propulsión líquida "Tsubame" es una versión simplificada del sistema utilizado por JAXA para plataformas de dos toneladas. La diferencia clave es la presencia de un solo tanque de combustible. La tarea del motor del cohete es controlar la orientación del satélite y realizar maniobras enérgicas en caso de falta de capacidades del motor de iones [13] .
Propulsor de iones IESPara mantener la órbita de Tsubame, se eligió uno de los tipos de motores de cohetes eléctricos: el motor de iones Kaufman [14] IES ( Sistema de motor de iones en inglés ). Empuje del motor 10-28 mN, impulso 2000 s. La potencia eléctrica del motor es de 370 W a un empuje de 10 mN. Se utilizan 10 kg de xenón como fluido de trabajo . La masa de todos los bloques es de 43 kg. Al desarrollar el EJE, se tomó como base el motor, que operó con éxito en el satélite estacionario " Kiku-8 " (ETS-VIII) [7] .
Esquemáticamente, IES consta de [7] :
El bloque PMU se tomó del motor Kiku-8 prácticamente sin cambios. El xenón utilizado como fluido de trabajo se almacena en tres tanques a una presión de 7 MPa. [7] .
La PPCU fue desarrollada por MELCO con aportes de JAXA. La unidad consta de siete fuentes de alimentación del motor, un convertidor eléctrico adicional e interfaces eléctricas y de información. Además, incluye un generador de iones similar al utilizado en el Kiku-8, que tiene una vida útil declarada de 16.000 horas con un empuje de 20 mN. Una diferencia importante con el motor Kiku-8 es la diferencia en las características de entrada de la fuente de alimentación. La fuente de alimentación a bordo del Tsubame suministra a la PPCU de 24 a 32 voltios, mientras que el motor Kiku-8 recibió 100 voltios. La PPCU convierte y suministra a los sistemas de a bordo energía en el rango de voltaje de 15 V a 1100 V, corriente de 0,01 A a 5,5 A, potencia de 1,5 W a 660 W [13] .
Otra diferencia importante es un cambio fundamental en el modo de funcionamiento del motor: para compensar la resistencia atmosférica en una órbita ultrabaja, el motor de iones debe encenderse regularmente durante un corto período de tiempo, lo que no es característico de este tipo de motores La orden de encendido y apagado del motor es generada por la PPCU de forma autónoma, sin la participación del centro de control de vuelo en tierra. Para seleccionar los parámetros del motor, la unidad de control se guía por datos GPS. Tal esquema de control se explica por la corta duración del contacto con la estación de control terrestre debido a la alta velocidad angular del satélite en una órbita ultrabaja [7] .
NEC Toshiba Space Systems trabajó con JAXA para desarrollar el sistema NSTT ( Next-generation Star Tracker ) . El sistema está diseñado para la determinación de alta precisión de la posición de la nave espacial en órbita en relación con los ejes de orientación. El sistema debe proporcionar parámetros de orientación con error aleatorio < 4 arcsec (3σ) y error de polarización < 6 y 4 arcsec (3σ) . Este sistema permite seguir la posición del aparato con respecto a las estrellas a una velocidad angular de 2º por segundo con una precisión del 99% [7] .
La masa del dispositivo montado en el Tsubame es de 6,2 kg, el consumo de energía es de 20 vatios. El sistema óptico NSTT proporciona un campo de visión de 16°×16°. El detector genera cuatro fotogramas por segundo, lo que identifica las estrellas utilizadas para la navegación [13] .
En la superficie de Tsubame, se instalaron ocho sensores para monitorear los efectos del oxígeno atómico AOFS ( English Atomic Oxygen Fluence Sensor ) en los elementos del satélite. El diámetro de cada sensor es de 12,2 mm, la profundidad es de 15 mm, el peso total de los sensores y la unidad de control es de 3,4 kg y el consumo de energía es de 44,8 W [15] . El sensor es un oscilador de cuarzo recubierto con una película de poliamida. Bajo la influencia del oxígeno atómico, la poliamida se oxida y se evapora, mientras que el peso de la película disminuye. Esta disminución de la masa de la película provocará un cambio en la frecuencia del oscilador de cuarzo, lo que permite estimar la cantidad de oxígeno atómico en órbita [7] .
El monitor de degradación de materiales MDM [16] está fabricado por Shin Nihon Electronics [17] . El monitor es una superficie de trabajo en la que se fijan 13 muestras de varios materiales. Bajo la influencia del oxígeno atómico y factores del entorno espacial, las muestras cambian sus características físicas. Una cámara de alta resolución transmite el estado visual de las muestras. Peso MDM 2,8 kg, consumo de energía - 35 W [15] .
Sobre la superficie de trabajo se fijan muestras de tres tipos de materiales [13] :
Además, se analiza el material del cuerpo del monitor [18] .
Para monitorear los cambios en las muestras, se utiliza una cámara con una matriz CCD de 3,8 megapíxeles, que toma fotografías en un intervalo específico [13] .
La cámara OPS es fabricada por Mitsui Electric [17] .
Al observar la superficie de la Tierra desde órbitas de 800 a 600 km de altura, se requieren sistemas ópticos suficientemente grandes para obtener una imagen de alta calidad. Con una disminución significativa en la órbita, los sistemas ópticos se pueden hacer más pequeños sin comprometer la calidad de la imagen. Según los cálculos de los creadores de Tsubame, una lente con una distancia focal de 30 cm, operando a una altitud de 250 km, tomará las mismas imágenes que una lente operando a una altitud de 600 km y con una distancia focal de 70 cm La cámara OPS está diseñada para confirmar estos cálculos en la práctica [19] .
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| Los vehículos lanzados por un cohete están separados por una coma ( , ), los lanzamientos están separados por un interpunto ( · ). Los vuelos tripulados están resaltados en negrita. Los lanzamientos fallidos están marcados con cursiva. | |