MISIUNEA THOR
28 decembrie 2012
RFC 12 Propulsia
PROPULSIA
Propulsia navei-mama este asigurata de un cluster de 48 de motoare ionice de tip DS4G[1], montate pe o platforma care permite lucrari de service in timpul functionarii sistemului. In regim de croaziera sunt folosite doar 18-24 dintre ele, restul fiind rezerva, dar putand fi utilizate in regim de urgenta ( sistemul energetic al navei poate suporta consumul tuturor motoarelor doar perioade mici de timp).
Propulsia Principala:
48 motoare DS4G;
4 motoare STARDUST (Optional).
Propulsie manevra:
24 motoare DS4G;
2 motoare racheta RD191.
Propulsia electrica, ca solutie principala pentru o nava spatiala, a fost utilizata cu succes de misiunile Hayabusa[2] si Deep Space[3] si este in acest moment solutia de baza pentru viitoarele misiunile interplanetare.
Motorul ionic de tip DS4G a fost dezvoltat de ESA[4] impreuna cu ANU[5] pentru a fi utilizat ca motor principal si, in principiu, are structura functionala prezentata in fig.1[6]
Pentru Thor properlantul este Xenon-ul, un gaz nobil, rar pe Terra, dar destul de raspandit in univers – locul 56 – fiind preferat datorita masei atomice mari ( asa se asigura un volum mai mic pentru rezervoare).
Prin catodul tubular (HC) se introduce gaz (Xenon) in camera de plasma (camera descarcare), prin incazire RF sau descarcare Anod –Catod se produce plasma care este completata apoi prin difuzorul principal. Cele patru grile extrag ionii, ii accelereaza, franeza pentru focalizare jet, iar un surplus de xenon injectat din lateral descarca electrostatic nava fata de jet.
DS4G inainte de montaj si in test este prezentat in imaginile alaturate[7]:
|
|
|
Testele finale ale acestui tip de motor au fost facute in cea mai mare incinta vidata a ESA, in Olanda, si a fost folosit un DS4G de 25kW[8]. De mentionat ca este prevazuta dezvoltarea si a unui model de 50kW.
Caracteristicile tehnice:
|
DS4G – 25 (Date preliminare) |
|
| Putere nominala |
25(kW) |
| ISP |
30000s |
| Forta |
0.45N |
| Tensiune G1 |
8120V |
| Tensiune electrod extractie |
6120V |
| Tensiune electrod acceleratie |
-120V |
| Masa ejectata |
0.000048kg/s |
| Viteza masa ejectata |
210km/s |
Avantajul major al structurii de cluster folosit pentru Thor, este faptul ca obtinem o o plaja mare de valori a tractiunii si asigura redundanta necesara pentru a sustine timp de aproximativ 3 ani functionarea permanenta a unui numar minim de 18 DS4G.
Motoarele de manevra sunt de acelasi tip cu cele principale, beneficiind de faptul ca la acest tip de motoare, se poate doza foarte precis intensitatea impulsului, precum si durata acestuia.
Un alt avantaj este posibilitatea de a repara sau inlocui un motor defect cu componente sau chiar un motor integral cu un altul aflat in rezerva, toate motoarele ionice fiind de acelasi tip.
Propulsia optionala- cu motoare STARDUST
Motoarele electrostatice cu praf[9] se bazeaza pe ideea folosirii prafului foarte fin, de tipul regolit-ului, ca masa de ejectie, „fluidizarea” lui facandu-se tot cu ajutorul Xenonului. Avantajul acestui tip de motor este ca poate folosi reziduurile ramase in urma procesului de separare si rafinare a materialelor obtinute din actiunile de minerit pe asteroizi mici.
Propulsia de manevra
Motoarele de manevra RD191 vor fi folosite la corectarea traiectoriei navei in timpul “flyby” ERIS si SEDNA, deoarece campul gravitational al acestora nu este suficient de puternic pentru a schimba intr-un mod convenabil traiectoria navei spre urmatoarea destinatie.
| Forta |
212,6TF |
| ISP |
337.5s |
| Presiune camera comb. |
262.6 kgf/cm2 |
| Masa proprie |
2000(kg) |
Aceste doua motoare vor fi montate pe un suport care permite rotatii de +/-60.
Posibilitatea de a aplica o forta uriasa timp de cateva secunde face ca aceste motoare sa fie solutia perfecta pentru manevrarea unei nave care are o masa de aprox. 100t si o viteza de 110Km/s
Datorita faptului ca la ora redactarii acestui material masa si diametrul celor doua planete pitice era inca subiect de controverse, timpul de functionare al acestor motoare de manevra va fi stabilit de sistemul de navigatie in timpul operatiei de asistenta gravitationala.
[4] European Space Agency – Agentia Spatiala Europeana
[5] Australian National University – Universitatea Nationala Australiana
[6] R. Intini Marques, S.B. Gabriel, Dual Stage Four Grid (DS4G) Ion Engine for Very High Velocity Change Missions, 31st International Electric Propulsion Conference, 2009
[7] Cristina Bramanti, Roger Walker, Orson Sutherland, Rod Boswell, Christine Charles, David Fearn, Jose Gonzalez Del Amo, Marika Orlandi, THE INNOVATIVE DUAL-STAGE 4-GRID ION THRUSTER CONCEPT –THEORY AND EXPERIMENTAL RESULTS, I.A.C. 2006
[8] C. Casaregola, G. Cesaretti and M. Andrenucci, HiPER: a European Programme to Develop Electric Propulsion Technologies for Future Space Exploration, Space Propulsion 2010, 3 – 6 May 2010, San Sebastian, Spain
[9] Herbert, F.; Kendall, K. R., Development of an electrostatic propulsion engine using sub-micron powders as the reaction mass, NASA,1991
28 decembrie 2012
RFC 13 Productia si asamblarea de echipamente si sonde la bordul navei
Productia si asamblarea de echipamente si sonde la bordul navei
Diferenta majora dintre o nava interplanetara si o sonda interplanetara este nu numai de dimensiune. In principal, o nava are mult mai multe resurse (energetice,tehnice si stiintifice) pe care le poate folosi pentru a atinge obiectivele misiunii, si mai ales, are posibilitatea de a se adapta la multele situatii neprevazute care apar pe parcursul celor 30-40 de ani, cat dureaza o misiune.
Introducerea posibilitatii de a produce o componenta – care din diverse motive a cedat la bordul navei si mai ales, posibilitatea de a dispune de un agent de service, care sa permita schimbarea componentei, creste cu cel putin un ordin de marime sansele de a indeplini toate obiectivele misiunii.
Cele doua sisteme de productie multimaterial care se vor afla la bordul navei, impreuna cu atelierele de montaj subansamble si montaj general, sunt inima sistemului care face din nava noastra primul sistem spatial regenerativ din istoria civilizatiei tehnologice a Terrei.
Pentru a putea produce aproape oricare din componentele constituiente ale navei-mama sau a sondelor , vor fi folosite doua sisteme multimaterial de printare 3D. Solutia printer 3D[1] este deja folosita in programele NASA la sol pentru componente metalice complicate, iar imprimantele 3D cu monomateriale plastice au fost deja testate in zboruri suborbitale (in conditii de microgravitatie) – tot cu finantare NASA[2] incepand cu 2011.
Deja in anul 2012 au fost dezvoltate solutii de imprimare 3D pentru componente voluminoase cu dimensiuni de ordinul metrilor[3].
Pentru componentele metalice , echipa noastra a ales o solutie mai eficenta in spatiu decat cea folosita de NASA la sol.
Tehnologia “Electron Beam Melting”[4] topeste pudra de metal cu un fascicul de electroni de foarte mare putere (3-10kW) in vid si asigura cele mai bune rezultate pentru sistemele 3D pentru metale refractare (se pot folosi aliaje de titan). La sol , este dezavantajata de faptul ca nu poate functiona decat in vid, dar pe nava noastra acesta devine un avantaj major. Functionarea in vid permite evitarea microbulelor de gaze care raman captive in produsul final la tehnologiile ce functioneza in atmosfera.
Elementul esential este ca aceasta tehnologie permite folosirea a mai multor fascicule de electroni, astfel incat “viteza de crestere” a obiectului poate ajunge la valori foarte mari, mai ales daca este vorba de obiecte mari de ordinul metrilor.
In plus, fata de solutia cu laser, acest sistem este foarte stabil in timp si permite viteze de lucru foarte mari pastrand precizia la nivel maxim.
Este interesant de vazut daca cele doua tehnologii, Laser si fascicul de electroni, nu se pot combina pentru a dispune de mai multe facilitati.
Imprimantele 3D pentru materiale plastice sunt mult mai raspandite, la sfarsitul anului 2012 pretul pentru un printer 3D de nivel Hobby era de doar 350USD[5], adica mai putin decat un smartphone.
Imprimanta 3D de mari dimensiuni
Pentru imprimantele de precizie si pentru modele mari, care sa poata folosi mai multe materiale concomitent, costurile devin foarte ridicate[6]. Dar , ce este cu adevarat important este ca posibilitatea de a produce obiecte din materiale variate – foarte rigide, flexibile, sau chiar din polimer asemanator cauciucului, va permite realizarea tuturor componentelor necesare pentru reparatii sau pentru modele noi de sonde de explorare, dupa specificatii noi, imbunatatite continuu, conform evolutiei tehnologice de pe Terra.
Pentru ca procesele tehnologice de obtinere a componentelor electronice sunt foarte complexe si nu pot fi utilizate pe nava, este necesara creearea unui stoc din acestea, pentru a asigura activitatile de productie si service.
Din fericire, acest tip de componente nu sunt nici voluminoase si nici grele, asa ca un stoc important nu va afecta misiunea.
De precizat, ca exploatarea resurselor din materialele recoltate de pe asteroizi poate genera materiale plastice pentru imprimante precum si praf metalic pentru imprimanta metalica.
Includerea unei instalatii miniaturale de separare si rafinare a hidrocarburilor, precum si a unei instalatii de polimerizare, poate transforma hidrocarburile prezente in cantitati foarte mari in corpurile de gheata din centura Kuiper in material plastic.
27 decembrie 2012
RFC 9
Alegerea traiectoriei si optimizarea
Datorita tandemului DS4G[1] si generator electronuclear, Thor va fi prima nava care poate dezvolta un ∆V suficient de mare pentru parasi sistemul solar , fara utilizarea efectului de prastie gravitationala. Pentru a putea avea o tractorie optima in abordarea planetei Eris si apoi a planetei Sedna, am descoperit ca trebuie sa folosim gravitatia lui Neptun pentru a modifica traiectoria, astfel incat sa optinem un traiect optim de folosire a lui Eris ca directionarea catre punctul de intalnire cu Sedna si apoi de la Sedna doar folosim Saturn putem ajunge inapoi pe orbita Terrei. Fara acesta intermediere, unghiurile de abordare necesitau suplimente importante de combustibil si modificari in structura navei pentru a suporta un plus de G-uri ( in conditiile unei corectii care trebuie sa opereze un timp foarte scurt, motoarele cu plasma sunt ineficiente, se vor folosi motoarele racheta clasice) pentru a ajunge in fereastra optima[2]. La inceput era planificat ca Thor sa foloseasca doar propulsie ionica, dar manevrarea in jurul lui Eris si mai ales a lui Sedna necesta o forta uriasa, care trebuie sa ajute gravitatia destul de redusa a celor doua planete sa modifice traictoria unui corp cu o masa de aprox.110 tone dar cu o viteza de 396000km/h. Solutia- doua motoare rusesti de tip RD191 Energomash[3] si 23500 kg de combustibil (oxigen lighid- kerosen).
In vederea determinarii unei traiectorii care sa satisfaca toate cerintele misiunii noastre, au fost incercate foarte multe instrumente software din care doar unele au corespuns cerintelor noastre :
- GMAT[1] – software de analiza a misiunii utilizat de NASA, ESA si ROSCOMOS;
- Celestia[2] – aplicatie pentru afisarea usoara a traiectoriilor 3D pe baza efemeridelor navei;
- Trajectory optimization tool[3] ver. 1.1.2 – aplicatie pentru determinarea ferestrelor de intalnire a lui Thor cu Neptun, Eris ,Sedna si Saturn – foarte usor de folosit;
- Trajectory planner – verificarea rapida a unei variante de traiectorie a Thor sau a navelor releu;
- OMCT –Open Mission Control Technologies[4] – un instrument interesant pentru a intelege fluxul de de date telemetrice primite in cursul unei misiuni;
- JAT – Java Astrodynamics Toolkit[5] – fiind scris in java necesita extrem de mult timp de rulare pentru o misiune ca THOR;
- Orbit Determination Toolbox[6] – ruleaza in Java, dar si in Matlab si permite simulari simple;
- Ample ver.1.6 – este produs de Institutul de Astronomie aplicata a Academiei Ruse de Stiinta si furnizeaza efemeridele in format de timp normal pentru planetele pitice ca Eris si Sedna;
- TIPSOD [7] software de vizualizare sustinut de GSFC-NASA;
- PyKEP[8] pachet software – interesant si folosit de echipa noastra.
Baza de lucru a reprezentat insa pachetul software GMAT de la NASA, care presupune multe instrumente auxiliare , dar din pacate , nu toate sunt puse la dispozitiei gratuit.
GMAT este un instrument profesional , fiind folosit in mod curent de NASA si ESA in misiunile curente si in aceste conditii este foarte greu de configurat . Lucrul cu GMAT a solicitat mai multa documentare decat orice altceva si, in plus, a obligat la foarte multe optiuni care nu faceau obiectul unui proiect de liceu.
Fiecare element necesar pentru a rula o iteratie simpla necesita informatii amanuntite despre mase, forte, vectori,efemeride, unghiuri de intalnire, balante de energie si mai ales de masa, timp in format iulian ( de exemplu data de 16 decembrie 2012 ora. 16:00:00 este exprimata ca 2456278.166667) .
Pentru multe segmente de programare a misiunii, am folosit PyKep care dispune de doua solutii de optimizare pentru nave cu reactoare nucleare si propulsie electrica – ambele , au participat la competitia internationala organizata NASA-ESA de optimizare a traiectoriei unei nave spatiale.
De mentionat ca jocul-simulare al ESA http://thespacegame.org/ a reprezentat un punct de flexiune important pentru echipa noastra in modul cum a fost asimilata problema optimizarii traiectoriei.
In plus, in cadrul echipei a fost scris un mic program de calcul simplificat ( denumit Thor-sol) pentru determinarea ∆V, vitezei finale, distantei parcurse – necesar la evaluarea rapida a datelor pentru orbitele navei-mama si a sondelor.
Masa de start din LEO a lui THOR fost stabilita la 325000kg. Din acesta masa, peste 202.000kg este combustibil necesar pentru a furniza recordul de viteza pentru o nava construita de om (peste 110km/s fata de soare) si inca 50000kg pentru a frana si a se putea inscrie pe o orbita terestra, dupa aproximativ 27de ani.
Verificarea traiectoriei cu TOT (Trajectory Optimization Tool) ne permite sa analizam graficul cu culoarul optim de intrare pe orbita planetei, folosita ca punct de sprijin gravitational pentru a schimba directia de deplasare a navei.
Pe langa traiectoria navei-mama, au trebuit calculate orbitele sondelor releu si a sondelor de explorare, astfel incat sa se poate castiga din punct de vedere stiintific din posibilitatea de a lansa mai multe sonde de explorare si eventual, de recoltare de probe de pe asteroizi mici sau medii in zona heliopauzei. O parte din sondele de exploare vor aprofunda explorarea, continuand drumul in afara sistemului solar, eventual in functie de disponibilitatile de combustibil, una din ele putand chiar accelera pana la 150km/s, adica la 0,0005 din viteza luminii.
Flexibilitatea oferita de posibilitatea de a asambla la marginea sistemului solar o sonda de explorare conform necesitatilor de moment si apoi de a lansa sonda spre orice tinta aparuta in timpul misiunii pe o traiectorie aleasa in functie de datele de plecare (masa, ISP, cant. de combustibil, sursa de energie ) este unul dintre obiectivele tehnologice principale ale misiunii. Optimizarea traiectoriei unei asemenea sonde, care dispune deja de o viteza considerabila (VThor>100km/s ) inca de la lansare, a fost o provocare interesanta pentru echipa noastra.
24 decembrie 2012
RFC -10
Roboti autonomi – solutia pentru o nava evolutiva
Elementul definitoriu al misiuni THOR este faptul ca aceasta nava este un sistem care dispune de facilitati de intretinere si modernizare, desi este fara echipaj uman. Din acest punct de vedere, vom benefecia de avantajele executarii unor operatiuni de reparatii si intretinere curenta, fara sa avem problemele impuse de sistemele de suport ale vietii , care sunt necesare unui echipaj uman. Echiapajul uman fragil si pretentios a fost inlocuit cu mai multi roboti autonomi de seviciu (dotati cu sisteme de calcul neuronal) , care pot sta nemiscati 10 ani, practic fara sa consume energie, intr-un adapost simplu(cutie-dulap) care ii protejeaza doar de micrometeoriti si radiatiile foarte puternice.
In vremea cand un robot-aspirator[1] dotat cu “inteligenta artificala” care face curat prin casa fara sa fie nevoie de atentia cuiva poate fi cumparat pe internet si livrat prin posta, era normal ca un robot de service sa patrunda in zona activitatiilor spatiale.
Conceptul de robot de service in spatiu cosmic are deja o vechime – NASA are deja o directie intreaga[2] care se ocupa de acest lucru. Ideea de baza este ca nu trebuie sa arunci la gunoi un autoturism cand a ramas fara benzina sau nu mai franeaza din cauza uzurii placutelor de frana. Este mai simplu sa faci o realimentare si eventual, sa repari masina schimband placutele de frana. Insa acest principiu nu putea fi aplicat la cutiile cu senzori aruncate in spatiu care au constituit pana de curand “cele mai avansate echipamente din punct de vedere tehnologic , pe care le putea produce Terra”. Inceputul a fost facut, deja la bordul Statiei Spatiale Internationale lucreaza primul robot humanoid (NU are insa picioare), fiind folosit pentru lucrari repetitive sau de mare precizie ( vezi imaginea de mai sus).
Pentru ca schita originala nu este destul de aratoasa, in cursul documentarii, echipa noastra a gasit o imagine (figura de mai sus) si o referinta intersanta[3] pentru eforturile prilejuite de introducerea in activitatile spatiale ale unor roboti autonomi. Coordonarea sistemelor de comanda si control care include si trasarea sarcinilor pentru robotii autonomi este un domeniu care va trebuit dezvoltat special pentru o nava spatiala, lipsa gravitatiei fiind un element foarte important in modul de deplasare a robotilor pe nava si prin nava.
Solutia noastra (desenul de mai sus) este ca robotul sa dispuna doar de multe “maini” si sa se deplaseze “agatandu-se” de diverse “manere” montate in interior dar si pe exteriorul navei.
Folosirea acestei solutii asigura o deplasare sigura si in afara navei, neexistand riscul alunecarii sau pierderii robotului.
Pentru andocare sau lansare de sonde se poate folosi experinta de pe ISS[4] , unde sunt deja montate mai multe brate robotice de mari dimensiuni, precum cele din imaginea de mai sus.
Un element foarte important este ca THOR va trebui proiectat sa poata fi reparat, vor trebui proiectate spatii de acces pentru robotii autonomi la toate elementele functionale si structurale, pentru a face reparatii sau inlocuiri de componente, etc…. Mai mult, modul cum se face manipularea componentelor trebuie avut in vedere inca de la faza de proiectare.
Din cauza lipsei unei proiectari specifice in interiorul Statiei Spatiale Internationale pot fi folositi doar roboti umanoizi – pentru ca totul a fost proiectat sa fie utilizat de oameni.
Pentru THOR , proiectarea va trebui sa aiba in vedere deplasarea mai multor roboti cu diverse incarcaturi pe culoarele navei, posibilitatea de tracta, depana alti roboti autonomi, elementele voluminose sa poata fi demontate si montate din exteriorul navei.
Pentru partea de inspectie si monitorizare locala a navei, un grup mare de roboti ieftini de tip SPHERE[5] (imaginea de mai sus) in configuratie de SWARM[6], poate executa, cel mai bine si cu minimum de costuri, majoritatea sarcinilor de inspectie, monitorizare si verificare a statusului navei.
Prima Nava interplanetara construita de populatia de pe Terra va fi proiectata pentru entitati inteligente, cu comportament social si posibilitatea de a lua decizii in comun, dar NON-UMANE.
21 decembrie 2012
RFC 11
Caracterul inovator
- Folosirea unor roboti autonomi imbarcati pe o nava fara echipaj uman pentru service si montaj general;
- Fabricarea componentelor in cursul misiunii si folosirea lor la intretinerea navei precum si pentru constructia de sonde de cercetare;
- Asamblarea si lansarea unor sonde autonome de cercetare in timpul zborului , astfel incat sa corespunda cerintelor aparute in cursul misiunii;
- Lansarea unor centuri multiple de statii releu de comunicatii si observare in sistemul solar, pentru edificarea unei infrastructuri de comunicatii unitare dincolo de orbita lui Marte;
- Reutilizarea unor componente sau chiar sonde recuperate , pentru fabricarea sau intretinerea unor alte sisteme, cu ajutorul dotarilor de la bord (roboti autonomi).
Prioritati
- Exploatarea asteroizilor ca resursa de material de ejectie pentru motoarele ionice cu praf sau ca materie prima pentru rafinarea de metale sau materiale organice din care sa se poata fabrica plastic;
- Utilizarea ISS ca baza de operatiuni pentru platforma de montaj general a navei;
- Constructia unei platforme de montaj specializate pentru nave interplanetare , dotate cu facilitati de andocare si surse energetice de mare putere;
- Utilizarea unui reactor nuclear cu fisiune-tubogenerator gazos , drept sursa principala de energie la o nava spatiala.
6 decembrie 2012
RFC 4
Obiective si echipamente stiintifice
1) Instrumente stiintifice la bordul navei mama:
a) Telescop multispectral reflector multisegment 6.4m(obs. Astro);
b) Telescop INFRAROSU indepartat reflector 2.6m (termoviziune) (obs. Astro);
c) Radio telescop antena 9m (dubla utilizare – rezerva pt. antena de 18m) (obs. Astro);
d) Magnetometru multisenzorial(obs. Astro);
e) Detector multisensor de micrometeoriti(obs. Astro);
f) Detector multisenzor de vant solar (obs. Astro);
g) Spectrometru de inalta rezolutie pentru obiecte apropriate (obs. Astro);
h) Spectrometru DeepSpace (obs. Astro);
i) Detector de raze gama si neutrini(obs. Astro);
j) Cromatograf in gaze (laboratorul de probe);
k) Spectrometru quadrupolar de masa (laboratorul de probe);
l) Spectrometru cu laser tunabil (laboratorul de probe);
2) Instrumente stiintifice la bordul sondelor de cercetare:
a) Camera multispectrala inalta rezolutie –(minitelescop 30cm);
b) Magnetormetru;
c) Detector multisensor micrometeoriti;
d) Gravimetru (accelerometru de inalta rezolutie);
e) KIT de masurare 3D (Laser si Camere stereo de masurare).
3) Instrumente stiintifice la bordul statiilor releu:
a) Telescop optic multispectral (reflector 1.2m);
b) Camera IR indepartat (termoviziune);
c) Detector raze game si neutrino;
d) Magnetometru.
2 decembrie 2012
RFC 8
Sisteme de Comanda, Control, Comunicatii si Astronavigatie
Sistemul de comanda si control este implementat intr-un sistem de tip distribuit si multilevel la nivelul intregii arhitecturi multimodul a navei. La nivelul intregii structuri exista trei retele independente de comunicatii si comanda interne care sunt redundante si mai ales folosesc trei medii diferite de propagare (FO-Fibra optica, PLC[1], WiMAX[2]). Totate cele trei sisteme de comunicatii virtualizeaza o retea de tip X-BUS folosita de C3. Reteaua de comunicatii interna prin fibra optica este reteaua principala si doar in cazul in care acesta cade, pana la reparare, pe segmentul cu probleme este suplinita de reteaua PLC urmata de WiMAX.
Configuratia propusa pentru sistemul C3A
Datorita distantei imense dintre nava si Terra este imposibil sa fie implementatata o solutie de “control de la distanta” singura solutie este folosirea unui sistem de “Inteligenta artificiala” care va rula in mai multe instante pe cele trei nuclee duble distribuite in structura navei. La sarcinile deosebite, care necesita putere foarte mare de calcul, arhitectura permite folosirea tuturor resurselor de calcul disponibile in nava. De mentionat,ca toti senzorii si sistemele de actionare (supape, motoare, blocuri de alimentare, brate robotizate, echipamente, etc.) sunt inteligente, adica fiecare dispune de un sistem redundant de control care comanda echipamentul si verifica daca acesta a functionat corect raportand indeplinirea sarcini[3].
Resursele de calcul distribuite la nivelul navei permite acestei continuarea misiuni chiar daca toate cele 6 sisteme principale de calcul desi sunt modulare sunt distruse in totalitate.
Nava poate utiliza resursele energetice ale navelor-sonda si a navelor-releu (care dispun de RTG[4]) care nu au fost lansate pentru a suplini reactorul nuclear principal timp de aprox. un an de zile. In acest timp se presupune ca resursele interne si roboti autonomi de intretinere vor putea rezolva problema. Sistemul de C3A dispune de propriul generator RTG care permite functionarea sistemului in regim de izolare fata de restul navei in caz de probleme deosebite.
Datorita implementarii Wimax si a unei rezerve energetice individuale la nivel de sistem de comanda si control un motor electric va raporta statusul chiar si dupa a fost demontat si se afla in lada cu piese defecte a atelierului de intretinere.
Comunicatiile cu Terra [TG1] sunt un aspect foarte important pentru acesta misiune si de aceia sunt prevazute 4solutii de comunicatii diferite, Thor fiind dotat cu echipamente de comunicatii specializate pentru Deep Space, astfel:
RL2E – O antena principala de 19m[5] in banda X care impreuna cu amplificatorul de 200W asigura rate de transfer de 2000 de ori mai mare decat seria Voyager de la 40UA.
RR2E – Comunicatie prin releu la 10UA, antena principala, banda X – rata de transfer sustinuta de 1,2Mbs;
OL2E– Comunicatie optica laser de putere (10W) direct pe orbita pamantului. Se estimeaza ca pot fi asigurate comunicatii de pana 192kb/s de la 60UA.
OR2E – Comunicatie optica prin intermediul statiilor releu – minim 6Mb/s pentru un hop de 10UA.
Sistemul utileaza un protocol de comunicatii nou denumit DSN[6] special dezvoltat pentru comunicatiile Deep Space unde TCP-Ip nu poate functiona din cauza intarzierii prea mari a raspunsului confirmari receptiei corecte a unui pachet de date[7].
Astronavigatia[TG2] se va desfasura pe baza camerelor video de navigatie care vor permite sistemului de navigatie sa se orienteze avand referinta Soarele, pozitia stelelor si datele efemeridelor incarcate in memoria softului de navigatie.
In plus sistemul dispune de date venite de la sistemul inertial de navigatie, de la ceasul de mare precizie precum si de la controlul misiuni care poate trimite date de corectie.
[1] Power line communication (PLC) solutie de comunicatii folosind conductorii de retea electrica de putere.
[2] Worldwide Interoperability for Microwave Access-(WiMax) retea wireless structurata
[3] Oricare din aceste echipamente dispune de calculatoare mai puternice decat calculatoarele principale instalate pe navetele americane la lansarea acestora.
[4] Radioisotope Thermoelectric Generators (RTG)– generator nuclear de mica putere si foarte lunga durata
[5] Antena de 19m va fi asamblata in spatiu, in santierul spatial aflat pe o orbita LEO, antenele de 9metri ale statiilor releu vor fi asamblate pe traseu de catre robotii autonomi.
[6] Delay- and Disruption-Tolerant Networking (DTN), Artemios G. Voyiatzis, JOURNAL OF INTERNET ENGINEERING, VOL. 5, NO. 1, JUNE 2012
[7] La marginea sistemului solar un “raspuns” vine dupa aprox. 18ore
18 noiembrie 2012
RFC -3
3. Surse energetice
Principala problema a resurselor energetice pentru zborurile interplanetare este durata foarte mare a unui misiuni – intre 3-40 de ani. Navele care vor trece dincolo de orbita lui Marte nu mai pot folosi in mod eficient panourile fotovoltaice pentru ca densitatea energetica devine prea mica vezi graficul de mai jos.
Pentru selectia tipurilor de resurse energetice folosite in acesta misiune foarte complexa au fost folosite mai multe lucrari de referinta dar figura de mai jos este elecventa pentru majoritatea acestora[1]
Din acest figura rezulta clar ca singura solutie este rectorul nuclear in rol de sursa principala si pila cu radioizotopi ca surse secundare pentru modulele navei. Evident aceste surse vor fi asistate de sisteme de acumulatoare si celule de combustie care vor prelua varfurile de sarcina si vor asigura o functionare optima intregului sistem energetic al sistemului.
Dimensionarea surselor energetice s-a facut in urma unor iteratii multiple ce au incercat sa acopere diverse scenarii de evolutii a nevoilor energetice pe parcursul intregii misiuni.
Pentru un reactor nuclear exista doi furnizori de incredere: Rusia care finanteaza un program special pentru reactoare cu racire pe gaz si actionare de turbine clasice si SUA care vor un program nuclear ce va utiliza un motor Stirling pentru conversia energiei termice in energie electrica. Din pacate NASA are mari probleme cu finantarea si nu poate termina sigur in 2017 acest tip de reactor. Raman doar rusi care au finantare asigurata pana in 2014 cand vor finaliza proiectul.
[1] Mukund R. Patel, Spacecraft Power Systems, pag.41, CRC Press 2004
15 noiembrie 2012
RFC 7
Configuratie si specificatii tehnice sonde, nave releu si nave de intretinere
Nava S1[TG1] – Sonda de cercetare si prelevare materiale
- Bloc stiintific – spectroscopie si imagistica de la distanta mica
- Bloc tehnic – prelevarea de probe dupa contactul cu asteroidul
- Sisteme de propulsie care sa permita reintoarcerea pe nava mama cu mostrele de materiale.
- Bloc energetic (RTG) –putere maxima 2500W, plus bloc acumulatoare de putere sau pile de combustie
NavaR1[TG2] -Releu de comunicatii si monitorizare “space weather
Caracteristici minimale:
- 2 antene de comunicatii radio de 9m asamblate din segmente – 2amplificator de putere 200W bandaX
- 2 sisteme optice de comunicatii si lasere modulabile
- Generator thermonuclear cu izotopi(RTG) –putere maxima 2500W, putere continua 100W/40ani
- Bloc multiplu de comanda si comunicatii cu facilitati de autoreconfigurare
- Motoare ionice de mica putere pentru manevre in spatiu
Nava M1[TG3] – nava intretinere si remorcare nave sonda
Misiune – Sa poata sa se ataseze de navele tinta si apoi sa le remorcheze la nava mama, sa asiste eventual robotii de intretinere la modernizarea si reconfigurarea navei mama
Caracteristici minimale:
- 4 Motoare ionice de tipul DS4G alimentate de doua rezervoare de 5000kg Xe
- 16 motoare ionice de manevra alimenta tot cu Xe
- 8 motoare chimice pentru manevre speciale
- 3 brate robot -manipulatoare multi scule si posibilitatea de a imbarca un robot autonom de service
- Bloc (RTG) –putere maxima 2500W, plus bloc acumulatoare sau pile de combustie
Nava T1[TG4] – Nava de recoltare si transport resurse minerale
Este o nava care va fi proiectata si realizata in functie de resursele aflate la dispozitie pe nava mama si de tipul resurselor care vor fi recoltate de la asteroizi de pe traseu.
Configuratia probabila:
- 8motoare ionice DS4G principlae si alte 8 de manevra alimentate de 4 rezervoare de 5000kg de Xe
- Sisteme de incarcare si depozitare a materialului recoltat
- Bloc de putere electrica (celule de combustie+ acumulatoare- functionare timp de 10-30zile) impreuna cu RTG pentru manevre curente.
- Sisteme de fixare si amortizare la intalnirea cu asteroidul
[TG1]De desenat – cum vreti voi, dar intr-un program vectorial.
[TG2]De desenat – cum vreti voi, dar intr-un program vectorial.
[TG3]De desenat – cum vreti voi, dar intr-un program vectorial. Avem o imagine dintr-o teza de doctorat a unui american dar este uratica
[TG4]De desenat – cum vreti voi, dar intr-un program vectorial.
MISIUNEA THOR 