Fly Me to the Moon and Then to a Near-Earth Asteroid de Phil Plait's Bad Astronomy describe Near Earth Asteroid Scout (NEA Scout, o simplemente Scout) un cubesat de 6U que se desplegará desde Artemis en algún lugar del espacio cis-lunar, desplegará una vela solar , luego navegue a un asteroide cercano a la Tierra:
No dejes que el tamaño te engañe. Utiliza cuatro varillas de aluminio telescópicas que se extenderán a 6,8 metros de largo (la altura de una casa de dos pisos), que desplegarán una vela solar hecha de un tipo de plástico elegante (poliimida aluminizada) que es extremadamente liviano porque es solo un impresionante 2,5 micras de espesor. A modo de comparación, un cabello humano típico tiene un grosor de 100 micrones. Entonces, guau.
Una vez desplegada, la vela utilizará la luz solar como propulsión. Aunque los fotones no tienen masa, sí tienen impulso, por lo que cuando golpean la vela le dan una patada. Es por eso que la vela es tan delgada pero grande ( 85 metros cuadrados ) y la nave espacial pequeña y liviana; cuanto menor es la masa mayor es la aceleración. Aunque la aceleración es increíblemente baja, es continua. Eso se suma, por lo que si bien no te mueves rápido inicialmente, puedes aumentar bastante la velocidad durante semanas y meses.
El objetivo del asteroide aún no está establecido, porque la fecha de lanzamiento no es segura y todo se mueve en el espacio. Después del lanzamiento, se colocará en órbita alrededor del Sol (lo que se llama una órbita heliocéntrica). Después de eso, Scout usará un propulsor de gas frío para posicionarse, desplegar la vela y luego se irá.
El cubesat tendrá una gran vela solar y paneles solares. También necesitará un sistema de determinación y control de actitud para el tránsito y para implementar sus secuencias de adquisición, aproximación y observación de asteroides a medida que pasa volando.
La estructura de la vela solar será de baja masa y, por lo tanto, algo delicada, y también estará sujeta a excitación en modos de oscilación que podrían ser un problema durante la fase de observación.
Las ruedas de reacción pueden cambiar de actitud suave y suavemente, pero generalmente necesitarán algún tipo de esquema de descarga de impulso.
Pregunta: ¿ Cómo controlará NEA Scout su actitud durante el vuelo espacial y mantendrá estable su cámara sin causar vibraciones ni daños a su vela solar de 85 metros cuadrados?
El NEA Scout contiene varios elementos destinados a controlar la actitud:
El último, el AMT, es un concepto bastante genial. Si la NASA hubiera diseñado la parte del vehículo sin matriz / sin vela para que fuera rígida, la fuerza efectiva en el centro de presión de la radiación solar a menudo no estaría en línea con el centro de masa. Esto daría como resultado un par en el vehículo contra el que tendrían que luchar las ruedas de reacción. Esto, a su vez, habría resultado en la saturación de la rueda de reacción que el sistema de gas frío tendría que combatir.
En cambio, la NASA diseñó el vehículo para que una buena parte (40% de la masa del vehículo) pueda arrastrarse para moverse de lado a lado en las direcciones X e Y. (El eje Z, "arriba y abajo", es normal al plano de la vela.) Esto significa que el vehículo puede compensarse para que la línea desde el centro de presión de radiación solar hasta el centro de masa sea casi paralela a la vector de fuerza de radiación solar.
¿Cómo controlará NEA Scout su actitud durante el vuelo espacial y mantendrá estable su cámara sin causar vibraciones o daños a su vela solar de 85 metros cuadrados?
El NEA Scout solo tendrá que mantenerse bastante estable durante breves momentos. Si bien esto es una especulación de mi parte, es un concepto ampliamente utilizado donde se requiere un control muy fino: deshabilite temporalmente cualquier control de actitud que pueda causar un movimiento de rotación inestable. Eso ciertamente incluiría el sistema de control de reacción de gas frío, y probablemente también incluiría los tractores AMT.
El sistema de control de reacción de gas frío utilizado para la descarga de impulso presenta desafíos con respecto al daño potencial al vehículo. Que los confiadores tengan una décima de segundo mínimo de tiempo de encendido y un mínimo de tiempo de inactividad tiene el potencial de emocionantes modos flexibles de velas solares. La excitación del modo flexible es algo que debe evitarse en cualquier vehículo espacial. (La excitación del modo flexible también es algo que debe evitarse con los puentes. Un par de ejemplos son el puente Tacoma Narrows que, infamemente, se desgarró debido a los vientos , y el puente colgante Broughtonque las tropas desgarraban marchando al compás mientras lo atravesaban. Todos los ingenieros estructurales de naves espaciales deben conocer el puente Tacoma Narrows y el puente colgante Broughton). La NASA afirma haber analizado y abordado los problemas de excitación flexible con respecto a NEA Scout.
Referencias:
Near-Earth Asteroid Scout
Flex Dynamics Control de evasión del sistema de control de reacción de la nave espacial NEA Scout Solar Sail
Sistema de control de actitud de vela solar para la misión Near Earth Asteroid Scout de la NASA
Gestión de par solar para el Near Earth Asteroid (NEA) Scout CubeSat utilizando la posición del centro de masa Control
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