¿Cómo miden con precisión Tom & Jerry (CANYVAL-X) su alineación con una fuente de distancia?

La misión de principios de este año no tuvo éxito debido a problemas de comunicación . Parece que no habrá datos disponibles sobre el rendimiento del sistema.

La secuencia prevista comienza cuando

se inicia la fase de aproximación y Jerry comienza a transmitir automáticamente sus datos orbitales absolutos a Tom a través del sistema de enlace entre satélites. Tom maniobra más cerca de Jerry en función de la estimación de la órbita relativa obtenida. Durante la etapa de diseño de la misión, inicialmente se asumió que se podría usar un solo propulsor eléctrico para posicionar a Tom. Sin embargo, posteriormente se determinó que el empuje del sistema de propulsión no satisfaría suficientemente los requisitos de rendimiento esperados: mientras que el empuje del sistema de propulsión determinado teóricamente era de 200 μN, solo 50 μN resultó estar disponible después del desarrollo. Por lo tanto, se propuso un método alternativo de control orbital utilizando la resistencia del aire. Tom controla su actitud para maximizar y minimizar la resistencia aerodinámica de acuerdo con los términos seculares de posición a lo largo de la trayectoria dados en la dinámica de Hill,

La validación del sistema de alineación de visión durante la fase de misión se inicia mediante telecomando. Jerry orienta al Sol y activa sus marcadores LED mientras que al mismo tiempo Tom controla su órbita relativa para mantener su posición con respecto al Sol y Jerry. Tom determina si Jerry está en el campo de visión de la cámara de luz visible y luego estima la posición y la actitud relativas, que se utilizan para realizar un control de retroalimentación para mantener la alineación de los satélites durante unos minutos. En esta simulación, la alineación se mantiene durante aproximadamente 2 min utilizando el sistema de propulsión para implementar un nivel de empuje máximo de 50 μN. Después de que los dos CubeSat hayan demostrado el funcionamiento del sistema de alineación de visión, su distancia mutua aumenta. Tom luego repite su acercamiento a Jerry, y el proceso se repite. De esta forma,

El "Sistema de alineación de la visión" se describe en el documento de construcción como:

un sistema de alineación de visión que puede determinar la posición relativa y la actitud relativa entre los dos CubeSats al mismo tiempo. El sistema de alineación de visión consta de balizas láser en Jerry y una cámara visual cargada en Tom. Tom detecta las imágenes de proyección del diodo láser para determinar la posición relativa y la actitud relativa entre los dos CubeSats. En el modo de alineación de visión, Jerry fijará su actitud para los diodos láser de Jerry de manera que miren al Sol. Entonces, Tom interrumpirá esta línea entre Jerry y el Sol y mantendrá la alineación inercial entre Jerry, Tom y el Sol durante unos minutos. Para ello, Tom fijará su actitud con respecto al Sol y controlará su posición en el plano transversal de la alineación de Jerry y el Sol mediante ruedas de reacción y propulsores (Figura 1).

(de la Figura 1 del papel de construcción )

Está utilizando la visión , en el sentido de imágenes, para reconocer y medir la posición (proyectada) de las fuentes de láser y, a partir de ahí, calcular la alineación y la distancia.

La actuación planeada no fue tan agresiva:

El objetivo era controlar la posición a menos de un metro y medir esa posición a menos de 10 cm.

¿Cómo se conecta eso con las necesidades de un "telescopio virtual"? No creo que estén hablando de la alineación de la escala de longitud de onda que necesitan, por ejemplo, los segmentos de un espejo compuesto. Más bien, parecen estar enfocándose en (juego de palabras) los elementos estructurales más grandes de un telescopio Really Big:

Los telescopios espaciales actuales tienen una estructura única y, en consecuencia, su distancia focal no se puede alargar lo suficiente. En ocasiones, este problema impide mejorar la resolución de los telescopios espaciales. Para resolver este problema, se propone el concepto de Telescopio Virtual. Un telescopio virtual consta de dos naves espaciales; uno tiene un sistema de lentes y otro tiene un sistema detector. Mediante el vuelo en formación, se pueden simplificar como un sistema de telescopio virtual. Entonces, la distancia orbital relativa de dos naves espaciales puede ser una línea de base de un sistema de telescopio virtual (1,2). El punto más importante del Telescopio Virtual es construir la alineación inercial con respecto a un objeto celeste y mantenerlo en el entorno espacial.

La primera referencia allí es " LA MISIÓN DE DEMOSTRACIÓN DEL TELESCOPIO VIRTUAL (VTDM) " N Shah et al 5th International Conference on Spacecraft Formation Flying Missions and Technologies, 29-31 de mayo de 2013, que habla sobre una demostración de separación de 100 m para "un "telescopio virtual ” (VT) con distancias focales muy largas (20 ma >1.000 km)". Propusieron una misión con objetivos de alineación más estrictos que CANYVAL-X, pero no tanto más estrictos: todavía escala milimétrica.

La segunda referencia es "Orbit Design and Control of Technology Validation Mission for Refractive Space Telescope in Formation Flying", AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, SicTech 2014, 13 al 17 de enero de 2014 con una lista de autores superpuesta; es de pago, pero básicamente habla del mismo tipo de cosas. Para mí, la parte más interesante de esa referencia es la discusión sobre un telescopio espacial refractivo . Ese es quizás un tema para otro día, pero es parte de la motivación para la distancia focal larga.

Volviendo al punto principal de la Pregunta, el objetivo de estos proyectos parece ser crear una alineación a escala de mm en estructuras de vuelo libre a escala de 100 m o km. Luego usarían elementos ópticos activos en el sistema del telescopio para llegar a su precisión final. Eso sigue siendo un avance en el mantenimiento de la estación, pero no tan intenso como parecía al principio.

No tengo fuentes más allá de las páginas a las que enlaza, pero hablan sobre la precisión y los instrumentos de control de actitud y órbita en el artículo de EOPortal que enlaza. Parece que Jerry no tiene propulsión y mantiene la orientación dentro de +- 5 grados usando un sensor solar y magnetotorquers. Tom, parece que usa su propulsor de plasma en miniatura para mantener su posición entre Jerry y el Sol a unos 10 m de Jerry y dentro de los 20 cm más o menos. Tiene magnetotorquers Y ruedas de reacción, por lo que puede mantener la orientación a 1 grado. Ambos usan GPS para identificar su ubicación con una precisión de 10 cm. No parece que las luces de Jerry y la cámara de Tom sean parte del sistema de guía, aunque podrían serlo.