Місія Нові Горизонти: Будова апарату

конструкція

Основна, несуча конструкція «Нові горизонти» являє собою алюмінієвий циліндр, на який змонтовані дослідні інструменти та радіоізотопний термоелектричний генератор. Цей циліндр також виконував функцію адаптера корисного навантаження, який з’єднував корабель з ракетою-носієм.

Панелі навколишні центральний циліндр були також виготовлені з алюмінію з застосування матеріалу у вигляді бджолиних сот – ультратонких алюмінієвих листів з товщиною не більше двох аркушів паперу. Для максимально якісної балансування апарату, він був додатково урівноважений безпосередньо перед монтажем на ракеті-носії.

Блоки управління та обробки даних

Мозковий центр апарату – це процесор Mongoose-V, який працює на частоті 12 МГц. Його головними завданнями є розподіл робочих команд ля кожної підсистеми апарату, збір і обробка даних, а також передача інформації на Землю.

Використовувані в процесорі передові автономні алгоритми, дозволяють йому перевіряти справність будь-якої системи, виправляти виниклі проблеми, переходити на резервні пристрої, а також зв’язуватися з центром техпідтримки на Землі.

Для зберігання даних в апараті використовуються два банки флеш-пам’яті (основний і резервний) об’ємом по 8 Гб. Головний процесор збирає, стискає, конвертує і зберігає отримані дані, а також показники телеметрії, для їх подальшої передачі на Землю, за допомогою радіозв’язку.

тепловий контроль

«Нові горизонти» дуже схожий з термосом і забезпечений наступними механізмами збереження тепла і підтримки необхідної температури: спеціальне захисне покриття золотистого кольору і теплоізоляційної плівкою (на кшталт спеціальних, які зберігали тепло туристичних ковдр). За допомогою вищеописаних механізмів, в середині апарату підтримується температура в діапазоні 10-13 градусів за Цельсієм.

Нові горизонти оснащений складною автоматизованою системою, яка стежить за рівнем температур всередині апарату. Зниження температури еквівалентне зниження потужності менше 150 Вт, призведе до активації спеціальних нагрівальних елементів, розташованих по периметру апарат. Під час наближення до Сонця, на апараті були активовані спеціальні вентиляційні жалюзі, які сприяють зниженню внутрішньої температури.

Теплова подушка апарату, що складається з 18 шарів лавсанової сітки, також виконує функцію захисту від негативного впливу мікрометеоритів.

рухові системи

Рухові системи, які використовуються на «Нові горизонти» служать виключно для коригування курсу апарату, так як основним розгінним пристроєм стала ракета-носій, яка вивела апарат в космос. Також прискорення апарат отримав під час віражу навколо Юпітера.

Рухова система апарат складається з 16 маленьких двигунів корекції курсу, встановлені в восьми містах по периметру апарата. Основними є 4 мікро-двигуна, що видають зусилля в 4,4 ньютонів сили (1 фунт). 12 інших мікро-двигуна потужністю в 0,8 ньютонів сили (1 фунт), виконують також коригувальну функцію і розташовані в задній і нижній частині апарату.

При запуску апарату, як паливо використовувався гідразин, а головним джерелом харчування для генератора є оксид плутонію-238. Велику роль для економії палива зіграв гравітаційний маневр апарату навколо Юпітера, який додав необхідне прискорення і дозволив заощадити загальна кількість паливо необхідне для успішного виконання місії.

Управління та контроль

Головні цілі для апарату «Нові горизонти» це збір наукових даних за допомогою встановлених дослідних пристроїв, успішне маневрування в космічному просторі і передача інформації на Землю.

Просторове орієнтування апарату здійснюється за допомогою спеціальних зоряних сенсорів (що включають гіроскопи і акселерометри, що аналізують горизонтальне / вертикальне обертання), що дозволяють визначати розташування по відношенню до тієї чи іншої зірки. Контроль положення апарат в просторі в статичному положенні або в режимі обертання, здійснюється за допомогою мікро-двигунів.

Відомості з вищеописаних датчиків постійно передаються і синхронізуються з процесором Mongoose-V, який працює на частоті 12 МГц. У базі даних зоряного сенсора, міститься інформація про більш ніж 3000 зірок. Сенсор виробляє 10 знімків зірок в секунду, порівнюючи їх положення з даними власної бази і складаючи при цьому тривимірну картину навколишнього апарат простору. Саме в цій картині і відбувається позиціонування і коригування курсу апарату (за допомогою включення одного або декількох мікро-двигунів). Так звані датчики Сонця застосовуються в тому випадку, коли апарат з тих чи інших причин не має можливості коригувати курс за допомогою сенсора зірок.

Оператори з Землі використовують маневрені мікро-двигуни в тому випадку, коли тривалий час апарат самостійно не здійснює коригування власного курсу. Таке мінімальне «подруливание» використовується для тонкої коригування курсу, а при необхідності істотної зміни курсу використовуються 4 більш потужні двигуни. «Нові горизонти» перебуваючи в «круїзному» режимі (режимі обертання), здійснює 5 повних обороту в хвилину навколо власної осі. Оператори на Землі постійно стежать за напрямком руху апарат і готові в будь-який момент скорегувати цей рух, в разі бездіяльності систем на «Нові горизонти».

зв’язок

«Нові горизонти» це перший космічний апарат, який використовує унікальну систему відстеження зміни відстані від Землі до апарату. Це пристрій радіозв’язку на борту апарату дозволяє обчислювати силу сигналу, що передається в залежності від відстані до Pемлі. Завдяки цій системі одержуваний сигнал більш чіткий і містить меншу кількість «радіо-шумів» і перешкод.

Вищеописана система радіозв’язку складається з внутрішнього комунікаційного обладнання, а також потужної зовнішньої параболічної антени. Однак незважаючи на всю потужність радіосигналів на апараті, для того що б відправити на землю весь обсяг отриманої на Плутоні інформації знадобиться близько 16 місяців, так як відстань на той момент між апаратом і Землею становитиме близько 3 мільярдів миль.

харчування

Політ здійснюється завдяки радіоізотопному термоелектричного генератора (РІТЕГ).

Наскільки хороша енерговіддача системи РІТЕГ? Датчики, встановлені на корпусі блоку РІТЕГ, під час старту апарат зафіксували температуру близько 245 градусів за Цельсієм (майже 475 за Фаренгейтом). За даними інженерів, температура РІТЕГ по досягненню «Нові горизонти» Плутона впала до 208 градусів за Цельсієм (майже 406 за Фаренгейтом).

РІТЕГ недостатньо розжарюється, щоб виробляти видиме світіння, проте випускає відчутне інфрачервоне і теплове випромінювання. При згорянні палива генератором виробляється майже 4000 Вт теплової енергії, причому апаратом використовується всього 25 Вт для підтримки внутрішньої температури. Електрична потужність РІТЕГ становить близько 245 Вт, яка також може бути використана для підтримки в апараті потрібної температури (необхідний обсяг близько 120 Вт). Інша ж частина вироблюваної теплової та електричної енергії випромінюється в простір.

Деякі елементи апарату краще функціонують, коли знаходяться поза дією теплового випромінювання РІТЕГ, а тому були змонтовані в протилежній стороні від генератора. «Нові горизонти» також обладнаний тепловим захистом, розміщеної навколо установки РІТЕГ, що забезпечує захист і безперебійне функціонування деяких дослідницьких приладів на борту.

Принципове дію генератора РІТЕГ засноване на процесі розпаду радіоактивного палива (діоксиду плутонію) і виділяється тепло. На борту апарата перебуває 11 кг (24 фунти) діоксиду плутонію.

На початку місії, РІТЕГ виробляв потужність в 245 Вт, а до липня 2015 року цей показник знизився до 200 Вт. Це зниження потужності не є критичним, так як з зменшення кількості палива на борту апарат зменшується його загальна вага і необхідне зусилля для підтримки необхідної швидкості.

Злагодженість роботи всіх систем апарату їх спайку і взаємодія забезпечує блок розподілу живлення апарату (PDU), який здійснює ефективне функціонування головних систем за допомогою 96 конекторів і більше 3 000 проводів.

Ссылка на основную публикацию