Yeni otomatik kontrol tekniği, Mars’ta istenen yörüngeye ulaşmak için uzay aracı güneş panellerini kullanıyor

Mars’a bir bilim görevinde bulunan bir uydu, düşük irtifalı bir yörüngeyi hedefliyor, ancak yörünge ne kadar düşükse, Dünya’dan geldiğinde yörüngeye girmek için o kadar fazla itici gerekir. İtici yakıttan tasarruf etmek için, aerobraking adı verilen bir teknik, büyük bir yörüngeye girmek için yörüngeye sokmak için küçük bir itici manevra kullanır; uydu daha sonra üst atmosferden birçok geçiş yapar, yörüngenin boyutunu biraz azaltmak için güneş panelleri üzerindeki sürtünmeyi kullanarak yörünge bilim operasyonları için istenen boyuta gelene kadar her geçişte. Bu aerobraking tekniğinin tamamlanması üç ila altı ay gerektirir ve Dünya’daki bir yer ekibi tarafından neredeyse sürekli denetim gerektirir.

Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign’deki havacılık mühendisleri, aerobraking sırasında uyduyu yönlendirmek için mafsallı güneş panelleri kullanmanın bir yolunu geliştirdi ve gerekli geçiş sayısını azaltarak itici gaz, zaman ve paradan potansiyel tasarruf sağladı.

AE Profesörü Zach Putnam, “Güneş panellerini döndürebilirsek, ne kadar sürtünme oluştuğunu kontrol edebiliriz ve atmosferik geçişler sırasında ısıtma ve enerji tüketimini kontrol etmek için gerçekten yön verebiliriz” dedi. “Bu, operasyonel kısıtlamalara çok daha yakın uçabileceğimiz ve çok daha hızlı hava freni yapabileceğimiz anlamına geliyor.”

Putnam’ın Ph.D. Öğrenci Giusy Falcone, uydunun güneş panellerini döndürme yeteneğini kullandı ve panellerin sürüklemeyi optimize etmek ve kontrol etmek için nasıl kullanılabileceğini hesapladı.

Putnam, “Giusy, mevcut atmosferik koşullara dayalı olarak güneş panellerinin açısını gerçek zamanlı olarak belirlemek için uzay aracının yerleşik navigasyon sisteminden gelen bilgileri kullanan bir otomatik pilot olarak düşünebileceğiniz gerçek zamanlı bir algoritma geliştirdi.” Dedi.

Uçuş sırasında birincil sınırlayıcı faktör güneş panellerinin sıcaklığıdır. Bir uydu Mars atmosferindeki moleküllere çarptığında, sürtünme panelleri ısıtır ve güneş panellerinin aşırı ısınması uzay aracını öldürebilir.

“Her atmosferik geçiş sırasında uyduyu yönlendirebilmek, termal sınıra çok daha yakın uçarken güneş panellerini aşırı ısıtmamamızı sağlıyor. Bu büyük bir gelişme. Üç ila altı ay aerobraking yapmak yerine, sadece birkaç hafta sürer.”

Bu çalışma, atmosferden sadece bir geçişin otomatikleştirilmesiyle ilgilidir. Putnam, bu sürecin eksiksiz bir aerobraking kampanyası sırasında birçok kez tekrarlanacağını söyledi.

Uydunun yörüngesi küçüldükçe küçüldükçe, bir yörüngeyi tamamlamak için gereken sürenin kısaldığını, yörüngelerin o kadar kısa olduğunu ve uzay aracından Dünya’ya bilgi iletmek için zaman kalmadığını, bir karar için bekleyin, sonra gönderin. düzeltme yapmak için geri komut verir.

“Otomatik olduğu için, Giusy’nin algoritması, yörüngelerin çok hızlı olduğu son aşamada özellikle yararlıdır, ancak algoritma tüm süreç için kullanılabilir.”

Bu, maliyeti ve görev riskini çok daha büyük ölçekte azaltmak için etkileri olan, aerobraking için otonom bir yetenek geliştirmeye yönelik ilk parçadır.

Putnam, “Mars’a yapılan yolculuk altı ila dokuz ay arasında bir süre alıyor. Bunu gerçekten değiştiremeyiz, ancak aerobrake’in düşük irtifa yörüngesine kadar geçen süreyi kısaltabileceğimizi düşünüyoruz.” Dedi. “Ve gemide kurtardığımız itici gaz, uzay aracını daha uzun süre hayatta tutmak gibi başka şeyler yapmak için kullanılabilir.”

Putnam, mevcut aerobraking yönteminin, yaklaşık altı ay boyunca günde 24 saat çalışan bir yer ekibi ile operasyonel olarak yoğun olduğunu söyledi.

“Gece gündüz çalışan bir yer ekibi için ne kadar pahalı olduğunu hayal edebilirsiniz” dedi. “Mars’la konuşabilen yer istasyonları için de sınırlı bant genişliği var. Bizde sadece üç tane var ve bu haliyle de aşırı aboneler.

“Bu yazılım, yer istasyonlarına olan bağımlılığımızı büyük ölçüde azaltacaktır. Eğer onu gemide otomatikleştirebilirsek ve uzay aracıyla haftada bir kez check-in yapmak zorunda kalırsak, bu gerçekten maliyetleri düşürür. Ve aynı anda birçok uydu tarafından yapılabilir. zaman.”

“Aerobraking Atmosferik Geçişler için Enerji Tüketimi Kılavuzu” adlı çalışma Giusy Falcone ve Zach Putnam tarafından yazılmıştır. şurada yayınlandı: Rehberlik, Kontrol ve Dinamikler Dergisi.