Autor Wątek: Chang'e 3 (kompendium)  (Przeczytany 6779 razy)

0 użytkowników i 1 Gość przegląda ten wątek.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #15 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:24 »
System napędowy obejmuje pojedynczy silnik główny o ciągu 7500 N, 16 silników o ciągu średnim (150 N), 12 silników o ciągu małym (10 N), dwa zbiorniki paliwa, dwa zbiorniki utleniacza, dwa zbiorniki gazu podnoszącego ciśnienie w systemie (helu) oraz odpowiednie linie paliwa i gazu. Paliwem jest hydrazyna monometylowa (Monomethylhydrazine - MMH, CH3NHNH2). W stosunku do niesymetrycznej hydrazyny dwumetylowej (Unsymmetrical Dimethylhydrazine - UDMH, H2NN(CH3)2) używanej we wcześniejszych chińskich statkach kosmicznych paliwo to charakteryzuje się wyższą gęstością i nieco lepszymi osiągami.  Utleniaczem jest mieszanina tlenków azotu (Mixed Oxides of Nitrogen 1 - MON-1), czyli czterotlenek azotu (N2O4) z domieszką N2O3. Całkowita masa paliwa i utleniacza wynosi 2600 kg. System napędowy używa paliwa dwuskładnikowego zarówno podczas manewrów korekty trajektorii jak i podczas kontroli orientacji przestrzennej. Linia doprowadzająca hel do zbiorników jest wyposażona w zawór zamykający, zawór pirotechniczy oraz zawór regulujący przepływ gazu. Paliwo do silników jest doprowadzane przez 4 linie główne wyposażone w osobne zawory oraz 8 linii obsługujących tylko silniki o średnim i małym ciągu.

Masa systemu napędowego sondy bez paliwa nie mogła być większa od 295 kg. W związku z tym zastosowano zbiorniki paliwa których ściany są zbudowane z wewnętrznej warstwy włókien węglowych T700 i zewnętrznej osłony aluminiowej. Dzięki temu ich masa jest mniejsza o 50% w stosunku do tradycyjnych zbiorników złożonych w całości z metalu.

Po obdzieleniu sondy od rakiety nośnej system napędowy jest aktywowany poprzez otwarcie zaworu pirotechnicznego na linii helu oraz otwarcie zaworu zamykającego obsługiwanego elektrycznie. Dzięki temu hel napływa do zbiorników paliwa i utleniacza otwierając ich diafragmy i wywierając ciśnienie na zgromadzone w nich płyny. Gdy ciśnienie w zbiornikach osiąga wartość 0.7 MPa otwiera się diafragma u ich wylotu a płyny napływają do linii transportujących, zatrzymując się na przednim zaworze zamykającym. Zwiększanie ciśnienia w systemie postępuje dalej, do osiągnięcia wartości 1.95 MPa. Następnie jest stabilizowane. Po wypełnieniu linii transportowych możliwe jest dostarczanie płynów do silników poprzez otwieranie ich zaworów zamykających. Dokładność regulowania ciśnienia na zaworze wylotowym silnika głównego była szacowana na 1.85 MPa, a w trakcie misji udało się osiągnąć 1.837 MPa. Dla silników o średnim i małym ciągu dokładność regulacji ciśnienia na zaworze wlotowym była szacowana na 1.96 - 1.98 MPa. Również w tym wypadku udało się uzyskać nieznacznie wyższą dokładność,  1.924 - 1.937 MPa.

Po lądowaniu system napędowy jest dezaktywowany na stałe, co zapobiega cyklicznemu zamarzaniu i odparowywaniu paliwa na skutek dużych różnic temperatur między dniem a nocą. Jak do tej pory nie ma danych na temat wpływu takich zmian na lądownik pracujący na Księżycu przez długi okres czasu, ale możliwe jest, że zagroziłyby one jego stabilności. W związku tym resztki paliwa, utleniacza i helu są usuwane przez silniki o ciągu średnim. Polega to na zsynchronizowanym uruchamianiu czterech silników tego typu aż do osiągnięcia zerowego ciśnienia w układzie paliwowym. Cała procedura została szczegółowo przeanalizowana pod kątem bezpieczeństwa i była w pełni kontrolowana z Ziemi.

Silnik główny o ciągu 7500 N znajduje się w centralnej części lądownika a jego dysza wystaje przez otwór w panelu dolnym. Służy do wykonywania dużych korekt trajektorii, wejścia na orbitę okołoksiężycową oraz manewru zejścia z orbity okołoksiężycowej i lądowania. W trakcie misji zużył około 85% zapasu paliwa. Został on opracowany specjalnie na potrzeby misji. Silnik ten może pracować w dwóch trybach - ciągu stałego i ciągu regulowanego. Jest to pierwszy chiński silnik przeznaczony do użycia w przestrzeni kosmicznej posiadający możliwość regulacji ciągu. W trybie ciągu stałego można używać jego dwóch wartości - 5000 N i 7500 N. W trybie ciągu regulowanego jego wartość może być ustawiane na różne wartości w zakresie 1500 - 7500 N, co wystarcza do lądowania w warunkach niskiego ciążenia na Księżycu, rzędy 1/6 G. Służą do tego silniki krokowe obsługujące zawory paliwowe. Dokładność zmian ciągu jest bardzo wysoka, wynosi 6.25 N na krok. Średnica dyszy wynosi 60 cm. Temperatura silnika jest kontrolowana aktywnie.

Silniki o ciągu średnim i małym są przeznaczone do wykonywania małych korekt trajektorii oraz manewrów zmian orientacji przestrzennej w trakcie lotu transksiężycowego oraz podczas lądowania, w tym podczas procedury autonomicznego wyboru płaskiego miejsca lądowania. W trakcie iż użytkowania wszystkie zbiorniki paliwa i utleniacza pracują w sposób zsynchronizowany, co gwarantuje zachowanie stałych proporcji pomiędzy paliwem i utleniaczem we wszystkich silnikach.

Silniki o ciągu średnim (150 N) są zgrupowane w 4 zestawy po dwie sztuki. Ponadto każdy taki zestaw zawiera jeden silnik o ciągu 10 N. Zestawy te są rozmieszczone po dwa na panelach narożnych. Na każdym panelu jeden z zestawów (dolny) zawiera dwa silniki skierowane w dół (wzdłuż osi -X), a drugi - dwa silniki skierowane na boki w przeciwnych kierunkach (wzdłuż osi +Y+Z i -Y+Z oraz +Y-Z i -Y-Z). 8 silników skierowanych wzdłuż osi -X służy do wykonywania małych korekt trajektorii podczas lotu i lądowania. Podczas manewrów mogą być wykorzystywane łącznie lub w odpowiednich kombinacjach. Pozostałe silniki o średnim ciągu służą przede wszystkim do kontroli orientacji. Ich dość wysoki ciąg umożliwia wykonywanie szybkich manewrów zmian orientacji, używanych głównie podczas lądowania.

Silniki o ciągu małym (10 N) służą do kontroli orientacji sondy, w kombinacji z silnikami 150 N. Są wykorzystywane do zmian orientacji podczas lotu transkiężycowego oraz jej kontroli podczas manewrów silnikowych wykonanych z użyciem pozostałych silników. Znajdują się na panelach narożnych. Są umieszczone pojedynczo, po trzy na każdym panelu. Na każdym panelu dwa z nich (wchodzące w skład zespołów wraz z silnikami 150 N) są skierowane na boki w kierunkach przeciwnych do siebie (wzdłuż osi +Y+Z i -Y+Z). Trzeci silnik 10 N na każdym panelu jest zamontowany niezależnie od pozostałych, nad górnym zestawem silników 150 N. Jest skierowany wprost, wzdłuż osi +Z.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #16 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:25 »
Sensorami nawigacyjnymi systemu kontroli orientacji przestrzennej (Guidance, Navigation and Control Subsystem - GNC) są cztery szperacze gwiazd (Star Tracker - ST), sensor Słońca (Sun Sensor - SS) oraz bezwładnościowa jednostka odniesienia (Inertial Measurement Unit -  IMU). Szperacze gwiazd ST są umieszczone na panelach bocznych przedziałów elektroniki -Y i +Y, po dwie sztuki. Służą do określania orientacji przestrzennej w trybie normalnym. Sensor Słońca SS służy do zorientowania sondy na Słońce po nagłym wznowieniu pracy, np. po starcie lub po wejściu w tryb bezpieczny w trakcie poważniejszych problemów. Bezwładnościowa jednostka pomiarowa IMU obejmująca żyroskopy i przyspieszeniomierze służy pomiarów tempa obrotu sondy i przyspieszenia kątowego w trakcie korekt trajektorii i w okresie zasadniczego zmniejszania szybkości podczas procedury lądowania. Tym samym pozwala na oszacowanie zmiany szybkości i precyzyjne zakończenie manewru w odpowiednim czasie. W czasie lodu transkiężycowego oraz na orbicie okołoksiężycowej sonda jest stabilizowana trójosiowo.

Podczas lądowania sonda nawiguje całkowicie autonomicznie, bez odbioru komend z Ziemi. We wczesnej fazie lądowania głównym źródłem danych nawigacyjnych analizowanych przez pokładowy system komputerowy jest bezwłasnościowa jednostka odniesienia. W tym czasie sonda leci poziomo w stosunku do powierzchni Księżyca przeprowadzając główny manewr hamujący. W końcowej fazie lądowania orientacja lądownika jest zmieniana na pionową w stosunku do powierzchni. Na tym etapie danych na temat wysokości dostarcza wysokościomierz laserowy (Laser Ranging System - LRS) a na temat szybkości pionowej względem powierzchni - wysokościomierz radarowy emitujący trzy wiązki mikrofalowe. Po zajęciu pozycji stacjonarnej względem powierzchni, na wysokości 2.4 km - 100 m do wyboru bezpiecznego miejsca, pozbawionego dużych przeszkód służy dedykowana kamera (Descent Camera), będąca też instrumentem naukowym. Dostarczane przez nią obrazy są analizowane w czasie rzeczywistym przez system komputerowy sondy. W dalszym etapie, na wysokości 100 - 30 metrów dokonywana jest detekcja i ominięcie małych przeszkód terenowych. Danych dostarcza tutaj system laserowy budujący trójwymiarowy model terenu, niezależny od wysokościomierza laserowego. Teren dostarczenie płaski (pozbawiony przeszkód większych od 20 cm i zboczy nachylonych pod kątem większym niż 8 stopni) jest wybierany na podstawie topografii terenu. Na poziomie oprogramowana służy do tego specjalistyczny algorytm opracowany specjalnie na potrzeby misji. W ostatniej fazie lądowania używany jest wysokościomierz używający promieniowania gamma (Gamma-Ray Altimeter - GRA). Dostarcza on precyzyjnych danych na temat wysokości nad powierzchnią, pozwalających na wyłączenie silników na wysokości 2 metrów ponad gruntem. Następnie lądownik osiada biernie na podporach amortyzujących uderzenie w powierzchnię.

Elementami wykonawczymi układu kontroli orientacji przestrzennej są silniki o ciągu 150 N i 10 N wchodzące w skład systemu napędowego.

Wszystkie elementy systemu GNC są kontrolowane przez centralną jednostkę kontrolną (Central Control Unit - CCU)pbejmującą komputer, zasilacz oraz interfejsy zasilania i wymiany danych.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #17 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:25 »
System komunikacyjny sondy obejmuje antenę wysokiego zysku (High Gain Antenna - HGA), cztery anteny niskiego zysku (Low Gain Antenna - LGA), oraz system nadawczo - odbiorczy.

Antena HGA pracuje w paśmie X. Jest to antena paraboliczna która może być obracana celem nakierowania na Ziemię. Znajduje się na panelu górnym sondy od strony krawędzi -Z. Służy do transmisji danych naukowych z dużymi szybkościami oraz odbierania komend. Używa modulacji  BPSK (Binary Phase Shift Keying). Szybkość transmisji danych za jej pomocą wynosi 2.5 Mbps.

Anteny LGA służą do odbioru komend, transmisji danych w okresach niskiej produkcji energii oraz podczas problemów technicznych. Również pracują w paśmie X. Dwie anteny nadawcze niskiego zysku (A i B) znajdują się na panelach bocznych przedziału elektroniki w osi -Z, a dwie anteny odbiorcze (A i B) - na panelu górnym tego przedziału.  Dane inżynieryjne w łączu Ziemia - sonda są przyjmowane z szybkością 1000 bps. Dane inżynieryjne w łączu sonda - Ziemia mogą być pwysyłane z dwoma różnymi szybkościami -  128 i 1024 bps. Wykorzystywane są tu trzy metody modulacji - PCM (Pulse Code Modulation), PSK (Phase Shift Keying) i PM (Phase Modulation). Dane naukowe mogą być wysyłane z szybkością 500 kbps z użyciem modulacji  BPSK. Zysk wynosi 20 dB.
W roli systemy nadawczo - odbiorczego wykorzystywany jest miniaturowy transponder przetestowany w trakcie misji Chang'e 2 rozpoczętej startem 1 października 2010 r.

Ponadto lądownik posiada system odbiorczy pasma UHF służący do odbioru danych z łazika Yutu. Dzięki temu lądownik może przekazywać dane z łazika na Ziemię z dużą szybkością. System ten obejmuje odbiornik UHF oraz antenę. Umożliwia łączność jednokierunkową - lądownik może odbierać dane z łazika, ale nie może przesyłać do niego komend.  Sygnał z łazika jest odbierany poprzez antenę znajdującą się na panelu narożnym w osi +Y+Z. Następnie trafia do układu odbiorczego. Zawiera on sekcję dostarczającą sygnał oraz cyfrowy demodulator. Ponadto posiada dedykowany zalicza DC/DC konwertujący zasilanie przyjmowane z sieci elektrycznej lądownika. Przyjmowany sygnał jest wzmacniany przez wzmacniacz niskoszumowy, gwarantujący uzyskanie wysokiego współczynnika sygnału do szumu mimo małej mocy sygnału. Sygnał jest następnie filtrowany przez wzmacniacz zmiennego zysku, pozwalający na przetworzenie sygnału o dużej dynamice. Tym samym proces jego digitalizacji może przebiegać stabilnie. Następnie sekcja demodulatora dokonuje próbkowania A/D, przetwarzając sygnał analogowy na dane cyfrowe. Są one ostatecznie przesyłane do systemu informatycznego lądownika. System ten może pracować w dwóch trybach. W trybie komunikacji szybkiej używane są trzy szybkości transmisji danych, w zależności od odległości pomiędzy oboma obiektami, wraz z którą spada moc odbieranego sygnału. Szybkość 200 kbps jest stosowana gdy moc sygnału przyjmowanego przez odbiornik na lądowniku jest nie mniejsza niż -107 dBm. Szybkość 400 kbps jest używana gdy moc sygnału na odbiorniku jest nie mniejsza niż -104 dBm. a 800 kbps - gdy wartość ta wynosi -98 dBm. Tryb ten służy do przesyłania danych naukowych i inżynieryjnych. W trybie komunikacji wolnej używana jest szybkość 1024 bps, przy mocy odbieranego sygnału -125 dBm. Odbiór jest możliwy na odległość do 3 km. Wynika to z wysokości na której znajduje się antena na lądowniku (3 m) i na łaziku (1 m) oraz z ograniczeń w poziomie zasilania i masie sprzętu wynikających z charakteru misji.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #18 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:26 »
System komputerowy sondy pozwala na kontrolę pracy jej poszczególnych systemów oraz wykonywanie komend odbieranych z Ziemi. Pozwala na pracę w trybie częściowo autonomicznym. Podczas lądowania umożliwia automatyczny wybór miejsca lądowania. W stosunku do elektroniki obsługującej instrumenty naukowe jest oddzielnym układem. Dane przed transmisją są zapisywane przez rejestrator jednoczęściowy o pojemności 64 gigabitów.

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #18 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:26 »

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #19 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:26 »
System kontroli temperatury używa elementów czynnych i obieranych. Umożliwia utrzymywanie temperatury wewnętrznej w zakresie operacyjnym od -20ºC do +55ºC. Komponenty sondy są jednak w stanie przetrwać w szerszym zakresie temperatur, od -50ºC odo +70ºC.

W trakcie dnia księżycowego temperatura we wnętrzu przedziałów elektroniki jest regulowana za pomocą grzejników elektrycznych i radiatorów. Grzejniki produkują ciepło na drodze oporu elektrycznego. Są sterowane przez termostaty. Sonda posiada dwa radiatory, umieszczone na panelu górnym, wzdłuż osi -Y i +Y. Mają one postać prostokątnych płyt o charakterze reflektorów optycznych (Optical Surface Reflector - OSR). Składają się z warstwy odbijającej złożonej z metalu oraz warstwy górnej złożonej z kwarcu. Warstwa kwarcowa przepuszcza promienie słoneczne, które następnie odbijają się od warstwy metalowej. Tym samym radiator taki charakteryzuje się małym współczynnikiem absorpcji. Ponadto warstwa krzemowa jest dobrym emiterem podczerwieni. Poza tym zasadnicza konstrukcja lądownika, podpory oraz  przedziały elektroniki za wyjątkiem ich przednich paneli bocznych pełniących rolę radiatorów są otoczone izolacją wielowarstwową. Zapobiega ona nadmiernemu nagrzewaniu się lądownika w słońcu oraz szybkiej utracie ciepła w czasie nocy. Pokrycie powierzchni komponentów nie osłoniętych izolacją, takich jak anteny jest zoptymalizowane pod kątem termicznym.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #20 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:27 »
W trakcie nocy księżycowej wnętrze przedziałów elektroniki jest ogrzewane za pomocą unikalnego systemu opartego na radioizotopowych jednostkach grzewczych (Radioisotope Heater Unit - RHU). Chang'e 3 to pierwszy chiński statek kosmiczny używający RHU. Sonda posiada dwie takie jednostki, rozmieszczone na panelach bocznych +Y i -Y, w ich dolnych narożach, na małych gondolach. Wykorzystują one rozpad izotopu plutonu Pu-238 (w postaci tlenku plutonu) do wytwarzania ciepła. Materiał ten został zakupiony w Rosji. Pojedyncza jednostka RHU dostarcza ponad 120 W ciepła. Ciepło jest następnie przenoszone do jednostki elektroniki za pomocą systemu kapilar cielnych (Variable Conductance Heat Pipe - VCHP). Każda taka pętla obejmuje zbiornik czynnika roboczego (amoniaku), sekcję ewaporacyjną przebiegającą wzdłuż paneli jednostki elektroniki, oraz sekcję kondensacyjną w pobliskim radiatorze. Lądownik posiada łącznie 14 kapilar. Ciepło produkowane przez RHU powoduje odparowywanie amoniaku. Powstały gaz przepływa następnie w sekcji ewaporacyjnej i oddaje ciepło jednostkom elektroniki na drodze przewodnictwa (ich ściany stanowią radiatory). Następnie w sekcji kondensacyjnej ciepło przechodzi na radiatory główne, gdzie jest wypromieniowywane w przestrzeń kosmiczną. Gaz tym samym skrapla się, a następnie wraca do zbiornika. System ten jest aktywowany przed początkiem nocy na drodze otwarcia odpowiednich zaworów w kapilarach. W trakcie dnia księżycowego jest nieaktywny, co zapobiega przegrzaniu przedziałów elektroniki. Układ RHU/VCHP jest bardzo lekki. Pojedynczy zestaw tego typu ma masę tylko 2.2 kg. Nie posiada ruchomych części co gwarantuje jego niezawodność. Do tej pory system oparty na takiej konfiguracji nie był stasowany w lotach kosmicznych.

Generalnie system kontroli temperatury sondy może działać w czterech trybach. Tryb 1 jest używany podczas lotu transkiężycowego. W jego trakcie układ RHU/VCHP jest aktywny. Tryb 2 jest stosowany podczas korekt trajektorii. Charakteryzuje się nieaktywnym układem RHU/VCHP. Tryb 3 jest stosowany podczas dnia księżycowego. RHU/VCHP obsługuje tylko mechanizmy pochylające panele słoneczne. Tryb 4 jest używany podczas nocy księżycowej. RHU/VCHP ogrzewają wtedy przedziały elektroniki.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #21 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:27 »
Dysza silnika głównego jest otoczona przez stożkowatą osłonę termiczną chroniącą dolną część sondy przed wysokimi temperaturami w trakcie korekt trajektorii i lądowania. W trakcie pracy dysza rozgrzewa się do temperatury 800°C - 1300°C, jednak temperatura powierzchni osłony zwróconej w stronę lądownika nie jest wyższa niż 120°C.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #22 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:28 »
Lądownik posiada dwa przyrządy inżynieryjne: monitor pyłu (Dust Monitor) oraz kamerę monitorującą (Monitor Camera).

Monitor pyły służy do rejestrowania osadzania się elektrostatycznie naładowanego pyłu na powierzchni sondy w zależności od oświetlenia i temperatury. Tym samym zbiera dane przydatne dla planowania kolejnych misji. Osiadający pył może bowiem zmniejszać wydajność paneli słonecznych i radiatorów oraz uszkadzać ruchome elementy mechaniczne. Urządzenie składa się z dwóch zestawów sensorów w postaci mikrowag kwarcowych i komórek słonecznych oraz jednostki elektroniki. Jeden z układów sensorów znajduje się na panelu górnym lądownika, a drugi na panelu dolnym. Rozdzielczość pomiarów osadzania się pyłu za pomocą mikrowag wynosi 5x10^-7 g/cm^2, a za pomocą komórek słonecznych - 1x10^-4 g/cm^2.

Kamera monitująca służy do obserwacji opuszczania i zjazdu łazika Yutu. Jest to kamera tego samego typu co trzy kamery inżynieryjne na orbiterze Chang'e 2. Znajduje się na panelu górnym lądownika, nad panelem narożnym +Y+Z. Stanowi pojedynczą jednostkę złożoną z soczewkowego układu optycznego zainstalowanego w cylindrycznym tubusie, detektora CMOS wraz z elektroniką odzyskiwania informacji oraz systemem elektronicznym umieszczonych w pojedynek obudowie. Detektor jest wyposażony w maskę Bayera, dzięki czemu może uzyskiwać obrazy barwne. Pole widzenia ma wymiary 60 x 60 stopni. Kamera może rejestrować zarówno obrazy statyczne jak i sekwencje wideo. Może przesyłać je do systemu telemetrycznego lądownika w czasie rzeczywistym. Ta możliwość pozwoliła na bezpośrednie obserwowanie procedury uwalniania łazika Yutu.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #23 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:29 »
WYPOSAŻENIE

W skład instrumentów naukowych lądownika Chang'e 3 wchodzą:
- kamera do obrazowana terenu (Terrain Camera);
- kamera do wykonywania zdjęć podczas lądowania (Descent Camera);
- system obrazujący w ekstremalnym ultrafiolecie (Extreme Ultraviolet Imager - EUV);
- teleskop UV (Lunar-Based UV Telescope - LUT).

Instrument Terrain Camera znajduje się na maszcie umieszczonym blisko bazy łazika Yutu, Descent Camera - na panelu dolnym, EUV - na panelu górnym, a LUT - na panelu bocznym -Y. Elektronika kamery Descent Camera jest zintegrowana z optyką i detektorem tego instrumentu. Komunikuje się bezpośrednio z jednostką elektroniki kontrolującą instrumenty lądownika. Jednostki elektroniki głównej pozostałych instrumentów mieszczą się w pojedynczym, wspólnym module elektroniki zarządzanym przez jednostkę kontrolną instrumentów.


Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #24 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:30 »
Terrain Camera
Kamera do obrazowana terenu jest głównym instrumentem obrazującym lądownika Chang'e 3 przeznaczonym do użycia na powierzchni Księżyca. Jej podstawowym celem naukowym jest określenie topografii i geomorfologii miejsca lądowania oraz struktury regolitu wokół lądownika. Ponadto pozwala na planowanie trasy jazdy łazika Yutu w początkowym okresie misji, dzięki możliwości opracowania DEM terenu, map topograficznych, geologicznych i geomorfologicznych najbliższego otoczenia lądownika, a także profili trasy jazdy łazika. W tym celu dane z kamery są wykorzystywane łącznie z obrazami dostarczanymi przez kamerę Descent Camera podczas lądowania. Regularne obrazowanie łazika pozwala też na monitorowanie jego działania.

 Kamera Terrain Camera znajduje się na maszcie umieszczonym blisko bazy łazika Yutu. Kamera jest zainstalowana na układzie obracającym i pochylającym. Może on obracać się o 360 stopni oraz pochylać w pionie w górę i w dół o 120 stopnie. Tym samym kamera może uzyskać pełną panoramę otoczenia jak również fotografować obiekty położone blisko lądownika oraz niebo. Ta ostatnia możliwość pozwoliła na uzyskanie obrazów Ziemi widzianej z perspektywy powierzchni Księżyca. Instrument składa się z głowicy oraz głównej jednostki elektroniki. Może pracować w trakcie całego dnia księżycowego, również w południe, mimo intensywnego ogrzewania przez słońce. Wydajność usuwania ciepła wynosi około 50%.

W skład głowicy kamery wchodzi układ optyczny, zespół detektora oraz elektronika odzyskiwania informacji. System optyczny składa się z zespołu soczewek umieszczonych w cylindrycznym tubusie, przymocowanym do obudowy zawierającej elektronikę głowicy. Na przedniej części tubusu znajduje się przegroda usuwająca rozproszone światło. Długość ogniskowej może być regulowania, co pozwala na uzyskiwanie ostrych obrazów zarówno obiektów odległych jak i położonych blisko lądownika. Pole widzenia ma wymiary 22.9 x 16.9  stopnia.

Optyka skupia światło na detektorze CMOS. Jego obszar efektywny ma wymiary 2352 x 1728 piksele. Jest on umieszczonym w jednostce elektroniki głowicy, wraz z elektroniką odzyskiwania informacji, w prostopadłościennej obudowie do której przymocowany jest tubus optyki. Detektor ten jest wyposażony w filtry Bayera. Pozwala tym samym na uzyskiwanie obrazów barwnych o jakości porównywalnej z komercyjnymi aparatami cyfrowymi. Każdy piksel jest pokryty indywidualnym filtrem czerwonym, zielonym lub niebieskim. Pozwala na uzyskanie bardzo naturalnych kolorów. Detektor może uzyskiwać zarówno obrazy statyczne jak i strumień wideo z szybkością 4 fps. Czas ekspozycji jest regulowany elektronicznie. Współczynnik sygnału do szumu wynosi 36 dB przy albedo powierzchni 9% i przy Słońcu na wysokości 30 stopni ponad horyzontem.

Sygnał z detektora jest wzmacniany i ucyfrawiany przez elektronikę odzyskiwania informacji. Następnie jest przesyłany do głównej jednostki elektroniki umieszczonej w module elektroniki instrumentów naukowych lądownika, we wnętrzu jednego z przedziałów elektroniki. Przyjmuje ona dane z głowicy, formatuje je i wysyła do systemu informatycznego lądownika. Ponadto wykonuje komendy i kontroluje stan instrumentu.

Instrument Terrain Camera został opracowany przez Instytut Optyki i Elektroniki (Institute of Optics and Electronics - IOE) wchodzący w skład Chińskiej Akademii Nauk (China Academy of Sciences - CAS).

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #25 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:32 »
Descent Camera
Kamera do wykonywania zdjęć podczas lądowania służy do wykonania zdjęć i nagrania wideo pokazującego strefę lądowania, od wysokości około 12 km do osiągnięcia powierzchni. Zdjęcia te służą do określenia geologicznego i geofizycznego kontekstu dla badań wykonanych na powierzchni. Umożliwiają także dokładne zlokalizowanie lądownika oraz szybkie zaplanowanie działań łazika Yutu na powierzchni. Dostarczają też informacji na temat właściwości powierzchni. Dane zostały porównane z obrazami z orbiterów i dostarczą przejścia między obrazami z kamery CCD (CCD Camera) sondy Chang'e 3 wystrzelonej 1 października 2010 r i LROC (Lunar Orbiter Camera) sondy LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) wystrzelonej 18 czerwca 2009 r, oraz kamer PanCam łazika oraz Terrain Camera lądownika. Do szczegółowych celów naukowych instrumentu zaliczają się: scharakteryzowanie fizjografii miejsca lądowania; oraz szybkie wykonanie modeli DEM terenu, map topograficznych, geologicznych i geomorfologicznych strefy lądowania, a także profili trasy jazdy łazika. Najprzydatniejsze były tu obrazy z wysokości 4 - 2 km. Ponadto kamera ta dostarczała danych nawigacyjnych podczas lądowania. Na wysokości 2.4 km - 100 m ponad powierzchnią dostarczane przez nią obrazy były analizowane autonomicznie przez system komputerowy lądownika. Pozwalało to na zidentyfikowanie i ominięcie dużych przeszkód, takich jak nierówności i zbocza większe od 1 km. Po lądowaniu kamera została wyłączona na stałe.

 Kamera Descent Camera znajduje się na panelu dolnym konstrukcji mechanicznej lądownika. Jest skierowana w stronę nadiru, jej pole widzenia jest częściowo przesłonięte przez pomocnicze podpory lądownika. Urządzenie charakteryzuje się dużym stopniem zminiaturyzowania - małą masą, objętością i poborem energii przy jednoczesnej wysokiej wydajności. Jest przystosowana do przetrwania w warunkach szybko zmieniających się temperatur i wysokiego poziomu promenowania, jak również wibracji podczas startu. Uzyskuje obrazy monochromatyczne w świetle widzialnym. Instrument stanowi pojedynczą jednostkę. Jest przymocowany do panelu dolnego lądownika w czterech punktach. W jego skład wchodzi układ optyczny, zespół detektora oraz system elektroniczny.

System optyczny składa się z zespołu soczewek umieszczonych w cylindrycznym tubusie, przymocowanym do obudowy zawierającej detektor i elektronikę kamery. Długość ogniskiem jest automatycznie dostosowywana w trakcie zbliżania się do powierzchni, co pozwala na stałe uzyskiwanie ostrych obrazów. Pole widzenia ma wymiary 45 x 45 stopnia.

Optyka skupia światło na detektorze CMOS. Ma on wymiary 1280 x 1024. Obszar efektywny ma wielkość 1024 x 1024 pikseli, pozostała część służy do transferu klatek. Jest on umieszczonym w jednostce elektroniki instrumentu. Może uzyskiwać strumień wideo z szybkością 10 fps. Czas ekspozycji jest regulowany elektronicznie. Współczynnik sygnału do szumu wynosi 40 dB przy albedo powierzchni 9% i przy Słońcu na wysokości 30 stopni ponad horyzontem.

Sygnał z detektora jest wzmacniany i ucyfrawiany przez elektronikę odzyskiwania informacji. Następnie jest przesyłany do dalszej części elektroniki instrumentu. Obejmuje ona moduł obliczający czas ekspozycji, moduł kompresji obrazów, oraz moduł transmisji danych. Elemenety te pracują jednocześnie. Dane są ostatecznie przesyłane do jednostki elektroniki kontrolującej instrumenty naukowe lądownika. Następnie przekazywane przez nią do elektroniki nawigacyjnej lądownika oraz do systemu telemetrycznego sondy.

Instrument Descent Camera został opracowany przez Pekiński Instytut Systemów Mechanicznych i Elektrycznych ( Beijing Institute of Space Machinery and Electricity - BISME) wchodzący w skład Chińskiej Akademii Nauk (China Academy of Sciences - CAS).

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #26 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:33 »
EUV
System obrazujący w ekstremalnym ultrafiolecie jest instrumentem przeznaczonym do badań plazmosfery Ziemi, czyli torusa zimnej plazmy w wewnętrznej części magnetosfery, ponad jonosferą. Instrument pozwala na rejestrowanie emisji słonecznej przy 30.4 nm efektywnie rozpraszanej rezonansowo przez jony He+ w plazmosferze. Tak więc intensywność obserwowanej emisji jest proporcjonalna do średniej gęstości tego jonu wzdłuż linii widzenia. Ponieważ He+ jest drugim co do stężenia jonem w pazmosferze (stanowi około 15% populacji jonów w tym regionie) pomiary jego stężenia mogą być używane jako wykładnik stanu całej plazmosfery. Pozwala na ciągłe monitorowanie plazmosfery poprzez uzyskiwanie jej globalnych obrazów oraz wyznaczanie intensywności emisji w płaszczyźnie południkowej. Dane te pozwalają następnie na wykonanie trójwymiarowej rekonstrukcji gęstości plazmosfery. Umożliwia to śledzenie zmian w lokalizacji plazmopauzy i strumieni plazmy występujących na stronie dziennej polazmosfery; wyprowadzenie charakterystyk konwekcyjnych pół elektrycznych w plazmosferze; oraz badania oddziaływań między plazmosferą a jonosferą, prądem pierścieniowym i pasami radiacyjnym. Tym samym instrument pozwala na wykonanie unikalnych badań dynamiki i globalnej struktury plazmosfery. Do tej pory obserwacje plazmosfery były prowadzone rzadko. Odpowiednie technologie pojawiły się dopiero pod koniec XX wieku. Pierwsze obrazy tego regionu w zakresie ekspermalnego ultrafioletu dostarczył spektrometr skrajnego ultrafioletu (Extreme Ultraviolet Spectrometer - XUV) japońskiej sondy marsjańskiej Nozomi wystrzelonej 4 lipca 1998 r. Jednak obrazy te nie obejmowały one całej pazmosfery z powodu małego pola widzenia i krótkiego czasu obserwacji. Najbardziej systematyczne obserwacje tego typu wykonał system obrazujący w skrajnym ultrafiolecie (Extreme Ultraviolet Imager - EUV) amerykańskiego satelity IMAGE (Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration) wystrzelonego 25 marca 2000 r. Później badania te były kontynuowane za pomocą instrumentu teleskopu ekstremalnego ultrafioletu (Telescope of Extreme Ultraviolet - TEX) japońskiej sondy księżycowej Kaguya wystrzelonej 14 września 2007 r. Jednak nie obejmowały one całej plazmosfery z powodu ograniczonego pola widzenia i czasu przeznaczonego na obserwacje oraz awarii systemu filtrów. Tak więc badania tego regionu nadal są mało zaawansowane.

 Instrument EUV znajduje się na panelu górnym lądownika Chang'e 3, od strony krawędzi -Z. Charakteryzuje się polem widzenia o szerokości 15 stopni. Rozdzielczość kątowa wynosi 0.095°, co przy średniej odległości między Ziemią i Księżycem 60 promieni Ziemi odpowiada rozdzielczości przestrzennej 0.1 promienia Ziemi (południkowej płaszczyźnie rzutowania, czyli w kierunku środka Ziemi, prostopadle do osi pola widzenia). Rozdzielczość czasowa obserwacji wynosi około 10 minut. W tym czasie ruch Księżyca powoduje przesunięcie o 0.08 stopnia. Jest to wartość mniejsza od rozdzielczości kątowej, tak więc nie powoduje zniekształcenia obrazu. Ruch plazmosfery jest w tym czasie mniejszy od 0.1 promienia Ziemi, tak więc może być pominięty. Urządzenie pracuje w zakresie linii spektralnej 30.4 nm. W skład instrumentu wchodzi system pozycjonujący; głowica; elektronika kontroli pozycjonowania, oraz główna jednostka elektroniki.

System pozycjonujący pozwala na automatyczne śledzenie Ziemi. Obraca on głowicę instrumentu w dwóch osiach. Głowica jest zawieszona na obejmie wyposażonej w mechanizm pochylający instrument w pionie. Obejma jest natomiast zainstalowana na wieżyczce obracającej go w poziomie. Jest ona przymocowana do panelu górnego konstrukcji lądownika w ośmiu punktach. System obradzający obsługiwany przez dedykowany moduł elektroniki kontrolujący pozycjonowanie.

Głowica instrumentu obejmuje system optyczny; detektor; oraz elektronikę przetwarzania sygnału. Wszystkie te komponenty znajdują się w  hermetycznej obudowie. Jest ona ogrzewana przez radioizotopową jednostkę grzewczą o małej mocy. Otwór wejściowy jest chroniony pokryciem ochronnym zamykanym w czasie nocy księżycowej. Zapobiega on nadmiernemu wychłodzeniu wnętrza instrumentu. Cała głowica jest otoczona izolacją wielowarstwową. Instrument może pracować w zakresie temperatur od -25ºC do +75ºC.

Światło wchodzące przez otwór wejściowy jest skupiane przez układ optyczny złożony ze zwierciadeł pokrytych wielorastwowym pokryciem odbijającym, maksymalizującym współczynnik odbicia w zakresie ekstremalnego ultrafioletu. W jego płaszczyźnie ogniskowej znajduje się detektor w postaci płyty mikrokanałowej (Microchannel Plate - MCP) zliczający fotony. Ma wymiary 161 x 161 pikseli. Jest obsługiwany przez dedykowany zasilacz wysokiego napięcia, zainstalowany w osobnej jednostce przy obudowie głowicy. Sygnał z detektora jest następnie wzmacniany przez przedwzmacniacz i ucyfrawiany przez elektronikę przetwarzania sygnału. W dalszej kolejności jest przesyłany do jednostki elektroniki instrumentu.

Główna jednostka elektroniki instrumentu mieści się w module elektroniki instrumentów naukowych lądownika, we wnętrzu jednego z przedziałów elektroniki. Przyjmuje ona dane z detektora, formatuje je i wysyła do systemu informatycznego lądownika. Ponadto wykonuje komendy i kontroluje stan instrumentu.

Instrument EUV został opracowany przez Instytut Optyki, Mechaniki Precyzyjnej i Fizyki w  Changchun (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics - CIOMP), wchodzący w skład Chińskiej Akademii Nauk (China Academy of Sciences - CAS).

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #27 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:35 »
LUT
Teleskop UV jest instrumentem astronomicznym przeznaczonym do wykonywania długotrwałych obserwacji wybranych obiektów i pól nieba w zakresie bliskiego ultrafioletu (245 - 340 nm). Obserwacje obejmują różnorodne obiekty o jasności w zakresie 5 - 13 magnitudo - gwiazdy zmienne, gwiazdy nowe, jasne gromady gwiazd, galaktyki aktywne, kwazary i blazary. Uzyskiwane dane pozwalają na badania tempa akrecji w jądrach galaktyk aktywnych i w układach podróżnych, ulepszenie modeli opisujących zmienności jasności gwiazd różnych typów oraz przeprowadzenie szeregu innych projektów badawczych.

LUT jest pierwszym instrumentem astronomicznym przeznaczonym do umieszczenia na powierzchni Księżyca na długi okres czasu. Wcześniej obserwacje tego typu były prowadzone tylko za pomocą kamery dalekiego ultrafioletu użytej podczas misji Apollo 16. W jej trakcie uzyskano tylko około 200 obrazów z powodu krótkiego okresu trwania misji. Brak gęstej atmosfery na Księżycu pozwala jednak na uzyskanie obserwacji astronomicznych o wysokiej jakości. Ponadto wolny okres rotacji Księżyca sprawia, że sfera niebieska przesuwa się 27 razy wolniej niż dla obserwatora na Ziemi, co umożliwia łatwe przeprowadzanie obserwacji z długimi czasami ekspozycji. W stosunku do satelitów astronomicznych teleskop umieszczony na powierzchni Księżyca jest też bardziej stabilny, ponieważ obserwacji nie zakłócają niepewności w kontroli orientacji przestrzennej pojazdu na którym jest zainstalowany.

 Instrument LUT znajduje się na panelu bocznym -Y struty mechanicznej urządzenia, w prostopadłościennej obudowie przylegającej do przedziału elektroniki -Y lądownika. Jest złożony z sekcji detekcyjnej oraz głównej jednostki elektroniki.

W skład sekcji detekcyjnej instrumentu wchodzą dwie jednostki: zwierciadło skanujące wraz z systemem obracającym na odpowiednim montażu, oraz zespół obejmujący optykę, detektor i elektronikę odzyskiwania informacji umieszczone na wspólnej płycie montażowej. Instrument uzupełnia jednostka elektroniki głównej. Urządzenie może pracować w szerokim zakresie temperatur, od -20ºC do +40ºC. Jego konstrukcja mechaniczna została wykonana w dużej mierze z materiałów kompozytowych, dzięki czemu charakteryzuje się małą masą.

Światło wpadające przez okno w obudowie sekcji detekcyjnej pada na zwierciadło skanujące, zainstalowane na własnym montażu. Jest ono umieszczone na systemie obracającym, pozwalającym na jego rotację w dwóch osiach (w azymucie oraz pionie). Tym samym instrument może płynnie śledzić obserwowane obiekty przez okres wielu dni.

Zwierciadło skanujące odbija światło na teleskop umieszczony w drugiej jednostce. Jest to teleskop zwierciadlany w układzie Ritcheya-Chretiena. Wykorzystuje katadioptryczną optykę pozaosiową. Znajduje się ona w cylindrycznym tubusie. Pole widzenia ma wymiary 1.36 x 1.36 stopnia. Światło pada na hiperboliczne zwierciadło główne o średnicy 150 mm. Następnie trafia na hiperboliczne zwierciadło wtórne. Potem trafia na detektor CCD zoptymalizowany do wykonywania obserwacji w zakresie ultrafioletu. Jego obszar efektywny ma wymiary 1024 x 1024 piksele. Pojedynczy piksel ma szerokość 13 mikronów. Detektor jest chłodzony w celu uzyskania stabilnej, niskiej temperatury, pozwalającej na uzyskanie wysokiego współczynnika sygnału do szumu. Sygnał z detektora jest przetwarzany przez elektronikę odszykowania informacji zlokalizowaną w obudowie zamontowanej przy tubusie teleskopu. Po wzmocnieniu jest przekazywany do jednostki elektroniki głównej.

Główna jednostka elektroniki instrumentu mieści się w module elektroniki instrumentów naukowych lądownika, we wnętrzu jednego z przedziałów elektroniki. Przyjmuje ona dane z detektora, formatuje je i wysyła do systemu informatycznego lądownika. Ponadto wykonuje komendy i kontroluje stan instrumentu.

Instrument LUT został opracowany przez Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Chin (National Astronomy Observatory of China - NAOC) z siedzibą w Pekinie, wchodzące w skład Chińskiej Akademii Nauk (China Academy of Sciences - CAS).

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #28 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:37 »
YUTU

KONSTRUKCJA
Łazik Yutu ma kształt prostopadłościenny i masę 136 kg, z czego instrumenty naukowe stanowią 20 kg. W czasie lotu transkiężycowego i lądowania był unieruchomiony na panelu górnym lądownika Chang'e 3. Całkowite wymiary łazika wynoszą 1500 x 1000 x 1100 mm.

Scorus

  • Gość
Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #29 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:39 »
Konstrukcja mechaniczna łazika jest zbudowana z panelu dolnego (-X), panelu górnego (+X) oraz czterech prostopadłościennych paneli bocznych. Panele boczne +Y i -Y są dłuższe od paneli +Z i -Z. Panel górny jest dłuższy od dolnego, ponieważ w jego przedniej części, na stronie dolnej znajduje się spektrometr podczerwieni i kamery unikania przeszkód, a w części tylnej - anteny. Panel górny stanowi też radiator. Na górnej powierzchni łazika znajduje się prostokątna rama na której zainstalowano panele słoneczne (na stronach +Y i -Y). Umożliwia ona złożenie masztu kamer i anteny HGA oraz paneli słonecznych w czasie lotu transkiężycowego. Ponadto podczas nocy księżycowej maszt kamer jest również składany w ten sposób. Rama jest następnie nakrywana panelami słonecznymi. Na ramie od strony +Z znajduje się reflektometr laserowy pozwalający na pomiary odległości między Ziemią i Księżycem za pomocą lasera.

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: Chang'e 3 (kompendium)
« Odpowiedź #29 dnia: Sierpień 10, 2014, 15:39 »