4M (kompendium)

[Scorus]

WPROWADZENIE

4M (Manfred Memorial Moon Mission) był dodatkowym ładunkiem wyniesionym na trajektorię translunarną podczas startu chińskiego demonstratora inżynieryjnego CE-5T1. Pozwalał na zademonstrowanie możliwości odbioru sygnału radiowego przez radioamatorów podczas przelotu koło Księżyca celem przetestowania takiego sposobu łączności w trakcie przyszłych niewielkich misji kosmicznych. Ponadto w trackie misji testowana była prosta metoda pomiarów nawigacyjnych.

Misja została zorganizowana przez firmę LUX Space z Betzdorf w Luksemburgu, jako pierwsza prywatna misja księżycowa. Nazwa misji upamiętnia Prof. Manfreda Fuchsa, jednego z fundatorów grupy OHB AG z siedzibą w Bremen w Niemczech, do której należy firma LUX Space, zaangażowanego również w szereg europejskich projektów  astronautycznych, takich jak Ariane 1, Spacelab i Columbus.

[Scorus]

KONSTRUKCJA
 Pakiet 4M był połączony na stałe z trzecim stopniem rakiety Long March 3C/G2 (CZ-3C/G2) która wyniosła pojazd CE-5T1. Miał on postać prostopadłościennej jednostki przymocowanej do górnego pierścienia rakiety za pomocą czterech stopek. Znajdował się w zatoce wyposażenia rakiety, koło bezwładnościowej jednostki pomiarowej jej systemu nawigacyjnego. Składał się z głównej obudowy obejmującej system komputerowy i system zasilania oraz z zainstalowanego na niej wyposażenia radiowego (Radio Frequency Payload - RFPA) i detektora promieniowania (Radiation Detector - RAD). Całkowita masa urządzenia wynosiła 14 kg.

System zasilania obejmował nieładowalną baterię główną złożoną z 28 komórek o wysokiej gęstości energii (29 - 35 W/h na komórkę). Pozwalała ona na wykonanie 196-godzinnej misji podstawowej dostarczając 6 W mocy zasilającej poszczególne systemy pakietu. Ponadto na górnej powierzchni głównej obudowy umieszczono tablicę trójwarstwowych komórek słonecznych (2 x 8 komórek) ładujących cztery baterie litowo - jonowe. Pozwało to na przedłużenie żywotności urządzenia, jednak z powodu niekontrolowanej orientacji przestrzennej trzeciego stopnia rakiety oświetlenie komórek słonecznych było przypadkowe.

System komputerowy obejmował procesor FM430 i płytę interfejsów. Kontrolował pracę RFPA i RAD oraz generował sygnał wysyłany przez RFPA. Za zaprojektowanie, skonstruowanie i integrację elektroniki była odpowiedzialna firma EmTroniX z Luksemburga.

System RFPA obejmował modulator I/Q i wzmacniacz mocy RF gerenerujący sygnał o mocy 1.5 W wysyłany przez antenę L/4. Antena była prostym monopolem. Została zbudowana i przetestowana przez firmę AntwerpSpace z Berkenrodelei w Beligii. System mógł pracować w zakresie temperatur od -40°C do +125°C. Sygnał był emitowany w paśmie VHF na częstotliwości 145.980 MHz (+/- 2.9 kHz). Transmisja miała postać 1-miutowych sekwencji powtarzanych w 5-minutowych cykli (5 transmisji na cykl), co zwiększało szanse na odebranie sygnału na Ziemi. Każda sekwencja obejmowała 46.8-sekundowy sygnał wywoławczy oraz segment danych cyfrowych zawierający kilka krótkich pakietów danych na temat woltażu i temperatury baterii.  Ponadto w jego obrębie była transmitowana sekwencja JT65B obejmująca słowa "Hello World" i "Ni Hao Xinhua" i inne wcześniej zaprogramowane przekazy oraz dane z RAD i podstawowe parametry inżynieryjne. RFPA pozwolił również na wykonanie testu prostej metody pomiarów odległości i pozycji do pojazdu z użyciem 4 stacji odbiorczych. Odbiór sygnału wywoławczego LX0OHB-4M przez 4 stacje pozwalał na wyznaczenie różnic w czasie odbioru (Time Difference of Arrival - TODA) umożliwiającej wyznaczenie podstawowych parametrów nawigacyjnych. Ponieważ do odbioru sygnału był używany sprzęt amatorski dokładność pomiarów zależała od precyzji zegarów w używanych komputerach. Powodowało to błąd w wyznaczaniu pozycji pojazdu rzędu 5 000 km. Dane odbierane przez radioamatorów były integrowane za pomocą sieci opracowanej przez firmę LSE Space z Weßling w Niemczech.

System RAD był zestawem dwóch detektorów półprzewodnikowych dostarczonym przez firmę IC-Malagua z miejscowości Mallorca w Hiszpanii. Mierzył on całkowitą dawkę promieniowania jonizującego (Total Ionizing Dose - TID) w zakresie 74 - 100 kRad podczas całej misji (13 -16 Rad/h). Skumulowana dawka TID była mierzona co 5 minut, na zmianę przez oba detektory.

[Scorus]

PRZEBIEG MISJI
 Pakiet 4M wystartował wraz z pojazdem CE-5T1, dnia 23 października 2014 r. Miejscem startu był kosmodrom Xichang (Xichang Satellite Launch Center - XSLC) położony na płn-wsch. od miejscowości Xichang w Prefekturze Autonomicznej Liangshan Yi, platforma startowa LC2. Rakietą nośną był Long March 3C/G2 (CZ-3C/G2). Start odbył się o godzinie 18:00:04.829 UTC. Pakiet został aktywowany po 4 670 sekundach (77.8 minutach) od startu. Sygnał został odebrany po raz pierwszy w Brazylii o godzinie 19:18 UTC.

Po starcie trzeci stopień rakiety wraz z 4M znalazł się trajektorii translunarnej mającej postać silnie eliptycznej orbity okołoziemskiej. Przelot koło Księżyca nastąpił 28 października o godzinie 00:28 UTC, w odległości 13 000 km. Odległość od Ziemi wynosiła wtedy 373 000 km. Następnie trzeci stopień znalazł się na trajektorii powrotnej wiodącej do Ziemi. Ostatecznie trzeci stopień znalazł się na silnie eliptycznej orbicie okołoziemskiej o perygeum na wysokości 143 000 km i apogeum 411 600 km. Szanse na wejście na orbitę wynosiły tylko 10%. Przy większych niedokładnościach startu stopień spłonąłby w atmosferze. Pakiet 4M pracował 54 godziny dłużej niż planowano, dzięki zastosowaniu paneli słonecznych. Przestał funkcjonować 3 listopada, po drugim przejściu przez pasy van Allena. Łącznie działał przez 250 godzin.