Исследовательский микроспутник Themis, страница 3

Требования к спутникам THEMIS

Все пять аппаратов THEMIS идентичны по конструкции и взаимозаменяемы – каждый из них может быть размещен на любой из целевых орбит. В то же время специфика миссии, заключающаяся в длительном периоде обращения по орбите, периодическом «нырянии» в радиационные пояса Земли и высокоточном измерении параметров внешней электромагнитной среды, предъявляла к спутникам ряд своеобразных требований. Определяющими из них являлись следующие:

♦ минимизация массы и энергопотребления;

♦ использование радиационно-стойких компонентов;

♦ оптимальная центровка для лучшей стабильности и минимального расхода топлива на поддержание ориентации;

♦ максимально возможный располагаемый запас топлива;

♦ «магнитная чистота», или минимальное влияние работы бортовых систем и самих научных инструментов на точность проводимых измерений;

♦ высокая электропроводность внешней оболочки для минимизации накопления поверхностного заряда и воздействия образующегося электрического поля на точность измерений;

♦ как можно более плотная компоновка для уменьшения общих размеров спутников и увеличения зазора между ними при их нахождении на платформе на РН и в процессе разделения;

♦ использование пассивной теплозащиты с многослойной теплоизоляцией в сочетании с нагревателями, при этом аппарат должен выдерживать перепады температуры в диапазоне от -115°С до +105°С и прохождение тени продолжительностью до 3 часов.

Каждое из этих требований в отдельности уже неоднократно предъявлялось к конструкциям космических аппаратов. Но выполнить их в совокупности оказалось весьма нетривиальной задачей.

Компоновка спутника THEMIS и его основные системы.

Корпус микроспутника THEMIS имеет форму восьмиугольной призмы с максимальным поперечным размером 84 см и высотой 51 см. Суммарная масса заправленного спутника – 126 кг, в т.ч. корпус и служебные системы – 51 кг, научные приборы – 26 кг, топливо (гидразин) – 49 кг. Для снижения стоимости и риска на каждом спутнике используются инструменты и системы, уже проверенные в предшествующих космических полетах.

Рисунок 2. Компоновка спутника

Основными элементами силовой конструкции являются сверхлегкие композитные панели, состоящие из графито-эпоксидных оболочек и алюминиевого сотового наполнителя. Кроме них в силовую конструкцию входят угловые панели и центральная труба (штанга), несущая осевые инструменты для измерения электрического поля.

Рисунок 3. Компоновка спутника

Рисунок 4. Компоновка спутника

Реактивная система управлениявключает в себя два осевых и два тангенциальных двигателя тягой по 1 фунту (4.4 Н), два топливных бака, бак с газом наддува, запорные клапаны и пироклапаны. Осевые двигатели обеспечивают коррекцию орбиты спутника, тангенциальные отвечают за контроль ориентации и скорости вращения аппарата. Топливные баки, изготовленные из высокопрочной стали (инконеля), содержат 49 кг гидразина и крепятся к нижней и верхней панелям специальными полярными фитингами. Своеобразно спроектирована система наддува баков: когда топливо израсходовано на 25%, по команде с Земли производится повторный наддув, что обеспечивает повышение характеристик ДУ. Общий запас характеристической скорости – 940 м/с.

Стабилизация спутников в полете осуществляется вращением. Закрутка всей связки из пяти аппаратов на платформе вместе с третьей ступенью производится двигателями последней незадолго до разделения. Вращение сохраняется после отделения аппаратов и поддерживается затем в течение всего полета. Номинальная скорость вращения составляет 16±2 об/мин. Положение оси вращения определяется с точностью 1°, а фазы – 0.1°.

Для стабильности вращения центр масс КА должен находиться максимально близко к его оси – это достигается качественной компоновкой и применением балансировочных грузов, которые устанавливаются в нужное положение во время предстартовых испытаний. В ходе полета масса КА меняется, прежде всего за счет выработки топлива, поэтому периодических коррекций избежать не удается.