Kalibracja ISA (Italian Spring Accelerometer) w ramach misji
advertisement
Misja kosmiczna BepiColombo, kalibracja ISA (Italian Spring Accelerometer) Maciej Kalarus seminarium Zakładu Geodezji Planetarnej Plan prezentacji Misja BepiColombo Akcelerometr (ISA) przeznaczenie budowa Kalibracja idea, problemy wyniki symulacji Plan współpracy z IFSI Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario BepiColombo Mariner 10 Messenger Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-1984) BepiColombo cele misji - pochodzenie i ewolucja Merkurego - badanie wewnętrznej struktury, topografii i geologii - pochodzenie pola magnetycznego - zbadanie atmosfery i magnetosfery Merkurego - test ogólnej teorii względności BepiColombo moduły MTM - Mercury Transfer Module MPO - Mercury Planetary Orbiter MMO - Mercury Magnetospheric Orbiter MSE - Mercury Surface Element BepiColombo start: 2013 r. czas podróży: 6 lat czas pracy: 1 rok (+1) BepiColombo moduł MPO – instrumenty BELA – BepiColombo Laser Altimeter ISA – Italian Spring Accelerometer MERMAG MERTIS-TIS MGNS MIXS MORE PHEBUS SERENA SIMBIO-SYS – Mercury Magnetometer – Mercury Thermal Infrared Spectrometer – Mercury Gamma ray and Neutron Spectrometer – Mercury Imaging X-ray Spectrometer – Mercury Orbiter Radio science Experiment – Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy – Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances – Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System – Solar Intensity X-ray Spectrometer SIXS BepiColombo moduł MPO – orbita Semimajor axis Eccentricity Inclination Orbital period Ascending node longitude Argument of pericenter Nodal rate Pericenter rate a e I P 3389 km (400 x 1500 km) 0.162 90° 8355 s (2.32 h) W 0 deg w 0.7 deg dW/dt 0 deg/day dw/dt 0.0915 deg/day ISA przeznaczenie RSE - Radio Science Experiment - ruch obrotowy planety - pole grawitacyjne i jego czasowe zmiany, pływy - lokalne anomalie grawitacyjne - orbita Merkurego, test ogólnej teorii względności Pomiar niegrawitacyjnych przyspieszeń perturbujących trajektorię MPO ISA budowa, parametry dokładność: zakres częstotliwości: 9.8·10-9 m/s2 3·10−5 -10−1 Hz ISA umiejscowienie Główne sygnały zakłócające atidal g R aapp acen alin w w R w R sygnały nominalne 2 [m/s 2] ISA -7 Gravity gradient x 10 0 -2 0 1000 2000 3000 1000 2000 3000 -8 x 10 0 -7 [m/s 2] 2 8000 9000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 7000 8000 9000 7000 8000 9000 7000 8000 9000 Centrifugal accerelation x 10 1 0 0 1000 2000 -6 1 [m/s 2] 7000 0 -5 3000 4000 5000 6000 Acceleration due to solar radiation x 10 0 -1 0 1000 2000 -6 2 [m/s 2] główne założenia: - Merkury w peryhelium - R = [0.1 0.1 0.1] m [m/s 2] 5 4000 5000 6000 Linear accerelation 3000 4000 5000 6000 Total (output from ISA) x 10 0 -2 0 1000 2000 3000 4000 5000 time [s] 6000 Kalibracja cel - wyznaczenie bieżącego przesunięcia ISA względem centrum masy MPO (R) - oszacowanie współczynnika wzmocnienia a przetwornika (opcjonalnie) DANE: - bieżąca pozycja i orientacja MPO względem Merkurego i Słońca - profil rotacji MPO kalibracja na Ziemi, podczas lotu, na orbicie Symulacja pomiaru i kalibracji ogólna idea Warunki początkowe Profil rotacji MPO Sygnały wejściowe (przyspieszenia) symulator ISA Sygnał wyjściowy przyspieszenia niegrawitacyjne Odzyskiwanie parametrów R i a ISA generator sygnału wejściowego Kalibracja - rotacja wokół stałej osi - rotacja wokół zmiennej osi rotacji (rotacja złożona) - rotacja podczas zaćmienia - rotacja w obecności strumienia wiatru słonecznego - rotacja + zmiany położenia anteny - różny czas kalibracji (5 min, 15 min) Kalibracja - wyznaczanie R 2 2 a x bw xw z w y a xSol g x w y w z a bw w w a w w w y z x ySol x y z y w xw z w y a z a zSol w xw y w z g y w x2 w z2 w yw z w x Rx Ry g z w x2 w y2 Rz w xw z w y w yw z w x - wyznaczanie R i a Rx Rx 2 2 a x g x w y w z w xw y w z w xw z w y R y R y a xSol a x R b R z z Rx Rx 2 2 a y w xw y w z g y w x w z w yw z w x R y R y a ySol a y R b R z z Rx Rx 2 2 a z w xw z w y w yw z w g z w x w y R y R y a zSol a z R R z z Kalibracja Angular acceleration [rad/s 2] 2 0 -2 0 100 200 300 -3 -3 400 500 600 700 800 900 600 700 800 900 600 700 800 900 Angular velocity x 10 [rad/s] 5 0 -5 0 100 200 300 400 500 Angle of rotation 200 [deg] stała i zmienna oś rotacji -5 -5 x 10 100 0 0 100 200 300 400 500 time [s] -9 zmienna oś rotacji [m/s 2] Kalibracja 2 Gravity gradient x 10 0 -2 0 100 200 300 100 200 300 -6 [m/s 2] 2 x 10 600 700 800 900 600 700 800 900 600 700 800 900 600 700 800 900 600 700 800 900 0 -2 R = [1 1 1] mm 0 -6 1 [m/s 2] 400 500 Linear accerelation 400 500 Centrifugal accerelation x 10 0 -1 0 100 200 300 400 500 Acceleration due to solar radiation [m/s 2] 1 0 -1 0 100 200 300 -6 [m/s 2] 2 400 500 Total (output from ISA) x 10 0 -2 0 100 200 300 400 500 time [s] Wyniki symulacji oś rotacji: x Rx ax: [gx] 1.18 (0.107) ay: [] az: [] oś rotacji: zmienna Rx ax: [gx wy2 wz2] 0.98 (0.053) ay: [wxwy ez] 1.00 (0.017) az: [wxwz ey] 1.01 (0.016) R = [1 1 1] mm Rezultat (std) [mm] Ry [] Rz [] [gy wx2] 0.99 (0.010) [ex] 1.01 (0.012) [ex] 1.02 (0.013) [gz wx2] 0.99 (0.010) Rezultat (std) [mm] Ry [wxwy ez] 0.98 (0.016) [gy wx2 wz2] 0.83 (0.212) [wywz ex] 0.98 (0.018) Rz [wxwz ey] 1.01 (0.015) [wywz ex] 1.02 (0.016) [gz wx2 wy2] 1.11 (0.086) Wnioski strategia minimalizacji błędów formalnych - kalibracja podczas zaćmienia - profil przyspieszenia kątowego: - czas kalibracji: - oś rotacji: - liniowo niezależne profile rotacji (rekomendowana) prostokątny lub sinusoidalny 300s zmienna - kalibracja w obecności wiatru słonecznego - profil przyspieszenia kątowego: prostokątny lub sinusoidalny - czas kalibracji: 900s - oś rotacji: skierowana w stronę Słońca - błąd formalny ma sens gdy nie ma błędów systematycznych, a występują tylko błędy losowe o zerowej wartości średniej Plan dalszej współpracy z IFSI - przygotowanie kompleksowego oprogramowania do symulacji i kalibracji ISA - ustalenie standardu wymiany danych między projektami zewnętrznymi - nawiązanie bliższej współpracy z Astrium (wymiana dokumentacji technicznej) - model ruchu anteny - stochastyczne modelowanie przemieszczenia paliwa - uproszczenie modelu ISA - uwzględnienie albedo Merkurego (ew. uwzględnienie promieniowania podczerwonego)