Korridortest af Proba-3s formation flyvende sensorer

Den længste korridor i ESA's største virksomhed blev forvandlet til et teststed for en af ​​agenturets mest ambitiøse fremtidige missioner, Proba-3. De to satellitter, der udgør denne mission, vil stille op, så den ene kaster en skygge på den anden, afslører indre områder af Solens spøgelsesagtige atmosfære. Men sådan præcisionsflyvning vil kun være mulig gennem et vision-baseret sensorsystem, der tillader en satellit at låse fast på den anden.

Proba-3-parret vil flyve med en nominel afstand på 144 m til koronale observationer, mens de derudover udfører formationsomstillingsmanøvrer, der vil ændre deres afstand helt ned til 25 m, og op til 250 m.

Test af dette sensorsystem for at gøre dette muligt fandt sted på ESA's ESTEC tekniske center i Noordwijk, Holland, ved hjælp af sin 230 m lange hovedkorridor, som forbinder projektkontorer med tekniske laboratorier og etablissementets satellittestcenter.

Lys blev dæmpet og udstillinger fjernet for at tillade testversioner af kameraerne at observere et fly-lignende mål med LED-displays ned langs hele korridorens længde.

"Dette vision-baserede sensorsystem er den første måde, hvorpå de to satellitter opnår dannelse, og genindhente det én gang pr. bane, " forklarer Damien Galano, ESA's Proba-3 projektleder.

"Det er designet til at give parret mulighed for at finde hinanden og estimere deres relative position ned til et par millimeters præcision, over afstande på 20 til 250 m, tillader rumfartøjet at manøvrere selvstændigt ind i formation. Så vi havde brug for lang plads til at teste det, og et indendørs rum som dette er meget mere kontrollerbart end udendørs, hvor vind og andre forstyrrelser ville forstyrre opsætningen."

Planlagt til lancering i 2023, Proba-3's to meter-skala satellitter vil opstilles på en sådan måde, at den ene - "Occulter" - blokerer den blændende solskive for den anden "Coronagraph." Dette vil give forskerne et vedvarende overblik over de indre lag af dens svage atmosfære, eller 'corona, " normalt skjult i intenst sollys - undtagen under korte solformørkelser.

"De to satellitter vil flyve sammen i en langstrakt eller meget elliptisk 19,6-timers bane, " siger Raphael Rougeot, Sandsynligvis - 3 mi

"Aktivt at flyve i formation gennem hele denne bane ville være upraktisk. I stedet flyver satellitterne kun i formation i de seks timer omkring 60.000 km højdetoppen – eller 'apogeum' – af deres kredsløb. Resten af ​​tiden bliver de manøvreret ind i en frit flyvende relativ bane, som sikrer missionens sikkerhed. Derefter, når de kommer ud af bunden af ​​deres kredsløb – eller 'perigeum' – skal de erhverve hinanden igen."

Et sæt kameraer vil være ombord på Occulter-satellitten, se efter pulserende lysdioder på Coronagraph-en i hvert hjørne plus et mindre firkantet mønster på højre side, beregnet til at afsløre satellitorienteringen og muliggøre nærhedsoperationer.

Raphael tilføjer:"Der er brug for to kameraer med forskellige synsfelter. Det første kamera har et bredt 15 graders synsfelt, bruges til at finde Coronagraph. Den anden har et smallere synsfelt for at give den nødvendige millimeterskala nøjagtighed. En anden sensor gør det muligt at synkronisere deres billedoptagelser med LED-impulserne. En sådan præcis synkronisering - ned til et spørgsmål om 10 milliontedele af et sekund - er nødvendig, fordi lyset fra LED'erne ellers kunne gå tabt i Solens falske refleksion på Coronagraph, eller i den lyse Jord i baggrunden. Ud over, Kameraerne vil også have et filter, der er optimeret til det nær-infrarøde LED-lys."

Afprøvning af kamerasystemet og et kvadratmeter LED-bærende mål blev fordelt med 30 m mellemrum langs korridorens længde. giver lovende resultater. For at simulere solar strølys, en specifik lampe med de korrekte spektrale egenskaber blev brugt. Denne lampe blev specielt karakteriseret af ESTEC's Optics Laboratory til denne test.

Som opfølgning, en mindre version af LED-målet blev monteret på en skinnemonteret robotarm i ESTEC's Guidance Navigation and Control Rendezvous, Approach and Landing Simulator, eller GRALS. Denne 33 m lange facilitet bruges til at simulere tætte tilgange, rendezvous og docking mellem rumobjekter.

Jonathan Grzymisch, Proba-3 vejledende navigations- og kontrolsystemingeniør, forklarer:"Robotarmen flyttede LED-målet langs et forudprogrammeret mønster, mens kameraerne så på, giver instrumentsoftwaren mulighed for kontinuerligt at beregne sin relative dynamiske bane. Dette giver os mulighed for at karakterisere sensorens ydeevne på et deterministisk dynamisk grundlag. Begge test fungerede godt, takket være samarbejdet mellem ESTEC's Facility Management og de relevante tekniske sektioner."

Proba-3's vision-baserede sensorsystem er udviklet af Danmarks Tekniske Universitet (DTU). Holdet kunne ikke være personligt til stede på ESTEC på grund af COVID-19-restriktioner, men understøttede testen på afstand, mens ESA-ingeniører forberedte og kørte testen.