Hvor rummissioner fødes

En radarmission i høj opløsning til Jordens 'onde tvilling' Venus, et rumfartøj til at opdage de kraftigste eksplosioner i universet og et observatorium for de seje, støvet kosmos for at undersøge stjernernes oprindelse:ESA's Concurrent Design Facility har udført feasibility-undersøgelser af konkurrerende kandidater til den femte mellemklassemission i agenturets Cosmic Vision videnskabsprogram, planlagt til lancering i 2032.

Concurrent Design Facility, eller CDF, ligner et flykontrolrum, over hovedpakken af ​​rumlaboratorier i ESA's tekniske hjerte i Holland. Indbyrdes forbundne konsoller er placeret foran en 6 m lang multimedievæg, at være vært for repræsentanter for alle rummissionsdiscipliner. Imidlertid, dette er ikke et sted at styre satellitter, men at skabe dem.

Teams af eksperter samles her for at udføre indledende undersøgelser af foreslåede fremtidige missioner, hurtigt at etablere deres gennemførlighed forud for opfølgende industriel udvikling. CDF har udført mere end 250 undersøgelser til dato i over 20 års operationer, inklusive talrige missioner, der er blevet udviklet til rummet, såsom Solar Orbiter, Athena og OpsSat.

"Concurrent engineering involverer at samle alle nødvendige eksperter i et enkelt rum for at arbejde sammen i realtid, " forklarer Massimo Bandechhi, grundlægger af CDF.

Ligesom et missionskontrolhold, ekspertrepræsentanter for alle rumfartøjssystemer mødes, herunder strukturer og konfiguration, mekanismer, flyve dynamik, strøm, termisk kontrol og fremdrift, samt specialister i teknisk risiko, organisation og cost engineering. Dette kombinerede team arbejder på et design, der opfylder målene for missionen inden for den fastsatte masse, omkostninger og tidsfrister.

"Samarbejde er baseret på en delt softwaremodel for missionen. Denne models konfiguration opdateres, efterhånden som enhver ændring af undersystemet foretages, viser virkningerne af hver opdatering på systemniveau for alle på én gang. Med alle discipliner, der bidrager på samme tid og sted, vi tackler problemer fra alle synsvinkler, at vende en naturligt sekventiel proces til noget mere 'samtidig'."

CDF udførte for nylig undersøgelser af ESA Science Directorate's tre M5-missionskandidater, at definere missionsbegreberne i detaljer og se, hvordan de ville fungere i praksis, identificere eventuelle kritiske teknologier, der er nødvendige for at gøre hver mission mulig og analysere deres sandsynlige udviklingsomkostninger, risiko og tidsplan.

EnVision

EnVision er en mission om at flyve et højopløsningsradarsystem til vores nabodrivhusplanet Venus for at detektere jordbevægelser i centimeterskala som bevis på nutidens vulkanske aktivitet, samt at bære en underjordisk radar-ekkolod og en række spektrometre til at undersøge sporgasser i dens tykke, giftig atmosfære.

CDF-undersøgelsen fandt, at venusiske forhold har konsekvenser for hovedinstrumentets design:radarfrekvensen blev valgt for at minimere interferens fra faseskiftende svovlsyredråber i atmosfæren.

Undersøgelsen overvejede kemiske og elektriske fremdriftsmuligheder for rumfartøjet, og undersøgte, hvordan EnVision kunne udnytte sin Venus atmosfære til at aerobremse i kredsløb. Rumfartøjet ville være nødt til at tage højde for den højere temperatur i Venus-kredsløbet - to gange Jordens normale - med sort maling, 10-lags flerlags isoleringsindpakning, varmerør og optiske overfladereflektorer.

Der blev også rejst termiske problemer for missionens jordsegment, med kryokøling foreslået for at maksimere antennens følsomhed for forbedret hentning af missionsresultater. EnVision studeres som en ESA-mission med betydelige bidrag fra NASA.

Theseus

Theseus, et akronym for Transient High Energy Sky og Early Universe Surveyor ville detektere røntgen- og gammastrålekilder på tværs af hele himlen. I særdeleshed, Theseus er designet til at opnå et stort gennembrud i opdagelsen af ​​Gamma Ray Burst (GRB'er) ved kosmologiske rødforskydningsskalaer.

Disse massive eksplosioner fra fjerne galakser menes at være forårsaget af sammenbruddet af supermassive stjerner fra universets første milliard år, giver indsigt i den allerførste generation af stjerner, og ved sammensmeltning af neutronstjerner - sidstnævnte type begivenheder producerer også gravitationsbølger.

Theseus ville bære et infrarødt (IR) teleskop, et blødt røntgenbillede og et røntgen- og gamma-spektrometer (eller 'y-ray'). Ved hurtigt at lokalisere hver ny transient højenergikilde inden for det infrarøde teleskops synsfelt – til en basislinje på mindre end 10 sekunder – vil Theseus være i stand til at karakterisere egenskaberne for værtsgalaksen, hvor GRB opstod – og vigtigst af alt dens afstand.

CDF-undersøgelsen placerede den i et næsten ækvatorialt lavt kredsløb om jorden for at maksimere dens kontakt med jordstationer - hvilket gjorde det muligt for den at hæve alarmen hurtigt for opfølgende terrestriske observationer. Den ville kredse med tilstrækkelig lav hældning til at minimere strålingseksponering fra den sydatlantiske anomali, et knæk i Jordens beskyttende magnetfelt.

Spica

Spica er et fælles europæisk-japansk projekt, der tilbyder betydelige forbedringer af fjern-infrarød spektroskopi og undersøgelsesmuligheder, i stand til at kigge gennem støvskyerne, der typisk skjuler stederne for stjernefødsel.

Det ville fungere fra det andet Jord-Sol Lagrange-punkt - 1,5 millioner kilometer væk fra Jorden i modsat retning fra Solen - med et aktivt afkølet teleskop på 2,5 m i diameter.

CDF-undersøgelsen omfattede en analyse af, hvordan Spica ville drage fordel af den teknologiske arv fra ESA's Herschel- og Planck-missioner såvel som af de holdningskontrolsystemer, der er nødvendige for at slå mellem dets astronomiske mål.

Der blev også givet muligheder for missionens indbyggede datalagring, kommunikationssystem og jordsegment, at returnere sine fund til jorden.

Næste skridt

Alle tre undersøgelser havde til formål at minimere brugen af ​​ny teknologi og maksimere kommercielle hyldedele, for den bedste kombination af omkostninger og risiko. Med gennemførligheden af ​​alle tre missionskoncepter etableret, de går nu videre til parallelle industrikontrakter, at producere detaljerede designs til fremtidig nedvalg.