准备征服木卫四:JUICE以完美无瑕的技巧完成飞越测试

准备征服木卫四:JUICE以完美无瑕的技巧完成飞越测试 欧空局的木星冰月探测器(Juice)将于2032年6月首次瞥见古老的、布满火山口的木卫四(Callisto),并在2034年最后一次飞越之前21次呼啸而过该卫星。在这些近距离接触中,"Juice"将收集有关月球的珍贵科学宝藏。图片来源:欧空局这看似遥远,但在航天器运行的世界里,任何时候开始准备都不嫌早。位于德国的欧空局 ESOC 任务运行中心的团队最近"欺骗"了 Juice 的工程模型,让它以为自己已经在木卫四,以便对任务的自主导航软件进行测试。当"Juice"号抵达木卫四时,地球和木星系统之间巨大的通信延迟意味着,一旦出现问题,它将无法等待任务控制中心的回复。虽然我们对 2031 年 4 月木卫四的位置有一个很好的概念,但我们对其位置的了解还不够精确,无法保证"Juice"号的轨迹将以完全正确的方式穿过木卫四的引力场,从而完美地进行高精度的科学测量。在木星和地球之间发送和接收信息所需的时间里,Juice 遥感仪器的指向可能会偏离轨道,以至于错过科学研究,影响关键任务目标的实现。欧空局的"Juice"号航天器正在前往木星的途中,但它的"双胞胎"最近也完成了自己的特殊旅程,抵达了欧空局 ESOC 任务控制中心的新家。图片来源:欧空局即使是微小的偏差也会对科学产生可怕的影响,因为"Juice"号的一些仪器需要对准木卫四的特定区域,误差必须在极小的几分之一度之内,才能进行测量。"我们需要"JUICE"号能够用自己的"眼睛"和"大脑"做出反应,"飞行操作主管伊格纳西奥-坦科(Ignacio Tanco)说。"当木卫四号出现在其导航相机的视野中时,它需要能够识别月球表面的重要特征,旋转自身以将仪器对准它们,然后继续旋转,以便在飞过时将它们保持在视野中"。欧空局的团队驾驶航天器飞往太阳系中令人兴奋的新目的地。为了进行重要活动的训练,并帮助诊断和解决数百万公里外的航天器遇到的问题,他们使用了留在地球上的独一无二的复制品。这个"工程模型"是被送往深空的硬件、软件、电气系统和仪器的精确复制品。"Juice"团队用它的工程模型来测试自主导航软件,该软件将使"Juice"号在木星系统中保持正常运行。他们将一系列月球图像投射到"Juice号"忠实地复制的航天器导航相机上,欺骗"Juice",让它以为自己在木卫四,看看它将如何反应。计算机生成的木星卫星木卫四图像之一,用于在 2024 年 3 月测试 Juice 工程模型的能力。当"Juice"在2031年经过真正的木卫四时,科学家们将看到这个神秘的、布满火山口的外星世界,这就是航天器导航相机所看到的木卫四。图片来源:欧空局/空中客车这些由计算机模型生成的高分辨率图像描绘了"Juice"七年后抵达时将看到的木卫四的准确方位和相位。欧空局航天器运行工程师朱利奥-平赞(Giulio Pinzan)说:"这并不像提前准备图像和在导航相机前播放视频那么简单。导航软件必须对这些图像做出反应。如果它发现接近木卫四的角度不对或朝向稍有错误,它就必须在没有我们帮助的情况下尝试纠正这些错误,这意味着木卫四的视图必须对航天器的行动做出实时反应。我们实际上是在'Juice'的摄像头上绑上了一个沉浸式VR头显,让它在这个虚拟空间里独立移动。"来自欧空局和 Juice的制造商空中客车公司的团队为木卫四飞越测试分配了三天时间。航天器操作员、科学家以及机械、电气和软件工程师都预计要花费数天的时间来遇到和解决问题,最终实现干净利落的飞越,使 Juice 完全按照他们的要求做出反应。让这次测试更具挑战性的是,他们无法使用航天器操作工具包中最重要的工具之一。通常,在对航天器的物理工程模型进行类似的复杂测试之前,首先要在没有物理部件的全数字软件模拟器上进行测试。大多数问题都是在模拟器上遇到和解决的,只有当操作人员已经对测试结果有了很好的了解时,才会在物理工程模型上进行测试。欧空局航天器运行工程师 Giulio Pinzan 在 ESOC 的 Juice 工程模型前。工程模型用于测试航天器的操纵,诊断和解决飞行模型在数百万公里之外遇到的任何问题。Juice"工程模型位于飞行模型控制室旁边大楼内的一个气候控制设施中。图片来源:欧空局朱利奥-平赞说:"但这种情况非常复杂,目前无法用 Juice 软件模拟器进行模拟。我们完全是在盲目地进行这次测试"。然而,尽管他们满怀期待,团队还是在第一天的首次尝试中取得了成功。"Juice"的导航软件锁定了木卫四的正确区域,使其仪器直接对准这些区域,并在艰难的飞越过程中安全地保持了正确的轨迹。朱利奥说:"我们真的要特别表扬一下我们的飞行动力学团队。他们的数学计算准确无误,使我们能够在第一次尝试时就顺利完成飞越,尽管他们通常缺乏使用软件模拟器进行实验的经验。这真的太神奇了。他们连我们自己都感到惊讶。"空客团队也做得非常出色,他们及时为测试建立了工程模型,同时还为我们提供了正确操作自主导航系统所需的所有细节"。这段视频展示了"朱利斯"号飞越地月系统的过程。这被称为"月地重力辅助"(LEGA),在世界上尚属首次:"JUICE"号通过执行这一机动在月球上进行重力辅助飞越,1.5 天后再飞越地球将能够在旅途中节省大量推进剂。图片来源:ESA/Lightcurve Films/R. 安德烈斯木卫四飞越是"Juice"号将面临的最艰巨的任务之一,也是工程模型最难设置和执行的任务之一。二月份,模型从法国空中客车公司运到德国 ESOC。随着最后一次测试的顺利完成,该模型现已完全安装完毕,欧空局团队已接受了如何使用该模型的全面培训,并已正式移交。Juice 小组现在需要通过在太空中进行类似的测试来确认飞行模型的行为与工程模型完全相同。不过,只有在飞越行星时才有机会用 Juice 的导航相机跟踪大型物体。即将于今年 8 月进行的月地引力辅助测试不在此次测试之列。在这次双星飞越中,"JUICE"号将飞越月球,然后在不到 24 小时后飞越地球,以便迅速从两个天体中获取能量。这是一个从未尝试过的非常微妙的操作,所有人员都需要做好准备,随时应对任何异常情况。编译自/scitechdaily ... PC版: 手机版:

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NASA“欧罗巴快船”准备工作进展顺利 半年内走上探索木卫二的旅程 从火箭飞行时的剧烈震动,到太空中的酷热和严寒,再到木星的辐射,这将是一次极端之旅。该航天器最近在位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室进行了一系列严酷的测试,以确保它能够应对挑战。这些试验被称为环境测试,模拟航天器将面临的环境,使其经受震动、寒冷、无空气、电磁场等环境的考验。喷气推进实验室的乔丹-埃文斯(JordanEvans)是这次任务的项目经理,他说:"这是发现任何缺陷的最后一次大型测试。我们的工程师执行了一系列精心设计且极具挑战性的测试,使系统经受住了考验。我们发现,航天器能够应对发射期间和发射后的环境。该系统的表现非常出色,运行情况符合预期。"二月份,在热真空测试开始之前,我们在 JPL 的 25 英尺太空模拟器中看到了欧罗巴快船号。一系列测试确保美国国家航空航天局(NASA)的航天器能够经受住极端炎热、寒冷和无空气的太空环境。图片来源:NASA/JPL-Caltech欧罗巴快船号的最新环境测试也是最复杂的测试之一,需要16天才能完成。该航天器是美国宇航局为行星任务建造的最大的航天器,也是挤进 JPL 具有历史意义的 85 英尺高、25 英尺宽(26 米乘 8 米)的热真空室(TVAC)的最大航天器之一。该真空室被称为25 英尺太空模拟器,可以在内部创造出近乎完美的真空环境,模拟太空中没有空气的环境。与此同时,工程师们还对硬件进行了测试,以模拟当飞船靠近地球时,欧罗巴号快船面向太阳的一侧将经历的高温。太空模拟器底部的强力灯发出的光束从顶部的巨大镜面上弹射出来,模拟出航天器将承受的高温。看工程师和技术人员将 NASA 的欧罗巴号快船移入 JPL 的热真空室。资料来源:NASA/JPL-Caltech为了模拟远离太阳的旅程,他们将灯调暗,并在舱壁上填充液氮管,使其冷却到仿太空的温度。然后,研究小组用大约 500 个温度传感器(每个传感器都是手工安装的)对飞船进行监测,测量飞船是否能够自我取暖。TVAC 标志着环境测试达到了顶峰,其中包括一系列测试,以确保组成航天器的电气和磁性元件不会相互干扰。轨道器还进行了振动、冲击和声学测试。在振动测试中,航天器被反复上下左右摇晃,就像它在升空过程中在SpaceX猎鹰重型火箭上受到的颠簸一样。冲击测试使用了烟火,以模拟航天器与火箭分离执行任务时的爆炸冲击。最后,声学测试确保"欧罗巴快船号"能够承受发射时的噪音,因为如果航天器不够坚固,火箭发出的隆隆声可能会损坏航天器。埃文斯说:"虽然还有很多工作要做,但我们已经走上了按时发射的轨道。这次测试如此成功是一个巨大的积极因素,有助于我们更轻松地休息。"美国国家航空航天局(NASA)的"欧罗巴号快船"于二月份被吊入 JPL 的太空模拟器。热真空测试持续了16天,确保航天器能够承受恶劣的太空条件。图片来源:NASA/JPL-Caltech今年春季晚些时候,飞船将被运往美国宇航局位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心。在那里,工程师和技术人员团队将抓紧时间进行最后的准备工作。欧罗巴快船号的发射期从 10 月 10 日开始。升空后,航天器将向火星飞去,到 2025 年 2 月底,航天器将足够接近火星,利用红色星球的引力增加动力。此后,太阳能飞船将于 2026 年 12 月返回地球,从我们地球的引力场中获得另一次弹弓式助推。然后,它将前往外太阳系,"欧罗巴快船"将于2030年抵达木星。该航天器将环绕这颗气体巨行星飞行,途中将飞越木卫二49次,最接近月球表面16英里(25公里),利用其强大的科学仪器收集数据。收集到的信息将告诉科学家更多有关月球内部水的信息。1 月,在 JPL 航天器组装设施内的 1 号高湾洁净室中,可以看到 NASA 的"欧罗巴快船号"。航天器周围的帐篷是为了支持电磁测试而搭建的,这也是一系列环境测试的一部分。图片来源:NASA/JPL-Caltech ... PC版: 手机版:

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Gravitics技术公司为未来的巨型航天器准备了一个测试平台 但有一个问题:目前的航天器测试制度主要针对直径为 4 米或更小的有效载荷。这给 Gravitics 这样的公司带来了特别的问题,该公司正在开发一系列直径从 4 米到 8 米的空间站模块,希望这些模块能成为人类太空探索下一篇章的基石。因此,该公司正在积极行动起来。本周早些时候,Gravitics 公司宣布与美国国家航空航天局(NASA)签署了一项新协议,以解决大型航天器测试和鉴定方法匮乏的问题。这些鉴定测试包括热、真空、振动和声学测试,目的是确保航天器能够在恶劣的发射环境和更加恶劣的太空环境中生存。因此,为大型航天器制定测试和标准至关重要。对于那些希望在低地球轨道上建立下一代私人空间站的私营公司来说,这一点尤为重要。由于这些即将发射的火箭运载能力更大,这些团队几乎肯定会放弃美国国家航空航天局(NASA)历时 10 年、执行了 30 多次任务的国际空间站组装方法,转而发射数量更少的超大模块。"我们开玩笑说,我们希望做好准备,提供从斯托克到星际飞船,从三米到八米的模块。"Gravitics 公司首席执行官科林-多凡(Colin Doughan)在最近的一次采访中说:"我们很高兴能与美国国家航空航天局(NASA)等机构合作,帮助确保我们能建立起这些能力,并在运载火箭准备就绪、客户也准备好时,将它们送入轨道。"其中一个例子是振动测试,其目的是模拟发射引起的振动,确保航天器在发射后仍能正常工作。较小的航天器通常使用振动台进行测试,但这些振动台无法承载非常大的航天器,也无法产生振动(或"激发")如此大质量所需的力。目前的测试模式还对便携性做了一定的假设,公司通常需要将航天器送到全国各地不同的测试中心当测试的航天器有 8 米宽时,这项任务就变得更具挑战性。多凡明确表示,这项新协议并不意味着美国宇航局(以及其他所有人)将在这一过程中形成一个受其约束的标准。这也并不意味着美国宇航局特别认可引力技术。但至少,这将确保该公司有一条获得 NASA 批准的途径来推出自己的产品。如果一切顺利,两个组织共同验证新的测试方法,这将有助于建立一个标准。Gravitics公司的联合创始人兼首席营销官迈克-德罗莎(Mike DeRosa)在一封电子邮件中说:"当你开始考虑巨型空间站模块、栖息地、运输工具和其他空间基础设施时,能力就会增加。即使像太空望远镜这样的东西也会越来越大,并将为我们的文明带来更大的价值。这些东西也需要进行飞行认证,而建立成功的方法和标准的过程就是从 Gravitics 正在进行的工作开始的。" ... PC版: 手机版:

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