PROBA-3 formatievliegen wordt getest op aarde
De twee Proba-3-satellieten stonden tegenover elkaar in een cleanroom terwijl camera's, LED's, een laser en schaduwsensoren op hun beurt werden geactiveerd, waarbij de systemen werden getest waarmee het paar hun precieze posities ten opzichte van elkaar kan waarnemen, waardoor deze precies in een baan om de aarde kunnen worden opgesteld tot een enkele millimeter.
Wanneer twee satellieten zich tot op enkele honderden meters van elkaar wagen, is de gebruikelijke reactie een manoeuvre om botsingen te vermijden. Maar ESA 's dubbelsatelliet Proba-3 zal een soort gecontroleerde dans in een baan om de aarde uitvoeren, waarbij de twee elementen zo dicht mogelijk bij 25 m uit elkaar komen.
In lijn met de zon
Het paar zal op ongeveer 150 meter van elkaar in lijn zijn met de zon om een schaduw van de ene satelliet naar de andere te werpen, waardoor langdurige kunstmatige zonsverduisteringen ontstaan om de zwakke buitenatmosfeer van de zon te onthullen zonder verblind te worden door de helderheid ervan.
Hoe zal dit mogelijk zijn? Net als autonome auto's op aarde maken de Proba-3-satellieten gebruik van meerdere sensoren die verschillende technologieën gebruiken om hun posities ten opzichte van elkaar af te leiden.
Al deze systemen moeten perfect werken om de missie te laten slagen - dus werden deze voor het eerst samen met de ruimtevaartsoftware getest in de cleanroom van Redwire in Kruibeke bij Antwerpen in België.
Access the video
“Proba-3 is een formatievliegende demonstratiemissie, en deze systemen vormen echt de kern van de missie”, legt ESA software- en systeemingenieur Teodor Bozhanov uit.
"Om de positie van de twee satellieten tot de nodige precisie te behouden, moeten we opeenvolgende specifieke stappen volgen. Uitgaande van optische waarnemingen gaan we over naar lasermetrologie en uiteindelijk detecteren we de schaduw die van de ene satelliet naar de andere wordt geworpen. Als een van deze stappen geen succes is, kunnen we niet verder met de volgende."
Satellieten tegenover elkaar
De twee Proba-3-platforms werden iets meer dan 15 meter van elkaar geplaatst - de maximale afstand die beschikbaar is binnen de beperkte omgeving van de Redwire-cleanroom - hoewel het paar in de ruimte ongeveer tien keer verder uit elkaar zal vliegen wanneer de formatievliegsystemen van de missie in gebruik worden gesteld.
Personeel van Proba-3 hoofdaannemer Sener in Spanje sloot zich aan bij de Redwire- en ESA-teams voor de testcampagne van een week, samen met experts van het Deense ruimteonderzoeksinstituut DTU Space, dat het op visie gebaseerde sensorsysteem van Proba-3 produceerde.
Radio-, satelliet- en sterrennavigatie
Het paar zal gedurende hun hele baan worden verbonden met behulp van een op radio gebaseerd intersatellietverbindingssysteem van Tekever in Portugal, waarbij de afstand tot elkaar voortdurend wordt bijgewerkt.
Deze zullen ook de absolute posities in de ruimte in kaart brengen met behulp van speciaal ontworpen satellietnavigatie-ontvangers, die rekening moeten houden met het feit dat de zeer elliptische baan van Proba-3 op 60.000 km hoogte dwars door de banen van de Satnav-constellaties zal gaan, hoog de ruimte in.
Ten slotte is het paar ook uitgerust met stertrackers - computergekoppelde camera's die de constellaties om hen heen herkennen om de “houding” van elke satelliet, of de huidige wijzende richting in de ruimte, te onthullen.
LED's, camera's, laser - de juiste positie aannemen
Het is zodra de satellieten dichter dan ongeveer 250 meter van elkaar komen dat de relatieve navigatiesystemen die worden gebruikt voor precieze formatievliegen in het spel komen. Deze zijn tijdens deze testcampagne voortdurend getest.
De eerste stap is het op visie gebaseerde sensorsysteem. Een groothoekcamera wordt gebruikt om een LED-patroon op de andere satelliet te volgen en biedt relatief grove informatie over de afstand van de satellieten tot elkaar, evenals aanvullende informatie over de houding.
Dit wordt aangevuld met een narrow-angle camera die wordt aangesloten op een tweede, veel kleiner LED-patroon. Hierdoor wordt een relatieve positioneringsinformatie gegeven tot op een schaal van ongeveer één centimeter.
Millimeternauwkeurigheid bereikt
Vervolgens in volgorde, de Fine Lateral and Longitudinal Sensor op Proba-3's Occulter-ruimtevaartuig schijnt een laser in de richting van een hoekkubus retro-reflector op het gezicht van de Coronagraph-ruimtevaartuig, die op zijn beurt wordt teruggekaatst naar de Occulter. Deze FLLS biedt relatieve positionering tot op millimeternauwkeurigheid.
De laatste positioneringstechnologie is het Shadow Positioning Sensor systeem, gebaseerd op fotodetectoren rond de lens die het belangrijkste coronagraafinstrument van Proba-3 zal gebruiken om de omringende corona van de zon te monitoren.
Als de schaduw van ongeveer 5 cm diameter correct wordt gegoten, gecentreerd op de Coronagraph, moet deze aan alle kanten evenveel verlicht worden; elke discrepantie zou een correctie veroorzaken.
Eerste gecombineerde test
“Al deze systemen zijn al eerder getest op eenheidsniveau en in simulaties”, zegt Jonathan Grzymisch, ESA guidance, navigation and control engineer. "Maar dit was echt de eerste keer dat al onze hardware en software samen werden gebruikt, omdat het in de ruimte moet functioneren. Het navigatiesysteem verwerkte de werkelijke hardware inputs, in volgorde van grovere metingen tot steeds fijnere metrologie.
"De beperkte omvang waarmee we werkten, leidde tot een complexe testopstelling, omdat we in feite de software voor geleiding, navigatie en besturing misleiden om buiten het operationele domein te werken. Zo gebruikten we een robot van ons Guidance, Navigation and Control Lab bij ESTEC in Nederland om een laserretroreflector vast te houden, omdat de testopmaak geen uitlijning toestond met de echte op de Coronagraph- satelliet.
"In het geval echter verliep de test vrij soepel, waardoor we een stap dichter bij de startgereedheid kwamen. De volgende keer dat al deze systemen samen draaien, zal dit in de ruimte zijn, nadat de missie start."
PROBA-3 wordt dit najaar gelanceerd op een Indiase PSLV-XL-draagraket.
