La nave espacial Cygnus es una nave de reabastecimiento de carga no tripulada diseñada y operada por Orbital Sciences Corporation.
El programa Cygnus comenzó como parte del Programa de Servicios de Transporte Orbital Comercial (COTS) de la NASA y entra en el Programa de Servicios de Reabastecimiento Comercial una vez completado su primer vuelo de demostración.
Cygnus transporta carga presurizada a la Estación Espacial Internacional.
La nave es lanzada sobre el cohete Antares de Orbital que despega del Mid-Atlantic Regional Spaceport, en Virginia. Cygnus no es capaz de devolver la carga a la Tierra y se quema en la reentrada para deshacerse de sí misma y de los elementos que ya no se necesitan de la ISS.
| Estándar | Mejorado | |
| Longitud | 5.14m | 6,39m |
| Diámetro | 3,07m | 3.07m |
| Masa seca | 1.500kg | 1.800kg |
| Volumen presurizado | 18.9m³ | 27m³ |
| Masa de carga | 2.000kg | 3.500kg |
| Carga útil | 1.200kg | 3,500kg |
| Resistencia | 2 Meses | 66 Días |
| Sistemas Solares | Espacio Holandés | ATK Ultra Flex |
| RNDZ Nav | TriDAR | TriDAR |
Cygnus consiste en un Módulo de Carga Presurizado que es construido por Thales Alenia Space de Italia y un Módulo de Servicio construido por Orbital, basado en el autobús satelital GEOStar de Orbital y en los elementos de la nave espacial Dawn para reducir el coste y el riesgo.
Cygnus está reservado para una única misión de demostración COTS a la ISS y un total de ocho vuelos CRS. Durante sus primeros cuatro vuelos, Cygnus vuela en su configuración estándar. Cuando el Antares se actualice con la segunda etapa Castor 30 XL, Cygnus pasará a su versión mejorada para llevar más carga a la ISS. Cygnus estándar transporta 2.000 kg de carga a la ISS, mientras que la versión mejorada tiene una capacidad de carga de 3.500 kg, limitada por el rendimiento del vehículo de lanzamiento.
Cygnus puede cargarse con más de tres toneladas métricas de basura y artículos que ya no son necesarios para su ardiente regreso a la Tierra.
Módulo de carga presurizado
Cygnus estándar y Cygnus mejorado utilizan módulos de carga presurizados construidos por Thales Alenia Space, Italia. El módulo está basado en el Módulo Logístico Multipropósito que fue volado en múltiples misiones del Transbordador Espacial para entregar carga presurizada a la ISS.
Tiene 3,07 metros de diámetro y una longitud de 3,66 metros en su configuración estándar y 5,05 metros con un segmento añadido en la configuración mejorada. El PCM estándar tiene una masa seca de 1.500 kilogramos y la versión mejorada pesa 1.800 kg. El PCM estándar puede contener 2.700 kg de carga, mientras que la versión mejorada permite cargar 800 kg más. El módulo de carga tiene un volumen presurizado de 18,9 metros cúbicos en la configuración estándar y 27 metros cúbicos en la configuración mejorada. El consumo de energía del PCM es inferior a 850 vatios.
El PCM cuenta con una escotilla de 94 por 94 centímetros que está integrada en el anillo del mecanismo de atraque común de 127 centímetros. Al igual que el resto de los vehículos visitantes, Cygnus cuenta con el lado pasivo del CBM, mientras que la ISS está equipada con un Mecanismo de Atraque Común activo.
El PCM es capaz de albergar 3.500 kg de carga para su eliminación mediante reentrada destructiva.
Módulo de Servicio
Situado en la sección de popa de la nave, el Módulo de Servicio Cygnus proporciona almacenamiento de generación de energía &, control del vehículo, propulsión, guía y el Grapple Fixture para el brazo robótico de la Estación. El SM se basa en el bus satelital GEOStar de Orbital y utiliza elementos de la nave espacial Dawn de la NASA, fabricada por Orbital. Mide 3,23 metros de diámetro y 1,29 metros de altura.
El SM está equipado con conjuntos solares desplegables, baterías y aviónica para la generación, el almacenamiento y la distribución de energía. Los paneles solares generarán hasta 4 kilovatios de energía eléctrica.
El Cygnus estándar cuenta con dos paneles solares de tres caras proporcionados por Dutch Space. El Cygnus mejorado cuenta con conjuntos solares Ultra Flex construidos por Alliant Techsystems, ATK. Los arrays circulares se despliegan mediante motores de accionamiento y tienen un diseño ligero con un 25% de la masa de los típicos arrays solares de paneles. Además, los conjuntos de ATK son más compactos cuando se guardan. Los conjuntos suministran 3.500 vatios de potencia cuando Cygnus vuela en actitud de orientación hacia el sol.
El SM también contiene el sistema principal de propulsión y control de actitud de la nave. Cygnus cuenta con propulsores IHI BT-4 para las maniobras de ajuste de órbita. El BT-4 fue desarrollado por IHI Aerospace, Japón, y tiene una masa seca de 4 kilogramos y una longitud de 0,65 metros. El motor proporciona 450 newtons de empuje utilizando combustible de monometilhidracina y oxidante de tetróxido de nitrógeno. Los propulsores se almacenan en tanques esféricos presurizados con Helio. El Sistema de Control de Actitud de Cygnus se utiliza para la reorientación y pequeñas quemas de encuentro utilizando 32 propulsores monopropulsores cada uno con un ajuste de empuje nominal de 31 Newtons.
El Módulo de Servicio también está equipado con el sistema de Guiado, Navegación y Control del vehículo así como con equipos de comunicaciones para comunicarse con las estaciones terrestres, la ISS y el Sistema de Satélites de Seguimiento y Retransmisión de Datos.
Cygnus está equipado con rastreadores estelares y un sistema GPS absoluto para determinar su posición en órbita durante el vuelo libre. Durante el encuentro con la Estación Espacial Internacional, Cygnus cambia al GPS relativo para determinar su posición respecto a la ISS. Al comenzar las operaciones de proximidad, Cygnus comienza a utilizar su sistema de navegación de proximidad.
Cygnus utiliza un sistema TriDAR desarrollado por Neptec. TriDAR, o Triangulation and LIDAR Automated Rendezvous and Docking, es un sistema de navegación de encuentro que no depende de ningún marcador de referencia colocado en su objetivo. En su lugar, TriDAR utiliza un sensor 3D basado en láser e imágenes térmicas para recopilar datos 3D de su objetivo que se comparan mediante un software con la forma conocida de la nave espacial objetivo. Esto permite al TriDAR calcular la posición relativa, el alcance y la velocidad relativa. El algoritmo informático es capaz de calcular la posición relativa de 6 grados de libertad (6DOF) en tiempo real utilizando un enfoque de Más Información Menos Datos (MILD). «TriDAR funciona a distancias que van desde 0,5 metros hasta más de 2.000 metros sin sacrificar la velocidad ni la precisión en ninguno de los extremos del rango», afirma Neptec en la web de la empresa.
ISS visto por Tridar
El sensor 3D de TriDAR combina la tecnología de triangulación láser autosincrónica con el radar láser (LIDAR) en un solo paquete para proporcionar datos de seguimiento a corto y largo alcance.
El sistema de triangulación láser se basa en el Sistema de Cámara Láser (LCS) utilizado en el sistema de sensores de la pluma del transbordador espacial que se utilizó para realizar inspecciones del escudo térmico del vehículo en órbita.
TriDAR proporciona la funcionalidad de dos escáneres 3D mediante la multiplexación de las trayectorias ópticas de los dos subsistemas activos. La cámara térmica se utiliza para ampliar el alcance del sistema más allá del rango operativo del LIDAR.
TriDAR se probó en el espacio en las misiones del transbordador espacial STS-128, STS-131 y en el último vuelo del transbordador, STS-135.
Durante la misión STS-135, TriDAR comenzó a rastrear la ISS desde 34 kilómetros hasta el momento del acoplamiento, y durante el desacoplamiento, el sistema proporcionó impresionantes imágenes de la ISS, proporcionando imágenes 3D y térmicas de la Estación como parte del último sobrevuelo de la ISS con el transbordador.
Perfil de vuelo
Cygnus es lanzado sobre el cohete Antares de Orbital que lo lleva a una órbita de 250 por 275 kilómetros con una inclinación de 51,66 grados 630 segundos después del lanzamiento. A partir de ahí, Cygnus comienza a realizar ajustes en la órbita y maniobras de sincronización para enlazar con la ISS, que orbita la Tierra a una altura de 410 kilómetros. En el transcurso de la primera parte del vuelo, Cygnus activa sus transmisores y despliega sus paneles solares.
Además, el vehículo se somete a una serie de comprobaciones para asegurarse de que todos los sistemas funcionan según lo previsto. Utilizando los rastreadores estelares y el GPS, Cygnus realiza varias quemas de motor para aumentar su altitud y acercarse a la ISS.
Una vez en la zona de comunicaciones de 28 kilómetros alrededor de la ISS, el vehículo cambia a GPS relativo, comunicándose con los sistemas GPS de la ISS para calcular su posición relativa respecto a la estación. Cygnus se aproxima a la ISS en la barra R, viniendo directamente desde abajo de la ISS. A medida que el vehículo se acerca a la ISS, cambia a su sistema de navegación de proximidad TriDAR para continuar con la aproximación final.
Los miembros de la tripulación a bordo de la ISS pueden interactuar con Cygnus a través del panel de mando de la tripulación en caso de que ocurra algo fuera de lo normal durante el encuentro. Una vez alcanzado un punto a 10 metros de la ISS, Cygnus detiene su aproximación y entra en Deriva Libre para ser capturado por Canadarm2. El brazo robótico de la estación espacial es controlado por los miembros de la tripulación de la ISS para agarrar la nave espacial.
Una vez agarrada, Cygnus es atracada al CBM nadir del módulo Harmony de la ISS. Una vez asegurado en su lugar, se completan las comprobaciones de fugas y se abren las escotillas entre la ISS y Cygnus para que los miembros de la tripulación puedan acceder al módulo de carga. En el transcurso de su misión acoplada, que suele ser de 30 días, los miembros de la tripulación trasladan la carga de Cygnus a la ISS y cargan el vehículo con basura y artículos que ya no se necesitan.
Una vez que las escotillas se cierran de nuevo, el Canadarm2 mueve Cygnus de vuelta a 10 metros y libera el vehículo que, a continuación, lleva a cabo una serie de quemas de motor para salir de las proximidades de la ISS. Una vez a una distancia segura, Cygnus realiza su quemado de órbita para volver a entrar en la atmósfera sobre el Océano Pacífico. Durante la reentrada, el vehículo se rompe y se quema en cierta medida antes de que los fragmentos supervivientes caigan en el Pacífico, lejos de las masas terrestres pobladas.
