Cygnus rumfartøj
Cygnus-rumfartøjet er et ubemandet rumfartøj til genforsyning af fragt, der er designet og drives af Orbital Sciences Corporation.
Cygnus-programmet startede som en del af NASA’s Commercial Orbital Transportation Services Program (COTS) og indgår i Commercial Resupply Services Program, når den har gennemført sin første demonstrationsflyvning.
Cygnus transporterer tryksat fragt til den internationale rumstation.
Rumsfartøjet opsendes på Orbitals Antares-raket, der letter fra Mid-Atlantic Regional Spaceport i Virginia. Cygnus er ikke i stand til at returnere lasten til Jorden og brænder op ved genindflyvningen for at bortskaffe sig selv og ikke længere nødvendige genstande fra ISS.
| Standard | Forbedret | ||
| Længde | 5.14m | 6.39m | |
| Diameter | 3.07m | 3.07m | |
| Tørre masse | 1.500kg | 1.800kg | |
| Trykvolumen | 18.9m³ | 27m³ | |
| Lastmasse | 2.000kg | 3.500kg | |
| Bortskaffelse af nyttelast | 1.200kg | 3,500kg | |
| Udholdbarhed | 2 måneder | 66 dage | |
| Solfangere | Dutch Space | ATK Ultra Flex | |
| RNDZ Nav | TriDAR | TriDAR |
Cygnus består af et trykreguleret lastmodul, der er bygget af Thales Alenia Space i Italien, og et servicemodul, der er bygget af Orbital, der er baseret på Orbitals GEOStar-satellitbus og Dawn-rumfartøjselementer for at reducere omkostninger og risici.
Cygnus er booket til en enkelt COTS-demomission til ISS og i alt otte CRS-flyvninger. På de første fire flyvninger flyver Cygnus i sin standardkonfiguration. Når Antares opgraderes med Castor 30 XL second stage, vil Cygnus overgå til sin forbedrede version for at kunne transportere mere fragt til ISS. Cygnus standard transporterer 2.000 kg fragt til ISS, mens den forbedrede version har en fragtkapacitet på 3.500 kg, begrænset af løfterakettens ydeevne.
Cygnus kan lastes med over tre tons affald og ikke længere nødvendige genstande til sin brændende tilbagevenden til Jorden.
Tryklastmodul
Cygnus standard og Cygnus forbedret bruger pressuriserede lastmoduler, der er bygget af Thales Alenia Space, Italien. Modulet er baseret på Multi Purpose Logistics Module, der blev fløjet på flere rumfærgemissioner for at levere tryksat fragt til ISS.
Det er 3,07 meter i diameter og har en længde på 3,66 meter i sin standardkonfiguration og 5,05 meter med et segment tilføjet i den forbedrede konfiguration. Standard-PCM’en har en tørvægt på 1.500 kg, og den forbedrede version vejer 1.800 kg. Der kan pakkes 2 700 kg last i standard-PCM’en, mens der i den forbedrede version kan lastes 800 kg mere. Lastmodulet har et trykbærende volumen på 18,9 kubikmeter i standardkonfigurationen og 27 kubikmeter i den forbedrede konfiguration. PCM’s strømforbrug er mindre end 850 watt.
PCM’en har en luge på 94 x 94 centimeter, der er integreret i den 127 centimeter store fælles anløbsmekanisme-ring. Som alle andre besøgsfartøjer har Cygnus den passive side af CBM’en, mens ISS er udstyret med en aktiv Common Berthing Mechanism.
PCM’en kan indeholde 3.500 kg last til bortskaffelse via destruktiv genindflyvning.
Servicemodul
Cygnus servicemodulet, der er placeret i rumfartøjets agtersektion, leverer energiproduktion &opbevaring, køretøjskontrol, fremdrift, styring og grebbefæstelse til stationens robotarm. SM er baseret på Orbitals GEOStar-satellitbus og anvender elementer fra NASA’s Dawn-rumfartøj, der blev fremstillet af Orbital. det måler 3,23 meter i diameter og 1,29 meter i højden.
SM er udstyret med deployerbare solcellepaneler, batterier og flyelektronik til energiproduktion, -lagring og -distribution. Solenergianlæggene vil generere op til 4 kilowatt elektrisk energi.
Standard Cygnus er udstyret med to solcelleanlæg med tre paneler leveret af Dutch Space. Den forbedrede Cygnus er udstyret med Ultra Flex Solar Arrays bygget af Alliant Techsystems, ATK. De cirkulære arrays udrulles ved hjælp af motorer og har et letvægtsdesign med 25 % af massen i forhold til typiske solcelleanlæg bestående af paneler. Desuden er ATK’s arrays mere kompakte, når de er stuvet sammen. Arraysene leverer 3.500 watt strøm, når Cygnus flyver i en solorienteret stilling.
SM indeholder også rumfartøjets hovedfremdrifts- og holdningskontrolsystem. Cygnus er udstyret med IHI BT-4-thrusters til manøvrer til justering af kredsløb. BT-4 blev udviklet af IHI Aerospace, Japan, og har en tørvægt på 4 kg og en længde på 0,65 meter. Motoren yder 450 newtons fremdrift ved hjælp af monomethylhydrazinbrændstof og kvælstof-tetroxid-oxidationsmiddel. Drivmidlerne opbevares i kugleformede tanke, der er tryksat med helium. Cygnus’ attitudekontrolsystem bruges til reorientering og små rendezvous-brændinger ved hjælp af 32 monopropellant-thrusters, der hver har en nominel trykindstilling på 31 newton.
Servicemodulet er også udstyret med køretøjets styrings-, navigations- og kontrolsystem samt kommunikationsudstyr til kommunikation med jordstationer, ISS og Tracking and Data Relay Satellite System.
Cygnus er udstyret med Star Trackers og et absolut GPS-system til at bestemme sin position i kredsløb under fri flyvning. Under Rendezvous med den internationale rumstation skifter Cygnus til relativ GPS for at bestemme sin position i forhold til ISS. Når Cygnus påbegynder næroperationer, begynder Cygnus at bruge sit nærnavigationssystem.
Cygnus anvender et TriDAR-system, der er udviklet af Neptec. TriDAR, eller Triangulation and LIDAR Automated Rendezvous and Docking, er et rendezvous-navigationssystem, som ikke er afhængig af nogen referencemarkeringer, der er placeret på målet. TriDAR anvender i stedet en laserbaseret 3D-sensor og termiske kameraer til at indsamle 3D-data om målet, som software sammenligner med målets kendte form af rumfartøjet. Dette gør det muligt for TriDAR at beregne relativ position, rækkevidde og relativ hastighed. Computeralgoritmen er i stand til at beregne den relative stilling med 6 frihedsgrader (6DOF) i realtid ved hjælp af en MILD-metode (More Information Less Data). “TriDAR fungerer på afstande fra 0,5 meter til over 2000 meter uden at gå på kompromis med hastighed eller præcision i begge ender af afstanden”, skriver Neptec på virksomhedens hjemmeside.
ISS set af Tridar
TriDAR’s 3D-sensor kombinerer automatisk synkron lasertrianguleringsteknologi med laserradar (LIDAR) i en enkelt pakke for at levere sporingsdata på kort og lang afstand.
Lasertrianguleringssystemet er baseret på det laserkamerasystem (LCS), der blev anvendt på rumfærgens Orbiter Boom Sensor System, som blev brugt til at udføre inspektioner af fartøjets varmeskjold i kredsløb.
TriDAR giver funktionaliteten af to 3D-scannere ved at multiplexe de to aktive undersystemers optiske baner. Den termiske billeddanner bruges til at udvide systemets rækkevidde ud over LIDAR’s operationelle rækkevidde.
TriDAR blev testet i rummet på rumfærgemissionerne STS-128, STS-131 og den sidste rumfærgeflyvning, STS-135.
Under STS-135 begyndte TriDAR at spore ISS fra 34 kilometer hele vejen gennem docking, og under uddokning leverede systemet imponerende billeder af ISS og leverede 3D- og termiske billeder af stationen som en del af den sidste rumfærgebaserede flyveomgang af ISS.
Flyveprofil
Cygnus opsendes på toppen af Orbitals Antares-raket, der sender den til en bane på 250 gange 275 kilometer med en hældning på 51,66 grader 630 sekunder efter opsendelsen. Derfra begynder Cygnus at justere sin bane og foretage fasemanøvrer for at forbinde sig med ISS, der kredser om Jorden i en højde på 410 km. I løbet af den første del af flyvningen aktiverer Cygnus sine sendere og opstiller sine solcellepaneler.
Dertil kommer, at fartøjet gennemgår en række checkouts for at sikre, at alle systemer fungerer som planlagt. Ved hjælp af stjernetrackere og GPS udfører Cygnus flere motorbrændinger for at øge sin højde for at komme tæt på ISS.
Når køretøjet er i kommunikationszonen på 28 kilometer omkring ISS, skifter det til relativ GPS og kommunikerer med GPS-systemer på ISS for at beregne sin relative position i forhold til stationen. Cygnus nærmer sig ISS på R-bjælken, idet den kommer direkte fra under ISS. Efterhånden som fartøjet kommer tættere på ISS, skifter det til sit TriDAR-nærhedsnavigationssystem for at fortsætte gennem den endelige indflyvning.
Besætningsmedlemmerne om bord på ISS kan interagere med Cygnus via besætningskontrolpanelet, hvis der skulle ske noget unormalt under Rendezvous. Når Cygnus når et punkt 10 meter fra ISS, stopper den sin indflyvning og går ind i Free Drift for at blive indfanget af Canadarm2. Rumstationens robotarm styres af ISS’s besætningsmedlemmer for at gribe rumfartøjet fast.
Når Cygnus er grebet fastgjort til nadir CBM’en på Harmony-modulet på ISS. Når det er fastgjort på plads, afsluttes lækagekontrollen, og lugerne mellem ISS og Cygnus åbnes for at give besætningsmedlemmerne adgang til lastmodulet. I løbet af den docerede mission, der typisk varer 30 dage, flytter besætningsmedlemmerne fragt fra Cygnus til ISS og fylder køretøjet med affald og ting, der ikke længere er nødvendige.
Når lukkerne er lukket igen, flytter Canadarm2 Cygnus tilbage til 10 meter og frigiver køretøjet, som derefter udfører en række motorbrændinger for at forlade ISS’ nærhed. Når Cygnus er i sikker afstand, udfører den sin deorbit-brænding for at komme tilbage i atmosfæren over Stillehavet. Under genindflyvningen går køretøjet i stykker og brænder i et vist omfang op, inden de overlevende fragmenter falder ned i Stillehavet, langt væk fra befolkede landmasser.
