Cygnus-avaruusalus
Cygnus-avaruusalus on Orbital Sciences Corporationin suunnittelema ja operoima miehittämätön rahdin täydennystoimitusalus.
Cygnus-ohjelma käynnistyi osana NASAn Commercial Orbital Transportation Services Program (COTS) -ohjelmaa, ja se siirtyy kaupallisten täydennystoimituspalveluiden ohjelmaan, kun se on suorittanut ensimmäisen esittelylentonsa.
Cygnus kuljettaa paineistettua rahtia kansainväliselle avaruusasemalle.
Avaruusalus laukaistaan Orbitalin Antares-raketilla, joka nousee ilmaan Mid-Atlanticin alueellisesta avaruuskeskuksesta Virginiassa. Cygnus ei kykene palauttamaan lastia Maahan, vaan se palaa palatessaan ja hävittää itsensä ja ISS:n tarpeettomaksi käyneet tavarat.
| Standardi | Enhanced | |
| Pituus | 5.14m | 6.39m |
| Halkaisija | 3.07m | 3.07m |
| Kuiva massa | 1,500kg | 1,800kg |
| Paineistettu tilavuus | 18.9m³ | 27m³ |
| Lastimassa | 2,000kg | 3,500kg |
| Hyötykuorma | 1,200kg | 3,500kg |
| Kestävyys | 2 kuukautta | 66 päivää |
| Solar Arrays | Hollantilainen avaruus | ATK Ultra Flex |
| RNDZ Nav | TriDAR | TriDAR |
Cygnus koostuu italialaisen Thales Alenia Spacen rakentamasta paineistetusta lastimoduulista ja Orbitalin rakentamasta huoltomoduulista, joka perustuu Orbitalin GEOStar-satelliittiväylään ja Dawn-avaruusaluksen elementteihin kustannusten ja riskien vähentämiseksi.
Cygnus on varattu yhdelle COTS-demolennolle ISS:lle ja yhteensä kahdeksalle CRS-lennolle. Neljällä ensimmäisellä lennollaan Cygnus lentää vakiokokoonpanossaan. Kun Antaresia päivitetään Castor 30 XL -kakkosvaiheella, Cygnus siirtyy parannettuun versioonsa kuljettamaan enemmän rahtia ISS:lle. Cygnuksen vakiomalli kuljettaa ISS:lle 2 000 kiloa rahtia, kun taas parannetun version rahtikapasiteetti on 3 500 kiloa, mutta sitä rajoittaa kantoraketin suorituskyky.
Cygnus voidaan lastata yli kolmella tonnilla roskia ja tarpeettomia esineitä sen palatessa tulisesti Maahan.
Pressurized Cargo Module
Cygnus standard ja Cygnus enhanced käyttävät italialaisen Thales Alenia Space -yhtiön valmistamia paineistettuja lastimoduuleja. Moduuli perustuu monikäyttöiseen logistiikkamoduuliin (Multi Purpose Logistics Module), joka lennettiin useissa avaruussukkulalennoissa toimittamaan paineistettua rahtia ISS:lle.
Moduuli on halkaisijaltaan 3,07 metriä ja pituudeltaan 3,66 metriä vakiokokoonpanossaan ja 5,05 metriä lisättynä yhdellä segmentillä tehostetussa kokoonpanossa. Vakiomallin PCM:n kuivamassa on 1 500 kiloa ja parannetun version paino on 1 800 kiloa. Vakiomalliseen PCM:ään voidaan pakata 2 700 kilogrammaa lastia, kun taas parannettuun versioon voidaan lastata 800 kilogrammaa enemmän. Lastimoduulin paineistettu tilavuus on 18,9 kuutiometriä vakiokokoonpanossa ja 27 kuutiometriä parannetussa kokoonpanossa. PCM:n virrankulutus on alle 850 wattia.
PCM:ssä on 94 x 94 senttimetrin kokoinen luukku, joka on integroitu 127 senttimetrin kokoiseen yhteiseen kiinnitysmekanismin kehään. Kuten kaikissa muissakin vierailevissa aluksissa, Cygnuksessa on CBM:n passiivinen puoli, kun taas ISS:ssä on aktiivinen Common Berthing Mechanism.
PCM:ään mahtuu 3500 kiloa rahtia, joka voidaan hävittää tuhoavalla uudelleentulolla.
Palvelumoduuli
Avaruusaluksen peräosassa sijaitseva Cygnus-huoltomoduuli huolehtii sähköntuotannosta & varastoinnista, kulkuneuvon ohjauksesta, työntövoimasta, ohjauksesta ja aseman robottikäsivarren Grapple Fixturesta. SM perustuu Orbitalin GEOStar-satelliittiväylään, ja siinä käytetään Orbitalin valmistaman NASA:n Dawn-avaruusaluksen elementtejä. se on halkaisijaltaan 3,23 metriä ja korkeudeltaan 1,29 metriä.
SM on varustettu käyttöönotettavilla aurinkopaneeleilla, akuilla ja ilmailuelektroniikalla sähköntuotantoa, -varastointia ja -jakelua varten. Aurinkopaneelit tuottavat jopa 4 kilowatin sähkötehon.
Vakiomallisessa Cygnuksessa on kaksi kolmen paneelin aurinkopaneelia, jotka Dutch Space on toimittanut. Parannetussa Cygnuksessa on Alliant Techsystems ATK:n rakentamat Ultra Flex -aurinkopaneelit. Ympyränmuotoiset matriisit otetaan käyttöön ajomoottoreiden avulla, ja ne ovat rakenteeltaan kevyitä, ja niiden massa on 25 prosenttia pienempi kuin tyypillisten paneeleista koostuvien aurinkopaneelien massa. Lisäksi ATK:n aurinkopaneelit ovat pakkautuneina kompaktimpia. Ristikot tuottavat 3 500 watin tehon, kun Cygnus lentää aurinkoa kohti suunnatussa asennossa.
SM sisältää myös avaruusaluksen päävoima- ja asento-ohjausjärjestelmän. Cygnuksessa on IHI BT-4 -työntökoneet kiertoradan säätömanöövereitä varten. BT-4:n on kehittänyt japanilainen IHI Aerospace, ja sen kuivamassa on 4 kiloa ja pituus 0,65 metriä. Moottori tuottaa 450 newtonin työntövoiman käyttäen monometyylihydratsiinipolttoainetta ja typpitetroksidin hapetinta. Polttoaineet on varastoitu pallomaisiin säiliöihin, jotka on paineistettu heliumilla. Cygnuksen asento-ohjausjärjestelmää käytetään uudelleensuuntautumiseen ja pieniin kohtaamispolttoihin käyttäen 32 monopropellanttoainetta sisältävää työntövoimalaitetta, joiden kunkin nimellinen työntövoima-asetus on 31 Newtonia.
Huoltomoduuliin on asennettu myös aluksen ohjaus-, navigointi- ja valvontajärjestelmä sekä viestintälaitteet yhteydenpitoa varten maanpäällisiin asemiin, ISS:ään ja seurantasatelliitti- ja tiedonsiirtosatelliittijärjestelmään.
Cygnus on varustettu tähtiseurantalaitteilla ja absoluuttisella GPS-järjestelmällä, joiden avulla sen sijainti kiertoradalla määritetään vapaan lennon aikana. Kansainvälisen avaruusaseman Rendezvous-järjestelmän aikana Cygnus siirtyy suhteelliseen GPS-järjestelmään määrittääkseen sijaintinsa suhteessa ISS:ään. Kun Cygnus aloittaa lähestymisoperaatiot, se alkaa käyttää lähestymisnavigointijärjestelmäänsä.
Cygnus käyttää Neptecin kehittämää TriDAR-järjestelmää. TriDAR eli Triangulation and LIDAR Automated Rendezvous and Docking, eli kolmiomittaus ja LIDAR-automaattinen kohtaamis- ja telakointijärjestelmä, on kohtaamispaikkanavigointijärjestelmä, joka ei tukeudu mihinkään kohteeseen sijoitettuihin referenssimerkkeihin. Sen sijaan TriDAR käyttää laserpohjaista 3D-anturia ja lämpökameroita kerätäkseen kohteesta 3D-tietoja, joita ohjelmisto vertaa kohdeavaruusaluksen tunnettuun muotoon. Näin TriDAR voi laskea suhteellisen sijainnin, etäisyyden ja suhteellisen nopeuden. Tietokonealgoritmi pystyy laskemaan 6 vapausasteen (6DOF) suhteellisen asennon reaaliajassa käyttäen MILD-lähestymistapaa (More Information Less Data). ”TriDAR toimii etäisyyksillä, jotka vaihtelevat 0,5 metristä yli 2000 metriin, uhraamatta nopeutta tai tarkkuutta kantaman kummassakaan päässä”, Neptec kertoo yrityksen verkkosivuilla.
ISS seen by Tridar
TriDARin 3D-anturissa yhdistyvät autosynkroninen lasertriangulaatiotekniikka ja lasertutka (LIDAR) samassa paketissa, ja se tuottaa seurantatietoa lyhyellä ja pitkällä etäisyydellä.
Laser-triangulaatiojärjestelmä perustuu avaruusaluksen Orbiter Boom -anturijärjestelmässä käytettyyn laserkamerajärjestelmään (Laser Camera System, LCS), jota käytettiin ajoneuvon lämpösuojan tarkastuksiin kiertoradalla.
TriDAR tarjoaa kahden 3D-skannerin toiminnallisuuden multipleksoimalla kahden aktiivisen osajärjestelmän optiset reitit. Lämpökameraa käytetään laajentamaan järjestelmän kantamaa LIDARin toiminta-alueen ulkopuolelle.
TriDARia testattiin avaruudessa avaruussukkulalennoilla STS-128, STS-131 ja viimeisellä sukkulalennolla STS-135.
STS-135:n aikana TriDAR alkoi seurata ISS:ää 34 kilometrin etäisyydeltä aina telakoitumiseen asti, ja telakoitumisen aikana järjestelmä tuotti vaikuttavia kuvia ISS:stä, ja se tarjosi 3D- ja lämpökuvia ISS:stä osana ISS:n viimeistä Shuttle-pohjaista kiertolentoa.
Lentoprofiili
Cygnus laukaistaan Orbitalin Antares-raketin huipulla, joka vie sen 250 x 275 kilometrin pituiselle, 51,66 astetta kallistetulle kiertoradalle 630 sekuntia laukaisun jälkeen. Sieltä Cygnus aloittaa kiertoradan säätö- ja vaiheistusmanööverit, jotta se voi muodostaa yhteyden ISS:ään, joka kiertää Maata 410 kilometrin korkeudessa. Lennon alkuvaiheen aikana Cygnus aktivoi lähettimet ja ottaa käyttöön aurinkopaneelit.
Lisäksi avaruusalus käy läpi useita tarkistuksia varmistaakseen, että kaikki järjestelmät toimivat suunnitellulla tavalla. Tähtiseurantalaitteiden ja GPS:n avulla Cygnus suorittaa useita moottoripolttoja kasvattaakseen korkeuttaan päästäkseen lähelle ISS:ää.
Kun se on 28 kilometrin viestivyöhykkeellä ISS:n ympärillä, alus siirtyy suhteelliseen GPS-järjestelmään ja kommunikoi ISS:n GPS-järjestelmien kanssa laskeakseen suhteellisen sijaintinsa asemaan nähden. Cygnus lähestyy ISS:ää R-palkilla suoraan ISS:n alapuolelta. Kun alus lähestyy ISS:ää, se vaihtaa TriDAR-lähestymisnavigointijärjestelmäänsä jatkaakseen loppulähestymistä.
Miehistön jäsenet ISS:llä voivat olla vuorovaikutuksessa Cygnuksen kanssa miehistön komentopaneelin kautta, jos Rendezvous-tapaamisen aikana tapahtuu jotain poikkeavaa. Saavuttuaan 10 metrin päähän ISS:stä Cygnus pysäyttää lähestymisensä ja siirtyy vapaaseen ajelehtimiseen, jotta Canadarm2 voi ottaa sen kiinni. ISS:n miehistön jäsenet ohjaavat avaruusaseman robottikättä avaruusaluksen kiinnittämiseksi.
Kun Cygnus on kiinnitetty, se kiinnitetään ISS:n Harmony-moduulin Nadir CBM:ään. Kun Cygnus on kiinnitetty paikalleen, tehdään vuototarkastukset ja avataan ISS:n ja Cygnuksen väliset luukut, jotta miehistön jäsenet pääsevät lastimoduuliin. Telakoituneen tehtävänsä aikana, joka kestää tyypillisesti 30 päivää, miehistön jäsenet siirtävät lastia Cygnuksesta ISS:lle ja lastaavat ajoneuvon roskilla ja tarpeettomilla tavaroilla.
Kun luukut suljetaan jälleen, Canadarm2 siirtää Cygnuksen takaisin 10 metrin etäisyydelle ja päästää ajoneuvon irti, joka sen jälkeen suorittaa useita moottoripolttoja poistuakseen ISS:n läheisyydestä. Kun Cygnus on saavuttanut turvallisen etäisyyden, se suorittaa kiertoratapolton palatakseen takaisin ilmakehään Tyynen valtameren yllä. Paluun aikana alus hajoaa ja palaa jonkin verran, ennen kuin eloonjääneet sirpaleet putoavat Tyyneenmereen, kauas asutuista maamassoista.
