Cygnus űrhajó
A Cygnus űrhajó az Orbital Sciences Corporation által tervezett és üzemeltetett pilóta nélküli teherszállító utánpótló űrhajó.
A Cygnus program a NASA Kereskedelmi Orbitális Szállítási Szolgáltatási Program (COTS) részeként indult, és az első demonstrációs repülés teljesítése után belép a Kereskedelmi Utánpótlási Szolgáltatási Programba.
A Cygnus nyomás alatti rakományt szállít a Nemzetközi Űrállomásra.
Az űrhajót az Orbital Antares rakétájával indítják a virginiai Mid-Atlantic Regional Spaceportról. A Cygnus nem képes visszahozni a rakományt a Földre, és a visszatéréskor elégeti magát, hogy eltüntesse magát és a már nem szükséges tárgyakat az ISS-ről.
| Standard | Enhanced | |
| Length | 5.14m | 6.39m |
| Diameter | 3.07m | 3.07m |
| száraz tömeg | 1,500kg | 1,800kg |
| nyomásos térfogat | 18.9m³ | 27m³ |
| Raktértömeg | 2,000kg | 3,500kg |
| Haszonterhelés | 1,200kg | 3,500kg |
| Tartóképesség | 2 hónap | 66 nap |
| Napelemek | Holland űr | ATK Ultra Flex |
| RNDZ Nav | TriDAR | TriDAR |
A Cygnus egy nyomás alatti rakodómodulból áll, amelyet az olasz Thales Alenia Space épít, és egy kiszolgálómodulból, amelyet az Orbital épít, amely az Orbital GEOStar Satellite Bus és Dawn űrhajó elemein alapul a költségek és a kockázat csökkentése érdekében.
A Cygnus egyetlen COTS Demo küldetésre van lefoglalva az ISS-re és összesen nyolc CRS repülésre. Az első négy repülés során a Cygnus a standard konfigurációban repül. Amikor az Antares-t feljavítják a Castor 30 XL második fokozatával, a Cygnus átáll a továbbfejlesztett változatra, hogy több rakományt szállíthasson az ISS-re. A Cygnus szabványosan 2000 kg rakományt szállít az ISS-re, míg a továbbfejlesztett változat 3500 kg rakományt képes szállítani, amit a hordozórakéta teljesítménye korlátoz.
A Cygnus több mint három tonna szeméttel és már nem szükséges tárgyakkal rakodhat a Földre való tüzes visszatéréshez.
Nyomás alatt álló rakománymodul
A Cygnus standard és a Cygnus enhanced az olasz Thales Alenia Space által gyártott Pressurized Cargo Modult használja. A modul a többcélú logisztikai modulon alapul, amelyet több Space Shuttle-misszióban is repültek, hogy nyomás alatti rakományt szállítsanak az ISS-re.
A modul átmérője 3,07 méter, hossza 3,66 méter a standard konfigurációban és 5,05 méter egy szegmenssel kiegészítve a továbbfejlesztett konfigurációban. A standard PCM száraz tömege 1500 kilogramm, a továbbfejlesztett változaté pedig 1800 kilogramm. A standard PCM-be 2700 kilogramm rakomány pakolható, míg a továbbfejlesztett változat 800 kilogrammal több rakományt tesz lehetővé. A rakománymodul nyomás alatti térfogata 18,9 köbméter a standard konfigurációban és 27 köbméter a továbbfejlesztett konfigurációban. A PCM energiafogyasztása kevesebb mint 850 watt.
A PCM egy 94 x 94 centiméteres nyílással rendelkezik, amely a 127 centiméteres közös kikötőmechanizmus-gyűrűbe van beépítve. A többi látogató járműhöz hasonlóan a Cygnus is a CBM passzív oldalával rendelkezik, míg az ISS aktív Common Berthing Mechanizmussal van felszerelve.
A PCM 3500 kg rakomány befogadására képes, amelyet romboló visszatéréssel lehet megsemmisíteni.
Service Module
A Cygnus szervizmodul az űrhajó hátsó részében található, és az energiatermelés & tárolását, a járművezérlést, a meghajtást, az irányítást és az állomás robotkarjának grapple rögzítését biztosítja. Az SM az Orbital GEOStar műholdbuszán alapul, és a NASA Dawn űrhajójának elemeit használja, amelyet az Orbital gyártott. 3,23 méter átmérőjű és 1,29 méter magas.
Az SM telepíthető napelemekkel, akkumulátorokkal és avionikával van felszerelve az energiatermeléshez, -tároláshoz és -elosztáshoz. A napelemtáblák akár 4 kilowatt elektromos energiát is termelhetnek.
A Cygnus alapfelszereltségében két hárompaneles napelemtábla található, amelyeket a Dutch Space biztosít. A továbbfejlesztett Cygnus az Alliant Techsystems, ATK által épített Ultra Flex napelemtáblákkal rendelkezik. A kör alakú tömböket hajtómotorok segítségével helyezik ki, és könnyűszerkezetes kialakításúak, tömegük 25%-a a tipikus, panelekből álló napelemtáblákénak. Az ATK napelemtáblái ráadásul kompaktabbak, amikor el vannak pakolva. A napelemtáblák 3500 watt teljesítményt szolgáltatnak, amikor a Cygnus a Nap felé fordított helyzetben repül.
Az SM tartalmazza az űrhajó fő hajtóművét és helyzetvezérlő rendszerét is. A Cygnus a pályaállító manőverekhez IHI BT-4 hajtóművekkel rendelkezik. A BT-4-et a japán IHI Aerospace fejlesztette ki, száraz tömege 4 kilogramm, hossza 0,65 méter. A hajtómű 450 newton tolóerőt biztosít monometilhidrazin üzemanyaggal és nitrogén-tetroxid oxidálóval. A hajtóanyagokat gömb alakú tartályokban tárolják, amelyek héliummal vannak nyomás alatt. A Cygnus helyzetszabályozó rendszerét az átorientálásra és a kisebb randevú égésekre használják, 32 darab, egyenként 31 newton névleges tolóerővel rendelkező monopropelláns hajtóművet használva.
A kiszolgálómodulban található a jármű irányító, navigációs és vezérlő rendszere, valamint a földi állomásokkal, az ISS-szel és a követő és adattovábbító műholdrendszerrel való kommunikációra szolgáló kommunikációs berendezések is.
A Cygnus csillagkövetővel és abszolút GPS-rendszerrel van felszerelve, hogy a szabad repülés során meghatározhassa helyzetét a pályán. A Nemzetközi Űrállomással való randevú során a Cygnus relatív GPS-re vált, hogy meghatározza az ISS-hez viszonyított helyzetét. A közelségi műveletek megkezdésekor a Cygnus a közelségi navigációs rendszerét kezdi használni.
A Cygnus a Neptec által kifejlesztett TriDAR rendszert használja. A TriDAR, vagyis a Triangulation and LIDAR Automated Rendezvous and Docking egy olyan randevú-navigációs rendszer, amely nem támaszkodik a célponton elhelyezett referenciajelzőkre. Ehelyett a TriDAR egy lézer alapú 3D érzékelőt és hőkamerákat használ, hogy 3D adatokat gyűjtsön a célpontról, amelyeket egy szoftver összehasonlít a cél űrhajó ismert alakjával. Ez lehetővé teszi a TriDAR számára a relatív pozíció, a távolság és a relatív sebesség kiszámítását. A számítógépes algoritmus képes a 6 szabadsági fokos (6DOF) relatív póz valós idejű kiszámítására a több információ kevesebb adat (MILD) megközelítéssel. “A TriDAR 0,5 métertől több mint 2000 méteres távolságig működik anélkül, hogy a tartomány bármelyik végén a sebesség vagy a pontosság csökkenne” – állítja a Neptec a vállalat honlapján.”
ISS seen by Tridar
A TriDAR 3D érzékelője egyetlen csomagban egyesíti az autoszinkron lézeres háromszögelési technológiát a lézerradarral (LIDAR), hogy rövid és nagy hatótávolságú követési adatokat szolgáltasson.
A lézer-triangulációs rendszer alapja az űrrepülőgép Orbiter Boom érzékelő rendszerén használt lézerkamerarendszer (LCS), amelyet a jármű hőpajzsának orbitális pályán történő ellenőrzésére használtak.
A TriDAR a két aktív alrendszer optikai útvonalának multiplexálásával két 3D szkenner funkcionalitását biztosítja. A hőkamerát a rendszer hatótávolságának a LIDAR működési tartományán túli kiterjesztésére használják.
A TriDAR-t az űrben tesztelték az STS-128, STS-131 és az utolsó, STS-135 űrrepülésen.
Az STS-135 során a TriDAR 34 kilométerről kezdte el követni az ISS-t egészen a dokkolásig, és a dokkolás leoldása során a rendszer lenyűgöző képeket készített az ISS-ről, 3D és hőképeket szolgáltatva az állomásról az ISS utolsó űrrepülőgépes megkerülésének részeként.
Flight Profile
A Cygnus az Orbital Antares rakétájának tetején indul, amely az indítás után 630 másodperccel egy 250 x 275 kilométeres, 51,66 fokos dőlésszögű pályára juttatja. Innen a Cygnus megkezdi a pályamódosításokat és a fázismanővereket, hogy csatlakozzon az ISS-hez, amely 410 kilométeres magasságban kering a Föld körül. A repülés korai szakaszában a Cygnus aktiválja az adókat és telepíti a napelemtáblákat.
Az űrhajó számos ellenőrzésen is átesik, hogy megbizonyosodjon arról, hogy minden rendszer a terveknek megfelelően működik. A csillagkövető és a GPS segítségével a Cygnus több hajtómű-égetést hajt végre, hogy növelje a magasságát, és közel kerüljön az ISS-hez.
Amint az ISS körüli 28 kilométeres kommunikációs zónába ér, a jármű relatív GPS-re vált, és kommunikál az ISS GPS-rendszereivel, hogy kiszámítsa az állomáshoz viszonyított helyzetét. A Cygnus az R-sínen közelíti meg az ISS-t, közvetlenül az ISS alól érkezve. Ahogy a jármű egyre közelebb kerül az ISS-hez, átvált a TriDAR proximity navigációs rendszerére, hogy folytassa a végső megközelítést.
Az ISS fedélzetén tartózkodó legénység tagjai a Crew Command Panel-en keresztül léphetnek kapcsolatba a Cygnusszal, ha a randevú során bármi rendellenes történne. Az ISS-től 10 méterre lévő pont elérése után a Cygnus megállítja a megközelítést, és szabad sodródásba lép, hogy a Canadarm2 befogja. Az űrállomás robotkarját az ISS legénységének tagjai irányítják az űrhajó megragadásához.
A megragadás után a Cygnus az ISS Harmony moduljának nadir CBM-jéhez rögzül. A rögzítést követően befejezik a szivárgásellenőrzést, és kinyitják az ISS és a Cygnus közötti nyílásokat, hogy a legénység tagjai hozzáférhessenek a tehermodulhoz. A dokkolt küldetés során, ami általában 30 nap, a legénység tagjai rakományt szállítanak a Cygnusról az ISS-re, és megrakják a járművet szeméttel és már nem szükséges tárgyakkal.
Mihelyt a nyílásokat ismét bezárják, a Canadarm2 visszaviszi a Cygnust 10 méterre, és elengedi a járművet, amely ezután több hajtómű-égetést hajt végre, hogy elhagyja az ISS közelségét. Miután biztonságos távolságba került, a Cygnus végrehajtja a pályaelhagyó égést, hogy visszatérjen a légkörbe a Csendes-óceán felett. A visszatérés során a jármű széttörik és bizonyos mértékig elég, mielőtt a túlélő darabok a Csendes-óceánba zuhannak, távol a lakott szárazföldektől.
