Cygnus rymdfarkost
Rymdfarkosten Cygnus är en obemannad rymdfarkost för återförsörjning av last som konstruerats och drivs av Orbital Sciences Corporation.
Cygnusprogrammet inleddes som en del av NASA:s program för kommersiella transporttjänster i omloppsbanor (COTS) och går in i programmet för kommersiella återförsörjningstjänster efter att ha genomfört sin första demonstrationsflygning.
Cygnus transporterar trycksatt last till den internationella rymdstationen.
Rymdfarkosten skjuts upp på Orbitals Antares-raket som lyfter från Mid-Atlantic Regional Spaceport i Virginia. Cygnus kan inte returnera lasten till jorden och brinner upp vid återinträdet för att göra sig av med sig själv och icke längre behövda föremål från ISS.
| Standard | förbättrad | |
| Längd | 5.14m | 6.39m |
| Diameter | 3.07m | 3.07m |
| Torrvikt | 1 500kg | 1 800kg |
| Tryckvolym | 18.9m³ | 27m³ |
| Lastmassa | 2 000kg | 3 500kg |
| Nyttolast för bortskaffande | 1 200kg | 3,500kg |
| Uthållighet | 2 månader | 66 dagar |
| Solpaneler | Holländisk rymd | ATK Ultra Flex |
| RNDZ Nav | TriDAR | TriDAR |
Cygnus består av en trycksatt lastmodul som byggs av Thales Alenia Space i Italien och en servicemodul som byggs av Orbital, Den bygger på Orbitals satellitbuss GEOStar och Dawn-element för att minska kostnader och risker.
Cygnus är bokad för ett enda COTS-demouppdrag till ISS och totalt åtta CRS-flygningar. Under de fyra första flygningarna flyger Cygnus i sin standardkonfiguration. När Antares uppgraderas med andra steget Castor 30 XL kommer Cygnus att övergå till sin förbättrade version för att transportera mer last till ISS. Cygnus standard har en lastkapacitet på 2 000 kg till ISS, medan den förbättrade versionen har en lastkapacitet på 3 500 kg, begränsad av bärraketen.
Cygnus kan lastas med över tre ton skräp och andra föremål som inte längre behövs för sin brinnande återkomst till jorden.
Pressurized Cargo Module
Cygnus standard och Cygnus enhanced använder trycksatta lastmoduler byggda av Thales Alenia Space, Italien. Modulen är baserad på Multi Purpose Logistics Module som flögs på flera rymdfärjeuppdrag för att leverera trycksatt last till ISS.
Den är 3,07 meter i diameter och har en längd på 3,66 meter i sin standardkonfiguration och 5,05 meter med ett segment tillagt i den utökade konfigurationen. Standard-PCM har en torrvikt på 1 500 kilo och den förbättrade versionen väger 1 800 kilo. 2 700 kg last kan packas i standard-PCM:n medan den förbättrade versionen tillåter 800 kg mer last. Lastmodulen har en trycksatt volym på 18,9 kubikmeter i standardkonfigurationen och 27 kubikmeter i den förbättrade konfigurationen. PCM:s energiförbrukning är mindre än 850 watt.
PCM har en lucka på 94 x 94 centimeter som är integrerad i den 127 centimeter stora ringen för den gemensamma förtöjningsmekanismen. Som alla andra besöksfordon har Cygnus den passiva sidan av CBM medan ISS är utrustad med en aktiv Common Berthing Mechanism.
PCM kan rymma 3 500 kg last för bortskaffande via destruktivt återinträde.
Servicemodul
Cygnus servicemodul är placerad i rymdfarkostens bakre sektion och tillhandahåller kraftgenerering & lagring, fordonsstyrning, framdrivning, styrning och gripanordning för stationens robotarm. SM är baserad på Orbitals satellitbuss GEOStar och använder delar av NASA:s rymdfarkost Dawn som tillverkades av Orbital. den mäter 3,23 meter i diameter och 1,29 meter i höjd.
SM är utrustad med utplacerbara solfångare, batterier och flygelektronik för kraftgenerering, lagring och distribution. Solfångarna kommer att generera upp till 4 kilowatt elektrisk kraft.
Den vanliga Cygnus har två solfångare med tre paneler som tillhandahålls av Dutch Space. Den förbättrade Cygnus har Ultra Flex Solar Arrays byggda av Alliant Techsystems, ATK. De cirkulära arraysen används med hjälp av drivmotorer och har en lätt konstruktion med 25 % av massan jämfört med typiska solcellsanläggningar som består av paneler. Dessutom är ATK:s system mer kompakta när de är stuvade. Arraysen levererar 3 500 watt effekt när Cygnus flyger i en solinriktad attityd.
SM innehåller också rymdfarkostens huvuddrift- och lägeskontrollsystem. Cygnus är utrustad med IHI BT-4-strålraketer för banjusteringsmanövrar. BT-4 utvecklades av IHI Aerospace i Japan och har en torrvikt på 4 kg och en längd på 0,65 meter. Motorn ger 450 Newton dragkraft med hjälp av monometylhydrazinbränsle och kvävetetroxidoxidator. Drivmedlen lagras i sfäriska tankar som är trycksatta med helium. Cygnus attitydkontrollsystem används för omorientering och mindre rendezvousbränningar med hjälp av 32 monopropellantdrivare som var och en har en nominell drivkraftsinställning på 31 newton.
Servicemodulen är också utrustad med fordonets styr-, navigerings- och kontrollsystem samt kommunikationsutrustning för att kommunicera med markstationer, ISS och satellitsystemet Tracking and Data Relay Satellite System.
Cygnus är utrustad med Star Trackers och ett absolut GPS-system för att bestämma sin position i omloppsbana under fri flygning. Under Rendezvous med den internationella rymdstationen växlar Cygnus till relativ GPS för att bestämma sin position i förhållande till ISS. När Cygnus påbörjar närvaroverksamhet börjar Cygnus använda sitt system för närvaronavigation.
Cygnus använder ett TriDAR-system som utvecklats av Neptec. TriDAR, eller Triangulation and LIDAR Automated Rendezvous and Docking, är ett navigationssystem för rendezvous som inte förlitar sig på några referensmarkörer som är placerade på målet. I stället använder TriDAR en laserbaserad 3D-sensor och värmekameror för att samla in 3D-data om sitt mål som jämförs av en programvara med den kända formen på målets rymdfarkost. Detta gör det möjligt för TriDAR att beräkna relativ position, avstånd och relativ hastighet. Datoralgoritmen kan beräkna den relativa ställningen med 6 frihetsgrader (6DOF) i realtid med hjälp av en MILD-metod (More Information Less Data). ”TriDAR fungerar på avstånd från 0,5 meter till över 2 000 meter utan att offra hastighet eller precision i båda ändarna av intervallet”, säger Neptec på företagets webbplats.
ISS sett av Tridar
TriDAR:s 3D-sensor kombinerar automatisk synkron lasertrianguleringsteknik med laserradar (LIDAR) i ett enda paket för att tillhandahålla spårningsdata på kort och långt avstånd.
Lasertrianguleringssystemet är baserat på laserkamerasystemet (LCS) som används på rymdfärjans sensorsystem Orbiter Boom Sensor System som användes för att utföra inspektioner av farkostens värmesköld i omloppsbana.
TriDAR ger funktionaliteten hos två 3D-skannrar genom att multiplexera de två aktiva delsystemens optiska banor. Den termiska bildgivaren används för att utöka systemets räckvidd utöver LIDAR:s operativa räckvidd.
TriDAR testades i rymden under rymdfärjans uppdrag STS-128, STS-131 och den sista färjeflygningen, STS-135.
Under STS-135 började TriDAR spåra ISS från 34 kilometer hela vägen genom dockning, och under avdockningen gav systemet imponerande bilder av ISS, och gav 3D- och värmebilder av stationen som en del av den sista rymdfärjebaserade flygrundningen av ISS.
Flygprofil
Cygnus skjuts upp på Orbitals Antares-raket som levererar den till en bana på 250 gånger 275 kilometer med en lutning på 51,66 grader 630 sekunder efter uppskjutningen. Därifrån börjar Cygnus justeringar av omloppsbanan och fasmanövrer för att koppla ihop sig med ISS som kretsar runt jorden på en höjd av 410 kilometer. Under den första delen av flygningen aktiverar Cygnus sina sändare och placerar ut sina solfångare.
Fartyget genomgår också ett antal kontroller för att se till att alla system fungerar som planerat. Med hjälp av stjärnspårare och GPS utför Cygnus flera motorbränningar för att öka sin höjd för att närma sig ISS.
När fordonet väl befinner sig i kommunikationszonen på 28 kilometer runt ISS övergår det till relativ GPS och kommunicerar med GPS-systemen på ISS för att beräkna sin relativa position i förhållande till stationen. Cygnus närmar sig ISS på R-balken och kommer direkt under ISS. När farkosten kommer närmare ISS växlar den till sitt TriDAR-navigationssystem för att fortsätta genom den slutliga inflygningen.
Besättningsmedlemmarna ombord på ISS kan interagera med Cygnus via besättningens kommandopanel om något avvikande skulle inträffa under Rendezvous. När Cygnus når en punkt 10 meter från ISS stoppar Cygnus sin inflygning och går in i fri drift för att fångas upp av Canadarm2. Rymdstationens robotarm styrs av besättningsmedlemmar på ISS för att gripa fast rymdfarkosten.
När Cygnus har gripits fästs Cygnus vid nadir CBM på Harmony-modulen på ISS. När de har fästs på plats slutförs läckagekontrollerna och luckorna mellan ISS och Cygnus öppnas så att besättningsmedlemmarna kan få tillgång till lastmodulen. Under det dockade uppdraget, vanligtvis 30 dagar, flyttar besättningsmedlemmarna last från Cygnus till ISS och lastar fordonet med skräp och föremål som inte längre behövs.
När luckorna stängs igen flyttar Canadarm2 Cygnus tillbaka ut till 10 meter och släpper fordonet som sedan utför ett antal motorbränningar för att lämna närheten av ISS. När Cygnus väl är på säkert avstånd utför Cygnus sin deorbitbränning för att återinträda i atmosfären över Stilla havet. Under återinträdet bryts fordonet sönder och brinner upp till viss del innan överlevande fragment faller ner i Stilla havet, långt bort från befolkade landmassor.
