مركبة الهبوط القمرية بيريجرين Peregrine Lunar Lander

مركبة الهبوط القمرية بيريجرين Peregrine Lunar Lander .

 

تم الإعلان عن مركبة الهبوط القمرية بيريجرين/الشاهين Peregrine في عام 2016 م. وقد ورثت نفس التصميم لمركبة الهبوط السابقة والمسماة جريفين Griffin والتي تمتلك نفس الفكرة، والتي كانت أكبر ولكن بنفس سعة الحمولة Payload Capacity . تعاقدت شركة أستروبوتك Astrobotic مع شركة إيرباص للدفاع والفضاء Airbus Defence and Space للحصول علي دعم هندسي Engineering Support إضافي أثناء تحسين تصميم مركبة الهبوط.

 

شعار شركة أستروبوتك Astrobotic .

المركبة بيريجرين Peregrine هو مركبة الهبوط قمرية صغيرة الحجم. وهي مستعدة للقيام بأول مهمة تجارية إلى القمر Moon ، وستكون أول مركبة فضائية أمريكية تهبط على سطح القمر منذ برنامج أبولو Apollo program .

 

صممت شركة Astrobotic مجموعة أساسية من الأنظمة ، تُعرف باسم الحافلة Bus ، وهي مستخدمة في كلا مركبتي الهبوط بيريجرين Peregrine و جريفين Griffin . وتقول الشركة أن تصميم حافلة مركبة الهبوط Lander Bus يتيح تسليم الحمولة بأمان إلى المدار القمري و إلى أي خط عرض Latitude على سطح القمر. يمكن ترتيب الحافلة وتعزيزها وتكييفها مع المواقع المتنوعة لتسليم الحمولة. تكوين الحافلة يستوعب مجموعة متنوعة من أنواع الحمولة من حمولة علمية Science والاستكشاف Exploration والتسويق والموارد وإحياء الذكرى. قد يكون من الضروري إجراء تعديلات أخرى على حافلة مركبة الهبوط Lander Bus ، مثل أجهزة الاستشعار Sensors الإضافية للهبوط الدقيق أو مرحل اتصالات للأقمار الصناعية Satellite Communications Relay لعمليات الهبوط علي الجانب البعيد Far-Side من القمر ، اعتمادًا على المهمة المحددة.

.

المواصفات

 

الاسم Name بيريجرين Peregrine
السعة Capacity من 80 – 100 كجم kg
القدرة Power 1 واط / كجم
عرض النطاق Bandwidth 10كيلو بايت في الثانية kbps / كجم kg
عمليات الحمولة Payload Operation 01 يوم قمري (192 ساعة)
دقة الهبوط Landing Precision 100 متر
التكلفة إلي السطح Price to Surface 1.2 مليون دولار / كجم
التكلفة إلي المدار القمري Price to Lunar Orbit 300 ألف دولار / كجم

 

 

مركبة الهبوط بيريجرين Peregrine Lander تُسلم بدقة وأمان الحمولات إلى المدار القمري و إلى سطح القمر. يمكن تركيب الحمولات فوق أو أسفل الأسطح Decks ، داخل أو خارج حاويات Enclosures ، ويمكن أن تظل الحمولة مرفقة بالمركبة أو يتم نشرها وفقًا لاحتياجاتها.

.

أنظمة مركبة الهبوط Lander Systems

 

1- نظام الهيكل Structure .

 

2- نظام الدفع Propulsion .

 

3- التوجيه والملاحة والتحكم Guidance, Navigation, and Control .

 

4- الطاقة الكهربية Power .

 

5- نظام إلكترونيات الطيران Avionics .

 

6- نظام الاتصالات Communications .

 

7- نظام التحكم الحراري Thermal Control .

.

1- الهيكل Structure

 

الهيكل Structure يوفر مواقع لتركيب الحمولات Payloads وتركيب أنظمة مركبة الهبوط Lander Systems .

 

هيكل بيريجرين Peregrine قوي ، وصلب ، وبسيط ، وخفيف الوزن بالقدر الذي يسمح للمركبة بالبقاء على قيد الحياة أثناء الإطلاق والهبوط، ويسمح بسهولة تكامل الحمولة Payload Integration . الأسطح Decks والحاويات Enclosures القابلة للتشكيل تستوعب حمولة فريدة من نوعها في التثبيت والموضع. تنطلق مهام العربات الجوالة Rover من الجانب السفلي من السطح Deck ، بينما تتواجد عناصر BUS Elements داخل الحاويات. أربع أرجل Legs تمتص الصدمات وتثبت بيريجرين/الشاهين Peregrine عند الهبوط Touchdown .

 

يتم تصنيع هيكل الحافلة Bus Structure من سبائك الألومنيوم ويتكون من ثلاثة مكونات أساسية:

 

  • مخروط المواءمة مع مركبة الإطلاق Launch Vehicle Adapter Cone .

 

  • ألواح القص Isogrid Shear Panels .

 

  • حاويتين من علب الألمنيوم على شكل قرص العسل Two Aluminum Honeycomb Enclosures .

.

واجهة التركيب المادية القياسية للحمولات Standard Physical Mounting Interface يتم ضبطها بما يناسب مع ملف تعريف المهمة Mission Profile المحدد. للبعثات المتجهة إلى سطح القمر ، يتم تثبيت أربع أرجل هبوط Landing Legs (مصممة لامتصاص الصدمات وتثبيت واتزان المركبة عند الهبوط) على هيكل الحافلة.

.

مخروط المواءمة مع مركبة الإطلاق Launch Vehicle Adapter Cone

 

مخروط محول مركبة الإطلاق (أو مخروط المواءمة مع مركبة الإطلاق) يحتوي على المحركات الرئيسية Main Engines . بالإضافة إلى ذلك ، فهو يعمل كمحول Adapter لمركبة الإطلاق حيث يربط شريط المشبك القابل للفصل Releasable Clamp Band مركبة الهبوط Peregrine مع مركبة الإطلاق ويتيح الفصل Separation .

.

ألواح القص Isogrid Shear Panels

 

ألواح القص Isogrid Shear Panels المصنوعة من الألومنيوم تدعم العناصر الثانوية Secondary Elements لمركبة الهبوط مثل خزانات الوقود Fuel Tanks وأسطح تركيب الحمولة Payload Mounting Decks واللوحة الشمسية Solar Panel . هيكل جمالون داخلي Internal Truss Structure يربط ألواح القص Shear Panels الأربعة معًا ويعمل كعمود مركزي للهيكل.

.

حاويات Enclosures

 

الحاويات المصنوعة من ألواح ألومنيوم على شكل خلية نحل Honeycomb Enclosures توفر أسطح تثبيت وحماية لإلكترونيات الطيران الخاصة بمركبة الهبوط. في بعض التكوينات Configurations ، تكون هذه الحاويات أيضًا هي المشعات أو المبددات الحرارية الأولية Primary Radiators للنظام الحراري Thermal System لمركبة الهبوط. في التكوينات الأخرى يتم تحويلها إلى أسطح لتركيب الألواح الشمسية Solar Panels .

.

2- منظومة الدفع Propulsion

 

منظومة الدفع Propulsion تساعد مركبة الهبوط علي تنفيذ المناورات المطلوبة بعد الانفصال عن مركبة الإطلاق Launch Vehicle .

 

تستخدم بيريجرين Peregrine نظام دفع Propulsion System يتميز بتقنية محركات الفضاء من الجيل التالي. تؤدي محركاتها الخمسة الرئيسية Main Engines جميع المناورات الرئيسية للمركبة الفضائية ، بما في ذلك الحقن الإنتقالي للقمر Trans-Lunar Injection ، وفي تصحيح المسار Trajectory Correction ، وفي الإدخال للمدار القمري Lunar Orbit Insertion ، وفي الهبوط بالمحركات Powered Descent . وهناك أربع مجموعات Four Clusters من محركات التحكم في الوضعية Attitude Control Thrusters (أي اثني عشر محركًا) تحافظ على اتجاه مركبة الهبوط Lander طوال المهمة من خلال نظام التحكم في الوضعية Attitude and Control System (ACS) .

 

تستخدم المحركات وقود ثنائي تلقائي الإشتعال Hypergolic Bipropellant (أي يحدث اشتعال بتلامس شقي الوقود ولا يحتاج إلي منظومة إشعال)، ويتم ضخ الوقود بالضغط Pressure-Fed ، يتميز النظام بمشتق الهيدرازين الذي أثبت كفاءته ، وهو أحادي ميثيل هيدرازين Mono-Methyl-Hydrazine (MMH) ، ويُستخدم كوقود Fuel . المؤكسد Oxidizer هو محلول من أكسيد النيتريك Nitric Oxide في رباعي أكسيد النيتروجين Dinitrogen Tetroxide / ثاني أكسيد النيتروجين Nitrogen Dioxide ، 25٪ أكاسيد نيتروجين مختلطة Mixed Oxides of Nitrogen أو (MON-25).

 

يتم تخصيص خزانين للوقود وخزانين للمؤكسد علي مسافات متساوية حول المركبة مع خزان خامس لهيليوم الضغط Helium Pressurant ومتواجد في المركز. تُستخدم محركات الرئيسية Main Engines الموجودة داخل المخروط Cone ، في جميع المناورات الرئيسية. ينتج كل محرك 667 نيوتن من الدفع ويتم عمل نبضه للتخنيق Pulsed for Throttling . محركات الدفع الخاصة بنظام التحكم بالوضعية ACS Thrusters مجمعة في مجموعات Clusters كل مجموعة مكونة من 3 محركات موزعة حول مركبة الهبوط لضمان التحكم بست درجات من الحرية Six Degrees of Freedom ، وتحافظ على اتجاه مركبة الهبوط طوال المهمة. محركات نظام التحكم بالوضعية ACS Engines كل منها يولد دفع مقداره 45 نيوتن.

 

  • إجمالي الدفع Total Thrust يساوي 3300 نيوتن.

 

  • الوقود Fuel هو أحادي ميثيل هيدرازين Mono-Methyl Hydrazine MMH .

 

  • المؤكسد Oxidizer هو أكاسيد النيتروجين المختلطة Mixed Oxides of Nitrogen MON-25 (يتكون من 25 % أكسيد النيتريك + 75 % رابع أكسيد النيتروجين).

.

3- نظام التوجيه والملاحة والتحكم Guidance Navigation & Control

 

يتحكم Controls ويوجه Orients ويساعد علي طيران Flies مركبة الهبوط طوال المهمة.

 

نظام التوجيه والملاحة والتحكم GNC في مركبة الهبوط بيريجرين Peregrine يستخدم خوارزميات تراثية معززة بالتطورات الأخيرة في الملاحة برؤية الماكينة Machine Vision Navigation . المستشعرات الجاهزة Off-the-shelf OTS sensors والأساليب القياسية توفران الموثوقية أثناء رحلة التجوال Cruise وفي المدار القمري Lunar Orbit ، بينما يوفر كلا من Doppler LiDAR و التنقل النسبي للتضاريس Terrain Relative Navigation (TRN) الخاصين بشركة أستروبوتيك، دقة غير مسبوقة أثناء رحلة النزول Descent والهبوط Landing . يمكن أيضًا إضافة ماسحة LiDAR للكشف عن المنحدرات والصخور والحفر وكشف المخاطر الأخرى وتجنبها أثناء الهبوط.

 

نظام التوجيه والملاحة والتحكم Guidance, Navigation, and Control (GNC) system يساعد علي طيران وتوجيه مركبة الهبوط خلال كامل المهمة لتسهيل العمليات. يعالج نظام التوجيه والملاحة والتحكم GNC المدخلات القادمة من مصفوفة مستشعرات Sensors ، ويصحح الخصائص المميزة Idiosyncrasies ، ويستخدم تلك المدخلات لمراجعة التقدير الداخلي لموضع Position المسبار ووضعيته Attitude وسرعته Velocity أثناء الرحلة ، يتم تحديث أوامر مناورة مركبة الهبوط بناءً على هذا التقدير لحالة المركبة الفضائية. عملية قياس المدي من الأرض Earth-based ranging ترسل تقديرات لحالة الموقع Position والسرعة Velocity لمناورات التصحيح المداري وتصحيح المسار.

 

المدخلات Input القادمة من متعقب النجوم Star Tracker ، ومن مستشعر الشمس Sun Sensors ، ومن وحدة القياس بالقصور الذاتي Inertial Measurement Unit ، تساعد نظام التوجيه والملاحة والتحكم GNC في الحفاظ على اتجاه الجانب الموجهه للشمس Sun-Pointing Orientation ، بحيث يكون اللوح الشمسي مواجهه للشمس ، وذلك أثناء عمليات رحلة التجوال الاسمية Cruise Operations . أثناء عمليات الهبوط ، يوفر Doppler LiDAR معلومات عن المدي Range ومعدل المدى Range Rate التي توجه المسبار لتنفيذ هبوط آمن في الموقع المستهدف.

.

جهاز الاستشعار البصري الدقيق للهبوط الذاتي Optical Precision Autonomous Landing Sensor

 

شركة أستروبوتيك Astrobotic تقود فريقًا يتألف من Moog Space and Defense و Moog Broad Reach ومختبر الدفع النفاث التابع لناسا NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) ومركز جونسون للفضاء التابع لناسا NASA Johnson Space Center (JSC) ، لتطوير جهاز الاستشعار البصري الدقيق للهبوط الذاتي Optical Precision Autonomous Landing Sensor OPAL . جهاز الاستشعار OPAL Sensor هو عبارة عن عبارة عن حزمة تنقل نسبي للتضاريس تعتمد على التصوير Imaging-Based Terrain Relative Navigation Package وسيتم حملها كعرض تقني Technology Demonstration في المهمة الأولى ثم دمجها مع نظام GNC في المهام التالية. يتكون مستشعر OPAL من كاميرا Camera وجهاز كمبيوتر عالي الأداء ، يستخدم الصور من الكاميرا والخرائط المخزنة في ذاكرة الهبوط لتقدير وضع المسبار في الوقت الفعلي Real Time .

.

4- نظام الطاقة الكهربية Power

 

نظام الطاقة الكهربية Power يعمل علي توليد وتخزين وإدارة وتوزيع الطاقة على الحمولات وعلي أنظمة مركبة الهبوط Lander . يوفر للمركبة بيريجرين Peregrine جهد كهربي تشغيلية 28 فولت وطاقة للسخان للحمولات طوال المهمة. يستخدم لوحة من الخلايا الشمسية ثلاثية الوصلات Triple-Junction Solar Cells لتوليد الطاقة وبطارية ليثيوم أيون Lithium-Ion من الفئة الفضائية لتخزين الطاقة. يتم توجيه اللوحة الشمسية نحو الشمس كلما أمكن ذلك لتوفير توليد مستمر للطاقة ، بينما يتم استخدام البطارية عندما لا تكون الشمس مرئية أو للقيام بأنشطة التفريغ السريع Quick Discharge Activities . م(2)

 

تم تصميم النظام ليكون موجبًا للطاقة Power Positive ، أي يولد طاقة أكثر مما يستخدم ، لجميع مراحل الرحلة باستثناء مرحلة النزول Descent إلى سطح القمر حيث تعتمد مركبة الهبوط خلالها على طاقة البطارية لفترة قصيرة. م(3)

 

مركبة الهبوط بيريجرين Peregrine تخزن الطاقة في بطارية ليثيوم أيون Lithium-Ion Battery من الفئة الفضائية. لوح من الخلايا الشمسية ثلاثية الوصلة GaInP / GaAs / Ge مسئول عن توليد الطاقة الكهربية التي تحتاجها مركبة الهبوط. تغذي البطارية سكة طاقة Rail بجهد 28 فولت تيار مستمر ، والتي يتم من خلالها توزيع الطاقة غير المنظمة Unregulated Power والمنظمة Regulated Power على جميع الأنظمة الفرعية لمركبة الهبوط Subsystems وعلي الحمولات Payloads . تُستخدم البطارية أثناء أنشطة التفريغ السريع Quick Discharge Activities (الأنشطة التي تحتاج لتيار كهربي كبير) ، مثل عمليات تشغيل المحرك Engine Burns ومناورات الوضعية Attitude Maneuvers ، وتستخدم البطاريات أيضا أثناء مراحل المهمة التي لا تولد فيها الألواح الشمسية الطاقة ، كما هو الحال في الظل القمري Lunar Shadow . م(3)

 

أثناء التواجد في المدار Orbit ، يتم توجيه اللوح الشمسي اسميًا Nominally نحو الشمس للتمكن من توليد أقصي مقدار للطاقة Maximum Power Generation . يتم استخدام الألواح الشمسية لشحن البطارية والحفاظ على استمرار عمليات مركبة الهبوط والحمولة. بعد النزول إلى سطح القمر ، يستمر نظام الطاقة Power System في توفير خدمات طاقة موثوقة للحمولات حتى نهاية المهمة. م(3)

.

تكوينات الألواح الشمسية Solar Panel Configurations

 

المهمات المتجهة إلى خطوط عرض Latitudes مختلفة على سطح القمر تتطلب إعادة تشكيل للألواح الشمسية المستخدمة في بيريجرين Peregrine لتحسين توليد الطاقة. مركبات الهبوط المتجهة إلي خطوط العرض المتوسطة Mid-latitude Landers وعند خط الاستواء القمري Equatorial Landers تستخدم الألواح المثبتة في الأعلى Top-Mounted Panels بينما تستخدم البعثات القطبية Polar Missions الألواح المثبتة على الجانب Side-Mounted Panels . مركبات الهبوط Landers المزودة بلوحات شمسية جانبية تقوم بعمل مناورة تدوير التحكم الحراري Thermal Control Roll أثناء مرحلة النقل Transit لضمان توليد ثابت للطاقة.

.

نموذج المركبة والخاص بخطوط العرض المتوسطة Mid-latitude Landers

 

التكوين أو النموذج الخاص بمركبة بيريجرين Peregrine والمخصص لدوائر العرض المتوسطة Mid-Latitude Configuration تم تصميمه للهبوط والعمل عند خطوط العرض ما بين 40 درجة و 50 درجة شمالاً أو جنوباً. يتميز المسبار بوجود مبددات حرارية جانبية Side Radiators ولوح شمسي علوية Top Mounted Solar Panel . هذا النموذج هو الذي سيتم إطلاقه في مهمة أستروبوتيك الأولى كحمولة مشتركة Co-Manifested Payload على متن مركبة الإطلاق فولكان سينتور Vulcan Centaur التابعة لشركة تحالف الإطلاق المتحد ULA .

.

مواصفات نموذج خطوط العرض المتوسطة Mid-latitude Landers

 

سعة الحمولة Payload Delivery Capacity من 70 – 90 كجم
مدة المهمة علي السطح Surface Operations Duration 192 ساعة.

.

النموذج القطبي Polar Configuration

 

كما ذكرنا سابقا، تتميز البعثات إلى المناطق القطبية على سطح القمر بألواح شمسية مثبتة على الجانب Side-Mounted Solar Panels لإنتاج طاقة كافية عند خطوط العرض الأعلى ودعم احتياجات الحمولة Payload . يتم تثبيت إلكترونيات الطيران لمركبة الهبوط Lander Avionics على مبدد حراري Radiator في أعلى مركبة الهبوط.

.

مواصفات النموذج القطبي Polar Configuration

 

سعة الحمولة Payload Delivery Capacity 100 كجم
مدة المهمة علي السطح Surface Operations Duration أكبر من 192 ساعة.

.

5- إلكترونيات الطيران Avionics

 

ينفذ نظام إلكترونيات الطيران Avionics جميع عمليات معالجة الأوامر والبيانات Command and Data Handling لمركبة الهبوط.
إلكترونيات الطيران Avionics في بيريجرين Peregrine تحقق سرعة الحوسبة الأرضية Terrestrial Computing بموثوقية عالية. والحوسبة القوية التي تتحمل الإشعاع Radiation-Tolerant Computing تتيح الهبوط الذاتي والسلامة في بيئة الفضاء الصعبة.

 

نظام إلكترونيات الطيران في Peregrine ينفذ جميع عمليات معالجة الأوامر والبيانات Command and Data Handling لمركبة الهبوط ، إضافة إلي إدارة إشارات الدخل Inputs وإشارات الخرج Outputs المختلفة للأنظمة الفرعية لمركبة الهبوط. وحدة إلكترونيات الطيران المتكاملة Integrated Avionics Unit (IAU) تضم عشر وحدات Modules أو لوحات إلكترونية Boards ذات وظائف مختلفة تشمل الجوانب الرئيسية لنظام إلكترونيات الطيران Avionics System مثل أنظمة إدارة الطاقة Power Management Systems وكمبيوتر الطيران Flight Computer .

 

جوانب أخرى ، مثل برامج تشغيل مستشعرات الطيران GNC Flight Sensor Drivers ووحدات التحكم في الدفع Propulsion Control Units ، تم تغليفها بشكل منفصل بالقرب من أجهزة النظام الفرعي ذات الصلة. كمبيوتر الطيران Flight Computer الخاص بمركبة الهبوط بيريجرين Peregrine يتكون من معالج دقيق Microprocessor عالي الأداء من النوع LEON 3 FT ثنائي النواة Dual-Core و 32 بت. يستخدم الكمبيوتر دوائر متكاملة مقاومة للإشعاع Radiation Hardened Integrated Circuits بالإضافة إلى خصائص مقاومة للأخطاء Fault-Tolerant ومقاومة لما يسمي خلل حدث منفرد أو اضطرابات الحدث الفردي SEU-proof characteristics .

.

كمبيوتر الحمولة The Payload Computer

 

يوجد أيضًا كمبيوتر للحمولة Payload Computer ، وهو عبارة عن زوج من FPGAs المتحملة للإشعاع ، داخل وحدة إلكترونيات الطيران المتكاملة IAU ويدير الحمولات الفردية بالإضافة إلى إدارة خدماتهم التي تم التعاقد عليها. يراقب كمبيوتر الحمولة استهلاك طاقة الحمولة ويتواصل مباشرة مع الحمولات. الأوامر Commands القادمة من البرمجيات الأرضية للحمولة Payload Ground Software يتم إرسالها إلى الحمولة عبر كمبيوتر الحمولة ويتم حزم Packaging بيانات القياس عن بعد والخاصة بالحمولة Payload Telemetry لتناسب الوصلة الهابطة Downlink إلى الأرض. يتميز كمبيوتر الحمولة باكتشاف الأخطاء وتصحيحها Error Detection and Correction ، ومراقبة الاضطرابات Upset Monitoring ، ويتميز ببرامج قوية مع معايير الشبكات المثبتة Proven Networking Standards .

.

تراث الطيران Flight Heritage

 

تم تصميم نظام إلكترونيات الطيران في Peregrine ليكون معياريًا Modular وقابل لإعادة الاستخدام Reusable ؛ يتيح ذلك لبعثات Peregrine المستقبلية الاستفادة من الدروس المستفادة والأجهزة التي تم تطويرها للمهمة الأولى Mission One . رغم أن البعثات ستستخدم نماذج وتكوينات مختلفة من مركبة الهبوط ، سيظل نظام معالجة البيانات والقيادة الأساسي Core Command And Data Handling System كما هو ، مما يحافظ على موثوقية خط الإنتاج.

.

6- الاتصالات Communications

 

يوفر نظام الاتصالات Communications خدمات الاتصال بين المحطات الأرضية Ground Stations ومركبة الهبوط.

 

تستخدم بيريجرين Peregrine جهاز إرسال واستقبال Transponder عالي الطاقة من تراث الطيران Flight Heritage وتشكيلة من الهوائيات منخفضة Low Gain Antennas ومتوسطة الكسب Medium Gain Antennas لترحيل البيانات بين العميل والحمولة الخاصة به طوال المهمة. يتم توفير اتصال بين الحمولة ومركبة الهبوط Lander-Payload Connection عبر منفذ متسلسل Serial RS-422 أو عبر SpaceWire للاتصالات السلكية Wired Communications وعبر مودم WLAN modem للاتصالات اللاسلكية Wireless Communications مع الحمولات التي يتم نشرها مثل المركبات الجوالة Rovers .

 

نظام اتصالات Communications System الخاص بمركبة الهبوط Peregrine يستخدم لقيادة مركبة الهبوط ونقل بيانات القياس عن بعد Lander Commanding and Telemetry . ينقل نظام الاتصالات أيضًا البيانات بين عميل الحمولة وحمولته طوال المهمة. تحتوي مركبة الهبوط Lander على جهاز إرسال مستجيب عالي الطاقة وتراث طيران High-Powered and Flight-Heritage Transponder للتواصل مع الأرض. وصلة الاتصال بين الأرض ومركبة الهبوط Lander-Earth Connection تستخدم ترددات مختلفة داخل نطاق X-Band للاتصالات الفضائية للوصلة الصاعدة Uplink والهابطة Downlink .

 

تستخدم المركبة هوائيات متعددة منخفضة الكسب Low Gain Antennas للحصول على تغطية مثالية أثناء عمليات رحلة التجوال Cruise وعمليات المدار القمري Lunar Orbit Operations ، ثم يتم الإنتقال إلى هوائي متوسط أو عالي الكسب بعد الهبوط على سطح القمر لزيادة عرض النطاق الترددي Bandwidth . يتم توفير الاتصال بين مركبة الهبوط والحمولة عبر كابل متسلسل Serial RS-422 أو عبر SpaceWire للاتصالات السلكية طوال المهمة. بعد الهبوط ، يتيح مودم WLAN modem متوافق مع معيار IEEE 802.11n بسرعة 2.4 جيجا هرتز، الاتصال اللاسلكي بين مركبة الهبوط والحمولات التي تم نشرها على سطح القمر. تقوم المركبة Peregrine بترحيل أوامر التحكم بالحمولة عن بعد Payload Telecommands وترحيل بيانات القياس عن بعد Telemetry في الوقت الفعلي تقريبًا.

.

7- نظام التحكم الحراري Thermal Control .

 

مركبات الهبوط ستواجه البيئات الحرارية التقريبية التالية في مهمة نموذجية.

 

مرحلة ما قبل الإطلاق Pre-Launch (من 0 درجة مئوية إلى 27 درجة مئوية)

 

يتم التحكم في المناخ في مرافق الدمج /التكامل Integration والإطلاق Launch لتوفير نطاق محدد لدرجات الحرارة.

.

مرحلة الإطلاق Launch (من 0 درجة مئوية إلى 27 درجة مئوية)

 

طوال مرحلة الإطلاق Launch Phase ، تكون مركبة الهبوط التي جري تكاملها مغلفة داخل غلاف الحمولة Payload Fairing المتحكم به بيئيا.

.

مرحلة التجوال Cruise (من -40 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية)

 

أثناء مرحلة رحلة التجوال Cruise ، تكون البيئة الحرارية أكثر برودة بشكل ملحوظ بالنسبة للأجسام المتواجدة في الظل وأكثر سخونة بالنسبة للأشياء المعرضة لأشعة الشمس المباشرة. طوال الرحلة ، يتم توجيه مركبات الهبوط اسميًا بحيث يكون اللوح الشمسي المثبت أعلي المركبة مواجها للشمس. ونتيجة لذلك ، يتلقى الجانب العلوي لمركبة الهبوط معظم الإشعاع الشمسي الساقط عليها و يتلقى الحرارة الناتجة خلال مرحلة التجوال Cruise ومرحلة المدار القمري Lunar Orbit phase . على النقيض من ذلك ، تنفذ التكوينات أو النماذج القطبية للمركبة Polar configurations مناورة تدوير التحكم الحراري Thermal Control Roll أثناء مرحلتي التجوال Cruise و المدار القمري Lunar Orbit ، مما يؤدي إلى تسخين المركبة الفضائية بالتساوي إضافة إلي توجيه الألواح الشمسية نحو الشمس.

 

ينظم ويتحكم في الواجهات الحرارية Thermal Interfaces لأنظمة مركبة الهبوط. تم تصميم المسبار لتنفيذ طرق سلبية Passive Methods بشكل أساسي لتنظيم بيئته الحرارية. تستخدم المشعات/المبددات الحرارية Radiators لتجميع الحرارة الزائدة وإشعاعها في الفضاء. يتم استخدام أنابيب الحرارة السلبية Passive Heat Pipes لتوجيه الحرارة الزائدة إلى المناطق الأكثر برودة في مركبة الهبوط Lander حيث تكون هناك حاجة إليها. تُستخدم طبقات Layers وطلاءات Coatings ، مثل العزل متعدد الطبقات Multi-Layer Insulation (MLI) ، لحماية المكونات من التأثيرات الحرارية الخارجية غير المرغوب فيها.

 

يمكن تنفيذ بعض طرق التحكم الحراري النشطة Active Thermal Control Methods ، للتسخين Heating أو التبريد Cooling ، للحفاظ على ظروف حرارية صارمة بشكل خاص للمكونات الحرجة الحساسة. التصميم الحراري الكلي مرتبط بنوع المهمة بشكل كبير حيث قد تكون مركبة الهبوط إما ساخنة Hot-Biased أو باردة متحيزًا Cold-Biased اعتمادًا على الحالة الحرارية القصوى لكل ملف تعريف للمهمة Mission Profile .

.

مناورة تدوير التحكم الحراري Thermal Control Roll

 

عندما توضع المركبة الفضائية في وضع ” تدوير شواء Barbecue Roll” (هذا الوضع يسمى رسميًا وضع التحكم الحراري السلبي Passive Thermal Control Mode) ، يتم تدوير المركبة الفضائية ببطء على طول محورها الرئيسي. بدون هذه المناورة ، سيصبح جانب واحد من المركبة الفضائية ساخنًا جدًا نتيجة مواجهته للشمس طوال الوقت ، وسيصبح الجانب الآخر باردًا جدًا. هذه المناورة تعمل علي توزيع الحرارة بصورة متساوية حول المركبة بالكامل. ويتم تنفيذ تلك المناورة باستخدام نظام التحكم في رد الفعل Reaction Control System أو نظام التحكم في الوضعية.

.

أماكن استضافة الحمولة Payload Accommodations

 

الخيارات المختلفة لواجهة بيريجرين Peregrine تستوعب مجموعة كبيرة من أنواع الحمولة في مهمة واحدة من الشركات والحكومة والجامعات والمؤسسات غير الربحية ومن الأفراد.

 

سعة كتلة الحمولة Payload Mass Capacity تصل إلي 90 كجم.

.

منصة تحميل الحمولة Payload Mounting Decks

 

تعتبر أسطح تثبيت الحمولة Payload Mounting Decks هي موقع التثبيت الأساسي للحمولات ، وتتميز بنمط مسامير قياسي Standardized Bolt Pattern لتوفير عملية تركيب مبسطة للحمولة. معظم تكوينات أو نماذج مركبات الهبوط تتميز بسطحين قياسيين Two Standard Decks وسطح أسفل حاوية إلكترونيات الطيران Avionics Enclosure للحمولات الأصغر.

 

يوفر كل سطح قياسي حوالي 0.5 متر مربع من مساحة تثبيت Mounting Area لكل جانب. يتم توفير نفس نمط المسامير Bolt Pattern على جانبي تلك الأسطح. تم اختيار حجم إدخالات قفل الحلزون Locking helicoil inserts لتناسب مسامير M5 القياسية ويتم تباعدها بمقدار 75 مم ، من المركز إلى المركز. بينما يتميز السطح الصغير باحتوائه علي مساحة تثبيت Mounting Area مقدارها 0.2 متر مربع ، ويمكن تحميل الحمولات فقط أسفل السطح Deck .

.

المسار Trajectory

شركة Astrobotic تختار مسارًا Trajectory محددًا لكل مهمة بناءً على ملف تعريف الإطلاق Launch Profile وموقع الهبوط Landing Site . الشكل العلوي يبين مسار عام ، نموذجي لمهمات وحدة الهبوط.

 

1. يتم الإطلاق إلى مدار بيضاوي عالٍ High Elliptical Orbit على متن مركبة الإطلاق Launch Vehicle .

 

2. الانفصال عن مركبة الإطلاق.

 

3. مناورة رفع الحضيض Perigee Raise Maneuver .

 

4. مناورة حقن الانتقال إلي القمر Trans-Lunar Injection TLI Maneuver .

 

5. رحلة تجوال عبر المدار تحت القمري Cruise Through Cislunar Space .

 

6. مناورة إدخال إلي المدار القمري Lunar Orbit Insertion (LOI) Maneuver .

 

7. تثبيت المدار القمري Lunar Orbit Hold .

 

8. عمليات النزول الآلية المستقلة Autonomous Descent Operations .

 

9. الهبوط على سطح القمر Landing on the Lunar Surface .

.

1- النزول غير المعزز Unpowered Descent

 

تبدأ مركبة الهبوط Lander النزول Descent بمناورة الفرملة Braking Maneuver ثم مرحلة الهبوط بفعل الجاذبية Coasts ، مستخدمًا فقط محركات التحكم في الوضعية Attitude Control Thrusters للحفاظ على الاتجاه Orientation .

.

2- النزول المعزز Powered Descent

 

مع اقتراب مركبة الهبوط Lander من سطح القمر ، وبتوجيه من مستشعر OPAL Sensor و Doppler LiDAR ، يتم البدء في النزول المعزز Powered Descent ؛ هنا في هذه المرحلة تعمل المحركات الرئيسية Main Engines باستمرار لإبطاء سرعة مركبة الهبوط.

.

3-النزول النهائي Terminal Descent

 

يقوم مستشعر OPAL Sensor و Doppler LiDAR بإبلاغ نشاط التوجيه المستهدف إلى موقع الهبوط Landing Site ، مما يقلل السرعة الأفقية Horizontal Velocity .

 

The OPAL Sensor and Doppler LiDAR inform targeted guidance activity to the landing site, reducing horizontal velocity.

.

4- نزول النضير النهائي Terminal Descent Nadir

 

تنزل مركبة الهبوط Lander عموديًا وتحافظ على سرعة رأسية ثابتة من ارتفاع 30 مترًا حتى ملامسة السطح Touchdown .

.

مرحلة الهبوط النهائي Terminal Descent Phase : خلال هذه المرحلة ، على المركبة الفضائية أن تتباطأ من سرعة الاقتراب Approach Velocity بحدود 2000 م / ث وصولا لسطح القمر بسرعة تقارب 3.5 م / ث قبل الهبوط Touchdown مباشرة ، وذلك في غضون 3-5 دقائق. الديناميكيات والمدة القصيرة لهذه الأحداث قد تحول دون الاعتماد على القيادة الأرضية Ground-Based Commanding .

.

مراجع

 

1- What We Do – Astrobotic

2- Peregrine Lander – Astrobotic

3- Lunar Landers Payload User’s Guide – Pdf – Astrobotic

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو

*******************************

مقالات جديدة

 

.

.

.

.

مواضيع ذات صلة

 

.

**************************************

ملاحظة

  • إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
  • أو راسلنا علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sm.coim

مكتبة محاكاة الأجهزة

أترك تعليق