Вики:
Mars Cube One — это первый космический аппарат, построенный в формате кубсата для работы за орбитой Земли в глубоком космосе. Кубсаты изготовлены из малых компонентов, которые должны быть дешевы в строительстве, быстро разрабатываться. Кубсаты должны иметь простые системы и легко разворачиваться на низкой орбите Земли. Кубсаты разрабатываются для многих научных целей: картографических миссий, биологических исследований. Технология кубсатов была разработана Калифорнийским политехническим государственным университетом и Стэнфордским университетом с целью создания лёгких и быстрых проектов, что позволит использовать эту технологию студентам. Кубсаты нередко использовались в качестве второстепенной полезной нагрузки в больших миссиях, что делало их более выгодными.
Два кубсата Mars Cube One, идентичных и названых MarCO-A и MarCO-B, были запущены вместе для подстраховки, однако инженерами ЛРД они были названы WALL-E и Eva, как ссылки на персонажей анимационного мультфильма ВАЛЛ-И
Заспуск аппаратов Mars Cube One изначально был запланирован на 4 марта 2016 ракетой-носителем Атлас-5, однако, запуск миссии был отложен на 5 мая 2018 из-за неисправности научного инструмента InSight.] Ракета-носитель Атлас-5 запустила кубсаты вместе со спускаемым аппаратом InSight, после чего два кубсата отделились и путешествуют по своей собственной траектории к Марсу для тестирования технологий кубсатов, а именно: надежности, выносливости работы навигационной системы в глубоком космосе.
MarCO A и B наблюдают за посадкой InSight (графика)
Главная миссия MarCO — тестирование новой миниатюрной системы связи и навигационных технологий. Если кубсаты достигнут Марса, они должны обеспечить связь в реальном времени во время вхождения спускаемого аппарата InSight в атмосферу, спуска и приземления.
Для подстраховки было запущено два одинаковых кубсата. Это первые кубсаты для исследований вне орбиты Земли. Они позволят собрать уникальную информацию вне орбиты Земли. Кроме того, что кубсаты служат ретрансляторами, они протестуют навигационные возможности в глубоком космосе. Вместо того, чтобы ждать несколько часов, когда информация вернётся на Землю непосредственно с платформы InSight, MarCO передаст важные данные гораздо быстрее. Без кубсатов, InSight будет передавать информацию через Mars Reconnaissance Orbiter, который не передаёт информацию так быстро. Несмотря на существующие сложности со связью у наземных систем, особенно в критических ситуациях, различные команды предлагали новую систему, по которой будет передаваться информация на Землю. Предыдущие миссии присылали информацию на Землю после приземления, или сами, или с помощью орбитальных аппаратов. Будущие миссии больше не будут использовать такой способ, кубсаты будут передавать данные в реальном времени, уменьшая общую стоимость миссии.
Конструкция и системы
Оборудование Mars Cube One
Два одинаковых кубсаты построены Лабораторией реактивного движения НАСА, формата 6U (10 х 20 х 30 см). Ограничительный фактор разработки кубсатов — это то, что все необходимые компоненты должны размещаться внутри этого пространства. Кубсат должен содержать на борту антенну, авионику для контроля зонда, двигательную систему, источник энергии и научное оборудование.
Радиотрансляция
На борту двух кубсатив будет установлена полностью поляризована антенна сверхвысокой частоты. Информация о вхождении в атмосферу, спуске и приземления InSight будет передаваться через эту антенну со скоростью 8 кбит/с на кубсаты и одновременно будет транслироваться в Х-диапазоне со скоростью передачи 8 кбит/с на Землю.MarCO используют для питания солнечные панели, однако, из-за ограничений, мощность сигнала составит всего 5 Вт.
Для того, чтобы кубсаты обладали способностью передавать информацию, им необходима надёжная антенна сверхвысокой частоты, которая должна соответствовать весовым стандартам формата кубсата, простоте конструкции и доступности. Высокочастотная антенна имеет сфокусированную узкую ширину радиоволн (направленную антенну). Были рассмотрены три типа антенн: стандартная патч-антенна, рефлекторная антенна и сетевой рефлектор. В условиях малых размеров, необходимых для формата кубсата, рефлекторная антенна удовлетворяет всем требованиям миссии. Компоненты высокочастотной рефлекторной антенны: складные панели, петля с шарниром, которая соединяет панели с корпусом, четыре петли крыльев и механизм разблокировки. Панели антенн должны выдерживать изменения температуры в течение миссии, а также вибрации во время отделения.
Система движения
Двигательная система кубсатов — восемь двигателей на холодном газе, которые предназначены для контроля траектории и ориентации. На пути к Марсу, двигательная система будет выполнять корректировки для уточнения траектории. Корректировка траектории кубсатов сразу после отделения будет значительно экономичнее по количеству топлива, чем непосредственно перед прибытием на Марс. Небольшие корректировки траектории не только сохраняют топливо, но и уменьшают объём, который могло бы оно занимать, таким образом увеличивая пространство для важных компонентов внутри аппарата.
Вики (англ, сокр.):
5 февраля 2019 года НАСА сообщило, что оба CubeSats замолчали к 5 января 2019 года и вряд ли будут услышаны снова. В августе 2019 года CubeSats были удостоены чести за их роль в успешной посадке зонда InSight на Марс.
InSight повторно передал свою телеметрическую информацию во время посадки, которая продемонстрировала новую систему ретрансляции и технологии для использования в будущем в миссиях в других органах Солнечной системы. Это обеспечило альтернативу орбитальным устройствам для передачи информации и достигло порога развития технологии.
После того, как спутники MarCO замолчали в январе 2019 года, был шанс, что связь со спутниками может быть восстановлена во второй половине 2019 года, когда спутники переместятся в более выгодное место в космосе. НАСА начало кампанию по установлению связи со спутниками в сентябре 2019 года. Попытки связи не увенчались успехом, и 2 февраля 2020 года НАСА объявило, что миссия Mars Cube One официально закончилась.
Два космических корабля Mars Cube One идентичны и официально называются MarCO-A и MarCO-B и были запущены вместе для резервирования; инженеры JPL прозвали их WALL-E и EVE по имени главных героев мультфильма WALL-E. Стоимость миссии MarCo составила 18,5 млн. $
Инженеры компании JPL рассматривают пролёт Марса как технологическую демонстрацию, которая может привести к еще большему количеству недорогих целевых малых спутниковых миссий за пределами орбиты Земли. Следя за выполнением миссии MarCO, НАСА предложило тратить больше денег на кубсаты в качестве дополнения к многомиллиардным проектам, которые иногда сталкиваются с годами задержки.
Во время фазы круиза два космических корабля находились на расстоянии около 10 000 км (6200 миль) от InSight по обоим флангам в целях безопасности, и расстояние уменьшилось, когда три космических аппарата приблизились к Марсу. Ближайшее пролетное расстояние до Марса составляло 3500 км (2200 миль).
Основной задачей MarCO является тестирование новых миниатюрных коммуникационных и навигационных технологий. Они были в состоянии обеспечить ретрансляцию связи в реальном времени, пока КА InSight находилось в фазе входа, спуска, посадки (EDL).
Полетное оборудование Mars Cube One (в сложенном виде)
Конструкция включает в себя два коммуникационных реле CubeSats, построенных Лабораторией реактивного движения НАСА, которые соответствуют спецификации 6U (10 x 20 x 30 см). Ограничивающим фактором для разработки CubeSats является то, что все необходимые компоненты должны помещаться в раму спутника. Он должен содержать антенну, авионику для управления спутником, двигательную установку, мощность и полезную нагрузку.
На борту двух CubeSats находится сверхвысокочастотная (УВЧ ) антенна с круговой поляризацией . Информация EDL от InSight передавалась по полосе УВЧ со скоростью 8 кбит/с на CubeSats и одновременно передавалась на частоте полосы X со скоростью 8 кбит/с на Землю. MarCO использовал развертываемую солнечную панель для питания, но из-за ограничений в эффективности солнечной панели мощность для частоты X-диапазона может составлять только около 5 Вт.
Чтобы CubeSats передавал информацию, им нужна антенна с высоким коэффициентом усиления (HGA), которая надежна, соответствует массовым характеристикам, имеет низкую сложность и доступна по цене. Антенна с высоким коэффициентом усиления (направленная антенна ) - это антенна, которая имеет сфокусированную узкую ширину луча радиоволны. Были оценены три возможных типа: стандартная микрополосковая патч-антенна, рефлектор и сетчатый отражатель. Благодаря небольшому плоскому размеру, необходимому для CubeSats, тип отражающей антенны удовлетворял все потребности миссии. Компоненты рефлектора HGA - это три сложенные панели, корневой шарнир, соединяющий крылья с корпусом CubeSat, четыре крыла и механизм отделения. Антенные панели должны выдерживать изменения температуры во время полета, а также вибрации во время развертывания. MarCO передал данные, важные для EDL, сразу после приземления. Эти сигналы прибыли на Землю восемь минут спустя.
Иллюстрация эстафеты MarCO
Движитель оснащен восемью двигателями на холодном газе, которые контролируют траекторию, и системой управления реакцией для регулировки их положения (3D-ориентация). На пути к правильному месту назначения передачи, двигательная система внесла пять небольших коррекций, чтобы гарантировать, что два небольших космических аппарата находились на правильной траектории. Небольшие изменения в траектории в начале развертывания миссии не только экономили топливо, но и пространство, которое занимало бы любое дополнительное топливо, тем самым сохраняя объем для других важных компонентов внутри космического аппарата. MarCO-B (WALL-E) пропускал газ-вытеснитель почти с момента старта, но предварительные оценки показали, что его было достаточно для завершения своей миссии.
Выполнив свою основную миссию, маленький космический аппарат должен продолжить движение по своей эллиптической орбите вокруг Солнца. Инженеры ожидают, что они продолжат работать в течение пары недель после пролёта Марса, в зависимости от того, как долго будут иметь топливо и работать электроника.
Связь, навигация и отображение
Каждое устройство MarCO оснащено радиосистемой размером с софтбол, которая используется для связи с землей по X-диапазону, для получения данных от InSight с использованием УВЧ и для сбора результатов отслеживания для навигации. Их система контроля ориентации оснащена астродатчиком, который используется для определения ориентации космического аппарата. Кроме того, каждая MarCO имеет миниатюрную широкоугольную камеру.
Вики (англ):
Вид Марса с MarCO-B во время его пролета 26 ноября 2018 года. Само это изображение предоставило полезные данные об атмосфере
MarCO-B снял это изображение Марса с расстояния около 4700 миль (6000 километров) во время его пролета Красной планеты 26 ноября 2018 года. Это изображение было получено около 12:10 вечера по тихоокеанскому времени, когда MarCO-B улетал с планеты после приземления InSight. Проекты MarCO и InSight управляются Управлением научной миссии НАСА в Вашингтоне JPL, подразделением Калифорнийского технологического института, Пасадена.
