По сообщению агентства, на сегодняшний день ни один другой спутник не совершал облёт планеты на меньшей высоте. Чем ниже высота полёта, тем детальнее космическому аппарату удается выполнять наблюдения и съёмку, однако на высоте ниже трёхсот километров возрастает сопротивление верхних слоёв земной атмосферы и повышается вероятность схода аппарата с орбиты.
Экспериментальный космический аппарат Цубамэ, что в переводе означает «ласточка», был запущен в декабре 2017 года ракетой-носителем H-2A. Цубамэ был построен фирмой Mitsubishi Electric Corp., на нём установлен ионный двигатель. В апреле этого года он достиг орбиты с высотой в 271 километр, а затем снизился до 167,4 километра и сумел удерживать эту высоту полёта в течение семи дней, после чего его эксплуатация была завершена.
Использование таких орбит для съёмки Земли позволяет устанавливать камеры меньшего размера и получать при этом изображения такого же качества, что и от более мощных камер на космических аппаратах, находящихся на более высоких орбитах.
Наблюдения на сверхнизкой орбите требуют двигателей с малой тягой, но хорошей топливной экономичностью. Из многих космических двигателей ионный двигатель является наиболее подходящим. В качестве топлива для ионного двигателя используется газ ксенон.
Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии.
Ионный двигатель IES
Для поддержания орбиты «Цубамэ» был выбран один из видов электрических ракетных двигателей - ионный двигатель Кауфмана.
Тяга двигателя 10-28 мН, импульс 2000 с. Электрическая мощность двигателя 370 Вт при тяге 10 мН. В качестве рабочего тела используется 10 кг ксенона. Масса всех блоков составляет 43 кг.
IES состоит из:
- управляющего блока PMU (Propellant Management Unit), подающего рабочее тело (ксенон) в двигатель;
- блока контроля мощности PPCU (Power Processing Control Unit), управляющего электрической мощностью в соответствии с программой полёта; в состав блока входит контроллер ионного двигателя.
Блок PMU был взят от двигателя «Кику-8» практически без изменений. Ксенон, используемый в качестве рабочего тела, хранится в трёх баках под давлением 7 МПа.
Блок PPCU был разработан компанией MELCO при участии JAXA. Блок состоит из семи блоков питания двигателя, дополнительного электро-преобразователя и электрических и информационных интерфейсов. Кроме этого он включает генератор ионов, аналогичный используемому в «Кику-8», который имеет заявленный срок службы 16 000 часов при тяге 20 мН. Важным отличием от двигателя «Кику-8» является отличие входных характеристик электропитания. Бортовой источник электропитания «Цубамэ» подаёт на блок PPCU от 24 до 32 вольт, в то время как двигатель Кику-8 получал 100 вольт. PPCU преобразует и выдаёт бортовым системам электропитание в диапазоне напряжения от 15 В до 1100 В, силы тока от 0,01 А до 5,5 А, мощности от 1,5 Вт до 660 Вт.
Другим важным отличием является принципиальное изменение режима работы двигателя: для компенсации сопротивления атмосферы на сверхнизкой орбите ионный двигатель должен регулярно включаться на короткий промежуток времени, что является нехарактерным для данного типа двигателей. Команда на включение и выключение двигателя формируется PPCU автономно, без участия наземного центра управления полётом. Для выбора параметров работы двигателя блок управления руководствуется данными GPS. Такая схема управления объясняется малой длительностью контакта с наземной станцией управления из-за большой угловой скорости спутника на сверхнизкой орбите.
Изображения со спутника (@satell_jaxa) (Twitter август - декабрь 2019 года)
|
Цубамэ |
Спецификация |
|
Основные датчики миссии |
(1) Система контроля атомарного кислорода (АО) |
|
Размеры |
2,5 (Х) х 5,2 (Y) х 0,9 м (Z) |
|
Масса |
383kg |
|
Генерируемая мощность |
1140 Вт или больше |
