57
29 nov 2014 KVIV OVl - VSRUG 1 ROSETTA Expeditie van een kometenjager ESTEC Research and Technology Centre Noordwijk (NL) ESA's technical heart ESOC Operations Centre Darmstadt (D) ESA’s mission control centre ESA – European Space Agency Dr. ir. Guido M. Coupé Principal GNC Systems Engineer (Guidance, Navigation and Control) Rosetta projectgroep ESA-ESTEC Standregeling & Propulsiesystemen

ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

1

ROSETTA Expeditie van een kometenjager

ESTEC Research and Technology Centre Noordwijk (NL) ESA's technical heart

ESOC Operations Centre Darmstadt (D)

ESA’s mission control centre

ESA – European Space Agency

Dr. ir. Guido M. Coupé Principal GNC Systems Engineer

(Guidance, Navigation and Control)

Rosetta projectgroep ESA-ESTEC Standregeling & Propulsiesystemen

Page 2: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

2

ROSETTA

Dr. ir. Guido M. Coupé

DOELEINDEN – UITDAGINGEN

DE OORSPRONKELIJKE MISSIE

DE ROSETTA SATELLIET en STANDREGELING

DE UITGESTELDE MISSIE

DE NIEUWE KOMEET

LANCERING & 10.5 JAAR VLUCHT

BELANGRIJKSTE GEBEURTENISSEN

RENDEZ-VOUS CHURYUMOV-GERASIMENKO

Nota: gedetailleerde gegevens over de vlucht van Rosetta zijn ontleend aan ESOC

Mission Operations Reports, MOR1 tot MOR187

Page 3: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

3

Doeleinden van de missie • rendez-vous met Wirtanen

– kort-periodische komeet ( ~ 5 jaar ) – voor langdurige observatie – afzetten van een lander – analyse komeetcoma: o.a. soort H2O

• ontmoeting vóór ~ 3 AU, komeet nog weinig actief:

• maanden observatie: – definitie lengte & breedte lijnen, – bepaling rotatievector, massa, vorm, zwaartekracht, oppervlakte structuur; – keuze landingsplaats;

• indien mogelijk banen rond komeet

– afh. sterkte zwaartekracht ), – anders “formatie” vliegen;

• komeet vergezellen tot ~ 1.1 AU ( ~1jaar ); • fly-by & observatie 2 asteroïden: Otawara, Siwa

Page 4: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

4

Uitdagingen van de missie • Variatie zonneafstand: < 1 Au > 5 Au

– invloed op thermische controle en productie elektriciteit.

• benodigde delta-V ~ 10 km/sec. na Ariane5

• Zeer lange missie: oorspronkelijk 10.5 jaar – na mislukte Ariane5-ECA (12 dec. 2002) 12 jaar

-> redundante systemen, straling, degradatie.

• Na selectie Wirtanen vast lanceervenster – 13 – 31 januari 2003, of lang uitstel ~ 5 jaar.

• Na mislukte Ariane5 –ECA lastige zoektocht naar alternatieve komeet: – Churyumov-Gerasimenko, nieuw lanceervenster: feb-mrt 2004.

Page 5: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

5

Bespreking van de uitdagingen • Grote zonneafstand: tot >5 AU,

– nauwelijks haalbaar met zonnecellen, dure nieuwe ontwikkeling,

– rendement ~ 25 %. LILT technologie.

– Vroeger record: Stardust ~2.72 Au;

– Thermische problemen, speciale isolatie nodig

• Alternatief: thermo-nucleaire reactor; – niet in Europa,

– grote bezwaren milieubeweging, terecht?

– Zou vermoedelijk lichter en goedkoper zijn.

– Vereist heel bijzondere maatregelen.

• Kleine zonneafstand (~0.9 Au): – afvoer warmte, OSR, weerkaatsende opp., heat pipes.

Page 6: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

6

Bespreking van de uitdagingen

• Grote delta-V ~10 km/s nodig na lancering – Rechtstreekse Ariane 5 lancering onmogelijk,

– beschikbare massa voor experimenten te gering.

• Alternatief 1: delta-V “gravity-assist”, vlucht langs aantal planeten om snelheid te verhogen. – Principe: afhankelijk van relatieve snelheden planeet en satelliet, winst

of verlies snelheid.

– Ontwikkeling tekeningen,“real time” (bord/flipchart)

– “Anekdote” powerpoint en Challenger ongeluk.

– “geen” brandstof nodig maar veel tijd, +/- 6j.

Page 7: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

7

Bespreking van de uitdagingen • Alternatief 2: elektrische propulsie,

– mogelijk met Russische SPT thrusters, beproefd in NASA-JPL, verouderd en nieuwe technologie niet beschikbaar.

• Voordelen: – 8 à 9 maal efficiënter dan chemisch, specifieke impuls ~2400 sec., (nu

~4000sec.)

– kortere missieduur ~ 5 jaar, meer kometen bereikbaar,

– 4 à 5 lanceringen per jaar.

• Nadelen: – vereist enorm veel elektrisch vermogen,

– grotere zonnepanelen, 16Kw?,

– SPT´s volumineus,

– te kleine levensduur,

– groot aantal eenheden.

• Optie nooit volledig uitgewerkt.

Page 8: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

8

Bespreking van de uitdagingen

• Lange missie duur: oorspronkelijk 10.5 jaar,

• zware eisen > elektronica: – magnetische stormen,

– hoog energetische deeltjes van de zon,

– speciale “radiation-hard” componenten, afscherming.

– uiterst conservatieve selectie elektronische componenten

• hoge betrouwbaarheid vereist van de gehele satelliet. – Hoge betrouwbaarheid toestellen, experimenten, bvb.

– gyros drievoudig redundant -> 9 gyros;

– on-board computers -> 4: 2 standregeling, 2 data-management; elke kan allebei samen doen.

– 10 N thrusters -> 24 in aantal;

– Veel onderdelen dubbel, NAVCAM’s, Startracker’s, 4de reactiewiel

Page 9: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

9

De Raketvergelijking

mf = mo.(1 – e.exp(-deltaV/g.Isp)) (bord/flipch.)

( Feynman´s Tips on Physics: Feynman, Gottlieb, Leighton, Sands , 2013, 3 onuitgegeven lezingen, bespreking raketaandrijving & gyroscopen)

• Bi-propellant hydrazine: MMH + NO4;

– Isp ~290s -> 2130m/s -> 53%; 10km/s -> 97%;

• Vloeibare waterstof en zuurstof (Ariane5):

– Isp ~440s -> 2130m/s -> 39%; 10km/s -> 90%;

• Russische SPT;

– Isp~2400s -> 2130m/s -> 8.6%; 10km/s -> 35%;

• Latere ontwikkeling elektrische propulsie;

– Isp~4000s -> 2130m/s -> 5.3%; 10km/s -> 22%;

Page 10: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

10

De Raketvergelijking - V/ g. Isp Mfuel = M0 . (1 – e ) D

( Feynman´s Tips on Physics: Feynman, Gottlieb, Leighton, Sands , 2013, 3 onuitgegeven lezingen, bespreking raketaandrijving & gyroscopen)

% Fuel nodig voor delta-V

Isp Specifieke

Impuls

delta-V voor

baancorrecties

delta-V totaal nodig

Isp 2130 m/s 10 km/s

Bi-propellant hydrazine: MMH

+ NO4;

~290s 53% 97%

Vloeibare waterstof en

zuurstof (Ariane5):

~440s 39% 90%

Russische SPT; ~2400s 8,6% 35%

Latere ontwikkeling elektrische propulsie;

~4000s 5,3% 22%

Page 11: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

11

De oorspronkelijke missie • Lancering Ariane 5,

– lanceervenster 13-31 januari 2003,

– Vinf 3.4 km/sec;

• 3 “gravity assist flyby´s”: – Mars, plus 2x aarde om snelheid te winnen om komeetbaan te bereiken ( ~8

km/s );

• Duur missie 10.5 jaar;

• fly-by asteroïden: Otawara & Siwa;

• Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen;

• Gewicht ~ 3060kg, brandstof ~ 1720 kg ( monomethyl-hydrazine, NO4 voor 2130 m/s)

Page 12: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

12

De Rosetta Satelliet

• Afmetingen: bus ~ 2.8 x 2.1 x 2 m3;

• zonnepanelen~ 68 m2,~ 10 Kw @1AU, lengte~33 m

• “payload” module boven, support module onder;

• 2.2 m High Gain Antenna, S/X, 2 vrijheidsgr. (Az. & El.);

• 1 S/X Medium GA antenna (vast);

• 2 Low GA´s voor “omnidirectionele communicatie”;

• 2 zonnepanelen, 1 vrijheidsgraad ~180 gr.;

• centrale structuur, 2 brandstoftanks ~ 2x 1108 l.;

• Voortstuwing 2x12 10 N “bipropellant thrusters”;

Page 13: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

13

De Standregeling • Rosetta is hoofdzakelijk 3-assen gestabiliseerd;

> 4.5 AU wellicht “spin”- gestabiliseerd, ~ 2.5 jaar; • Sensors:

– 2 navigatiecamera´s, – 2 sterrenkijkers, – 4 zon acquisitie sensors, – 3x3 gyro´s (ring laser);

• actuatoren: 4 reactiewielen, 2x12 thrusters;

• standregeling:

– fijn: reactiewielen, – grof: thrusters;

• baancorrecties: per set van 4 thrusters;

• zeer complexe software met 10-tal “modes”;

• extreem complexe FDIR software (Failure Detection, Isolation &

Recovery, ~1000 parameters)

Page 14: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

14

De Standregeling: onderdelen

• 4 reactiewielen: ~5kg, tot 4000 rpm, – versnelling & vertraging wielen -> 3 stuurkoppels op sat.

• “absorberen” storingskoppels en variëren de stand, (tbv voor camera´s, telescopen);

• “verzadigen”, moeten regelmatig “ontladen” worden bij middel van raketmotortjes;

• Gyroscopen: – 3 sets van 3 ring laser gyroscopen,

– 5 voor rotatiemeting + foutdetectie + correctie;

– worden beschouwd als kwetsbaar, daarom 9 in totaal, 3 eenheden van 3 stuks (IMP),

– Honeywell: niet parallel geörienteerd.

Page 15: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

15

De Standregeling: onderdelen

• 2 autonome startrackers: CCD camera´s, – kunnen 9 sterren volgen,

– bepalen positie & intensiteit,

– vergelijken met sterrencataloog ~3000 sterren:

– bepalen stand van startracker in de ruimte in de vorm van quaternion: q0, q1, q2, q3 ipv Euler hoeken;

1843 Hamilton: “hypercomplex getal”

J.B. Kuipers: Quaternions and Rotation Sequences, 1999, wikipedia

• On-board software startracker quaternion -> satelliet quaternion,

-> input voor standregeling;

• 2 navigatiecamera´s: CCD camera´s,

– om multi- pixel objecten waar te nemen;

– hoofdsensor voor fly-by planeten, asteroïden, rendez-vous komeet.

Page 16: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

16

De Standregeling

• Ontwikkeling regelkringen vrij klassiek;

• SVF´s, realistische simulatie, manoeuvres testen;

• Simulaties met gesimuleerde en echte o/b software, – voor verificatie kwaliteit v/d standregeling en

– bepaling van de FDIR parameters,

– keuze specifieke simulaties voor satelliet systeem testen;

• talloze Monte-Carlo simulaties;

• statistische analyses voor FDIR parameters;

• vele maanden testen op echte satelliet met gesimuleerde dynamica, sensoren en actuatoren;

Page 17: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

17

De uitgestelde missie • 11 dec. 2002: verlies eerste Ariane 5 ECA (10 ton );

• 13 jan. 2003 : beslissing: alle AR 5 lanceringen “on hold”, ook de

basisversie AR5 voor Rosetta;

• volgende lancering naar Wirtanen ~ 4 à 5 jaar later;

• Zoektocht alternatieve komeet voor Rosetta: enige kans uit ~40: Churyumov-Gerasimenko (1969-67P) lanceervenster, feb.-maart 2004 ( 2 maart 2004 );

• Consequencies:

– langere missie: 12 jaar, – 3de aardse fly-by (totaal 4, mars), – dichter bij de zon, dus – marges op temperaturen, energievoorziening, brandstofbudget – “succesrate” gereduceerd;

Page 18: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

18

De uitgestelde missie

• nieuwe asteroïden: Steins & Lutetia;

• Churyumov-Gerasimenko (C-G) of 67P

– wellicht diam. x ~3,

– ( ~ 2 km “straal” ),

– zwaartekracht x ~ 30;

• zware impact op de lander, vluchtduur & impactsnelheid, sterkte landingsgestel, nieuw landingstraject?

• invloed op actief worden komeet, intensiteit gas en stof productie; ~ 3 Au?

Page 19: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

19

Lancering en ~10.5 jaar vlucht

• Lancering 2 maart 2004, na uitstel 27 feb. (weer); – Volledige perfecte lancering. – Verloop eerste 10.5 jaar volgens nieuwe planning, wel met aantal

ernstige problemen;

• aanpassing sterrenkijker software ( komeetstof );

• mei 2004: 1ste groot manoeuvre: – 150 m/s, 165 kg; – ESTEC projectgroep aanwezig in ESOC.

• Vele maanden testen van alle systeemonderdelen, wetenschappelijke

instrumenten en operationele modes.

• Gedurende hele missie -> 10 test periodes.

Page 20: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

20

Overzicht nieuwe missie Churyumov-Gerasimenko.

Page 21: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

21

Interplanetaire navigatie

• optimisatie baan met “gravity-assist” expertise

– kleine groep in ESOC ~5–10 pers.,

– speciale s/w programma’s: gebruik in ontwerp phase, trade-off elektrische propulsie en gedurende volledige missie

• na uitstel jan 2003 nieuwe optimisatie voor 67P;

– Rosetta missie naar 67P realiseerbaar???

– 3deaardse fly-by nodig -> missie 1-1.5 jaar langer, marges kleiner,

– periode 67P 20% langer dan Wirtanen.

• realisatie baan vrij eenvoudig:

– banen planeten en satelliet zeer goed gekend;

– uitvoeren correcties onnauwkeurigheden om optimale baan te volgen.

Page 22: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

22

Interplanetaire navigatie voor ESB3 Earth Swing By

Page 23: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

23

Interplanetaire navigatie voor ESB3

Page 24: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

24

Interplanetaire navigatie

• navigatie voor rendez-vous met 67P uiterst complex;

– baan 67P min of meer gekend, maar positie slecht,

• observatiecampagne telescopen vanaf zichtbaar, coma bemoeilijkt observaties;

– noodzaak observaties Osiris en Navcam,

– gecalibreerd met startrackers en in combinatie met baan en stand Rosetta, cfr. Giotto-pathfinder proj.,

– complexe, langdurige plaats/baanbepaling 67P.

• opeenvolging baanbepaling Rosetta, dan 67P, baancorrecties Rosetta: RDVM2 apr-mei 2014,

• RVD man. besloeg ~10 opeenvolgende stappen.

Page 25: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

25

4 delta-V gravity assists: 3x Aarde , 1x Mars

Eerste “swing-by” langs de aarde (ESB1)

• Baancorrecties:

• ESB1 op

– 04-03-05 22h09, hoogte: 1954 km;

– 05-03-05: test asteroïde fly-by, navcam en maan, voor passage Steinz (2008) en Lutetia (2010);

10/05/2004 152.8 m/s

16/05/2004 5 m/s

24/11/2004 +16 cm/s

5/12/2004 -11.3 cm/s

17/02/2005 8.78 cm/s

Page 26: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

26

4 delta-V gravity assists:

“swing-by” langs Mars;

• baancorrecties:

• Mars swing-by: 25-02-07: hoogte: 250.6 km,

– zon-eclips: 25 min,

– aardoccultatie 15 min,

– Phobos tracking met Navcam;

29/09/2006 31.8 m/s (blind, HGA gedraaid)

13/11/2006 10 cm/s

9/02/2007 4.55 cm/s

Page 27: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

27

4 delta-V gravity assists

Tweede swing-by langs de aarde;

– baancorrectie: 18-10-07: 3.4 cm/s, ca 5297 km;

• ESB 2:

– 13-11-07: • hoogte 5295 km, ~40000 km/h,

• “asteroid hazard warning” ~ 5600 km hoogte.

– 13/14-11-07: “Son of Rosetta”: • asteroïde op 346708 km van Rosetta en 227356 km v/d aarde;

Page 28: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

28

Navcam foto van Mars op 237.477 km

24-02-2007

Page 29: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

29

NAVCAM beeld van de aarde bij ESB2

Page 30: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

30

NAVCAM beeld van de aarde bij ESB2

Page 31: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

31

4 delta-V gravity assists

Derde swing-by langs de aarde;

– mrt. – sept 09: voorbereiding ESB 3;

– 13-11-09: ESB 3: • hoogte 5800 km, 38.7 km/s;

• aphelion: 5.33 Au,

• perihelion 23-11: 0.982 Au;

• Verdere planning:

– 1 TCM: 58 cm/s &

– 2 grote DSM´s: jan 2011 & mei 2014: elk ~800 m/s;

Page 32: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

32

Osiris beeld van de aarde gedurende ESB3 op 350000 km van de aarde.

Page 33: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

33

Navcam beelden van de aarde gedurende ESB3 afstand 224000km respectievelijk 236000km.

Page 34: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

34

• Bijzonder manoeuver voor Steins fly-by; realistische simulatie uitgevoerd op 25-03-08;

2 asteroïde fly-by´s

Page 35: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

35

Steins fly-by 05-09-08. Osiris opnames. (802 km, 8.6 km/s)

Page 36: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

36

Laatste baancorrectie vóór Lutetia fly-by, -3 wk.

Page 37: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

37

Opeenvolgende baanbepalingen vóór Lutetia fly-by.

Page 38: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

38

Lutetia fly-by op 10-07-2010.

Page 39: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

39

Lutetia fly-by op 10-07-2010.

Page 40: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

40

Osiris beeld van Lutetia (36000km) & Saturnus.

Page 41: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

41

Deep space hibernation mode. (DSHM)

• Doel: overbruggen deel laatste omloop voorbij ~4.5 Au met

– onvoldoende elektrische energie om alle “normale” functies in werking te houden.

– Duur: ~2.5 jaar, juni 2011 – jan. 2014;

• Methode: passieve stabilisatie door rotatie,

– vlak van de zonnepanelen +/- loodrecht op de zon: afwijking 10° à 20°,

– ~2/3 toeren per minuut.

• Minimale functies “aan”:

– ontvanger, thermische controle, elektronica voor gegevensopslag en 4 “wekkers” voor tijdig ontwaken en opstarten.

Page 42: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

42

Deep space hibernation mode. (DSHM)

• Beschouwd: uiterst risicovol maar onvermijdelijk,

• Uitgebreide, minutieuze en realistische test; 20/27-01-10

– op 1.34 AU,

– rot. snelheid: 3.93 °/s,

– vertraging ~0.2 mdeg/s/dag

– stralingsdruk v/d zon, acceptabel i.v.m echte afstand ~>4.5 Au;

– andere kritieke functies OK,

Page 43: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

43

Spin-up gedurende DSHM test

Page 44: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

44

Nutatie demping en richten HGAntenne

Page 45: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

45

DSS-14 HGA pulsen test DSHM entry

Page 46: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

46

DSS-43 HGA pulsen “echte” DSHM entry

Page 47: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

47

Near sun hibernation mode

• ontworpen voor

1. “kalme” periodes

2. voor conjuncties waar communicatie zwaar verstoord wordt door de zon nabij lijn aarde - Rosetta;

• bedoeling: beperking gebruik v/d reactiewielen en gyroscopen, kost iets meer brandstof,

• 2 “bandbreedtes” (deadband): +/- 5° en +/-1° (communicatie);

• brandstofverbruik respectievelijk: ~5 & 15 gr/dag;

• eerste test 11/15-04-05: test startrackers, thrusters

duurtest 25-04/12-05: verbruik: ~ 3 & 5-7 gr/dag;

Page 48: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

48

Observatie NASA Deep Space ontmoeting Temple-1

• 04-07-05 impact Deep Space probe met Temple-1;

• 28-06 tot 14-07 Rosetta volgt/observeert Deep Space,

– wetenschappelijke instrumenten: Alice, Miro, Osiris en Virtis;

– data ~ 60 Mbytes/dag;

– NASA beelden op apod.nl;

Page 49: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

49

Rendez-vous met Churyumov-Gerasimenko (67P)

• jan/feb-11: RDVM1 man.:

– in 6 stappen ~ 790 m/s;

– “zware problemen” met thrusters;

– eindresultaat OK:

– voorspelling: 67P miss-distance: ~50000 km;

• 08-06-11: spin-up Rosetta ~0.7 rpm, DSHM;

• 20-01-14: 10h07m12s Rosetta ontwaakt uit DSHM,

na 957d totale radiostilte;

• uitgebreide testen:

– HGA X-band communicatie,

– zonnepanelen: 643 W op 4.5 Au,

– “dehibernatie” 4 reactiewielen, alle 4 OK en in regelkring;

– baanbepaling: fout ~ 200 km;

Page 50: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

50

Rendez-vous met Churyumow-Gerasimenko

7/8/14 op 89 km Snelheid 0.44 m/s

•komeet grootste dimensie ~5 km, “badeend”, zwaartekracht van de komeet reeds voelbaar, •Om de 3 à 4 dagen kleine baancorrecties, banen ~100km tot ~10km tot ~30 km tvb. landing Philae.

Afstand 67P

7,8

6,4

5,4

4,1

2,4

0,8250,137 0,05872

9/0

2/1

4

16/0

2/1

4

23/0

2/1

4

2/0

3/1

4

9/0

3/1

4

16/0

3/1

4

23/0

3/1

4

30/0

3/1

4

6/0

4/1

4

13/0

4/1

4

20/0

4/1

4

27/0

4/1

4

4/0

5/1

4

11/0

5/1

4

18/0

5/1

4

25/0

5/1

4

1/0

6/1

4

8/0

6/1

4

15/0

6/1

4

22/0

6/1

4

29/0

6/1

4

6/0

7/1

4

13/0

7/1

4

20/0

7/1

4

miljo

en

km

Afstand 67P

2/3/14 op 6.36 milj na reis van 7 miljard km

29/4/14 op 2.4 milj voorbereiding RDVM-2 fase ~ 780 m/s in -10 stappen

7/8/14 op 89 km snelheid 0.44 m/s

9/2/14 op 7.8 milj.km van 67P

Page 51: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

51

Osiris´ “eerste” foto van de komeet 67P

Page 52: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

52

Churyumov Gerasimenko (Osiris)

Page 53: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

53

Rosetta & Churyumov – Gerasimenko: wk37 (Philae)

Page 54: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

54

Landing op Churyumov-Gerasimenko

• wk 39: plan landing Philae: 12-11-2014: wk 46;

• site J: separation @ 22,507km: 08h35m >15h30m;

• problemen bij het landen:

– Komeeet draait 1/ ~12.5h, - baan Rosetta ~ 9 d.: synchronisatie??,

(baan 12.5h onmogelijk? 3.25 km straal??),

dus baan op ~22 km, snelh:17.3cm/s;

– Rosetta stand ~”parallel” verticale site J;

Philae reactiewiel op snelheid;

lander ontkoppeld, pyro´s, lander op spindels “afgeschoven”, precieze relatieve snelheid, snelheid tov. komeet zeer laag;

Page 55: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

55

Landing op Churyumov - Gerasimenko

• Philae “valt” naar komeetoppervlak; transfer Rosetta naar “relay” baan om Philae te volgen;

• Zwaartekrachtveld komeet zeer onregelmatig; verstoring door zon niet verwaarloosbaar??

• Tijdsverschil Rosetta–aarde ~28 min; eigen UTC, sterke nood aan autonomie aan boord Rosetta;

• Landing Philae: – koud gas thruster en harpoenen functioneerden niet;

– Philae “stuiterde 2x; landde “ver” van site J;

– heeft vrij veel wetensch. gegevens doorgestuurd;

– batterijen leeg na~2.5 dagen; later??

Page 56: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

56

Rosetta & Churyumov-Gerasimenko 7/10/2014 (Philae)

Page 57: ROSETTA Expeditie van een kometenjager · • fly-by asteroïden: Otawara & Siwa; • Komeet Wirtanen vergezellen 1 – 1.5 jaar en lander Philae laten landen; • Gewicht ~ 3060kg,

29 nov 2014

KVIV OVl - VSRUG

57

Dank u voor uw aandacht!

Meer weten?

http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta