Misja NASA na dobrej drodze do startu po awarii Astry

Kiedy maleńka rakieta Astra 3.3 wystartowała z platformy na stacji kosmicznej Cape Canaveral 12 czerwca, wydawało się, że wszystko idzie dobrze. W rzeczywistości zadanie posuwało się idealnie, aby zaplanować zakończenie – silnik eterowy drugiego stopnia dopalacza wydawał się działać normalnie, dopóki nie został nagle wyłączony około minutę wcześniej niż planowano. Niestety, mechanika orbity jest bardzo rygorystyczna, a spalanie silnika, które kończy się minutę temu, mogło nigdy nie mieć miejsca.

Zgodnie z wartościami telemetrycznymi na ekranie podczas transmisji na żywo z startu, górny stopień dopalacza osiągnął prędkość 6,573 kilometrów na sekundę, znacznie poniżej 7,8 km/s wymaganych do osiągnięcia stabilnej niskiej orbity okołoziemskiej. Chociaż strumień wideo został przerwany, gdy stało się jasne, że coś poszło nie tak, rygorystyczna fizyka lotów kosmicznych oznacza, że ​​nie ma wielu pytań dotyczących kolejności wydarzeń, które nastąpiły później. Bez energii potrzebnej do utrzymania się na orbicie górny stopień rakiety zostałby pozostawiony na trajektorii suborbitalnej, w końcu ponownie wchodząc w atmosferę i spalając się kilka tysięcy kilometrów od miejsca, w którym się rozpoczął.

Oczywiście nie jest tajemnicą, że lot kosmiczny jest trudny. Dwukrotnie więcej dla startupu, który ma na koncie tylko kilka udanych lotów. Nie ma wątpliwości, że Astra wskaże, dlaczego wcześnie wyłączy się jej silnik, i wprowadzi niezbędne zmiany, aby upewnić się, że to się nie powtórzy, a jeśli jej historia jest jakąkolwiek wskazówką, prawdopodobnie będzie latać ponownie w mgnieniu oka. Zaprojektowany na konkurs Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obronności (DARPA) Dążąc do stymulowania rozwoju tanich i małych pocisków zdolnych do przenoszenia ładunków w krótkim czasie, rodzina pocisków Astra wykazała się już niezwykle wysoką zwinnością operacyjną.

Astra i projekt Rocket 3.3 znów będą latać. Ale co z ładunkiem, który dopalacz miał wysłać na orbitę? To jest trochę bardziej skomplikowane. Był to pierwszy z trzech lotów planowanych w celu złożenia konstelacji małych CubeSatów w ramach misji NASA TROPICS. Agencja kosmiczna już ma Wydał oświadczenie, w którym stwierdził, że misja nadal jest w stanie realizować swoje cele naukowe, aczkolwiek przy małym zasięgu, zakładając, że pozostałe satelity bezpiecznie dotrą na orbitę. Jednak w przypadku niepowodzenia jednego z następujących startów, z których oba są obecnie planowane na pociski Astra, jest mało prawdopodobne, że program TROPICS zdoła osiągnąć swój główny cel.

Czym więc dokładnie jest TROPICS i dlaczego NASA przypisała swój sukces zdolności małego i stosunkowo niedojrzałego pojazdu nośnego do wykonywania wielu lotów z instrumentami na pokładzie? Spójrzmy.

Zbliżanie się do wydarzenia

Na orbicie Ziemi nie brakuje satelitów pogodowych, ale działają one w dużej mierze w izolacji. Częściowo dlatego, że wszystkie są w różnym wieku i mają różne umiejętności techniczne, ale głównie dlatego, że zawsze były projektowane jako samodzielne misje. Misja Tropics (ang. Time-Based Observations of Precipitation Structure and Storm Intensity with a Constellation of Smallsats) ma na celu fundamentalną zmianę tego podejścia poprzez użycie konstelacji identycznych satelitów CubeSat na niskiej orbicie okołoziemskiej. To może skanować ścieżkę satelity nad Ziemią, a dzięki precyzyjnemu wyrównaniu jego płaszczyzn orbitalnych powinno być w stanie dostarczać skany dla danej burzy mniej więcej co godzinę.

W porównaniu z bardziej konwencjonalnymi satelitami, nawet stosunkowo niedawny NOAA-20 wystrzelony w 2017 roku, jest to ogromna poprawa. Działając niezależnie, satelity te mogą być w stanie zobrazować burzę tylko co cztery do sześciu godzin, pozostawiając krytyczne luki w zasięgu. Szybkie przeglądy umożliwione przez konstelację TROPICS obiecują znacznie poprawić naszą zdolność przewidywania i śledzenia śmiercionośnych cyklonów tropikalnych, które stale stają się coraz bardziej powszechne w regionach środkowego i północnego Atlantyku. Według NASA w 2020 r. na tym obszarze odnotowano rekordową liczbę 30 nazwanych burz, a modele klimatyczne przewidują, że od tego momentu sytuacja się pogorszy.

TROPICS został zaprojektowany do korzystania z sześciu CubeSatów 3U, każdy o długości 36 cm (14,2 cala) i wadze zaledwie 5,34 kg (11,8 funta). Wraz z utratą pierwszych dwóch satelitów 12 czerwca, rozmiar konstelacji został zredukowany do zaledwie czterech. Pozostałe satelity nadal będą w stanie obrazować burze tropikalne i bez wątpienia dostarczą przydatnych danych, ale zmniejszony zasięg globalny oznacza więcej czasu między mostami. Chociaż należy zauważyć, że nawet w przypadku mniejszej pojemności, TROPICS nadal powinien być w stanie dostarczyć dane szybciej niż obecne platformy.

Chociaż był to rozczarowujący początek, należy pamiętać, że TROPICS to ostatecznie tania misja pilotażowa. Nawet jeśli wszystkie trzy starty były zaplanowane, misja miała trwać tylko rok. Dopóki nawet pojedynczy pojazd TROPICS CubeSat będzie w stanie wejść na orbitę i użyć swojego sprzętu do zbadania aktywnej burzy tropikalnej, cele naukowe misji zostaną osiągnięte — jeśli nie ambitne.

Specjalna przesyłka

Oczywiście można się zastanawiać, dlaczego konstelacja sześciu satelitów musiałaby zostać wystrzelona na trzech różnych rakietach. W końcu SpaceX leci do 60 swoich satelitów Starlink podczas każdego startu, aby zbudować własną konstelację. Czy wszystkie sześć CubeSatów firmy TROPICS nie zostałoby wysłanych na orbitę w tym samym czasie, gdyby NASA zarezerwowała ich przelot na potężniejszej rakiecie?

Technicznie tak. Ale potem nie zostali umieszczeni na odpowiednich płaszczyznach orbitalnych, aby osiągnąć wyznaczony przez misję cel cogodzinnych przewozów powietrznych. Jasne, ten cel byłby prawdopodobnie już nieosiągalny z powodu nieoczekiwanej utraty pierwszej pary statków kosmicznych, ale gdyby wszystkie zostały umieszczone na tej samej ścieżce orbitalnej, ich zasięg byłby tak samo ograniczony jak konwencjonalne satelity pogodowe.

Czy satelity nie mogą obracać się na swoich właściwych orbitach po upadku, tak jak robią to satelity Starlink? Może gdyby był większy i miał wystarczająco mocne systemy napędowe. Jednak zmiana płaszczyzny orbity (tj. zmiana nachylenia, z jakim statek kosmiczny krąży w stosunku do równika) pochłania niewiarygodną ilość energii, zwłaszcza w LEO, a malutkie CubeSaty 3U po prostu nie mają możliwości wykonywania manewrów tej wielkości .

Biorąc pod uwagę konkretne cele misji oraz ograniczenia małych i niedrogich satelitów, które są wystrzeliwane, pocisk Astra jest rzeczywiście idealnym pojazdem do przenoszenia TROPICS. W rzeczywistości potrzeby tej misji nie zostały jeszcze usunięte z oryginalnego konkursu DARPA, dla którego Astra opracowała swój booster. Armia potrzebowała rakiety, która mogłaby szybko i niedrogo umieścić małe satelity na bardzo specyficznych orbitach nad Ziemią w celach rozpoznawczych, i tak się złożyło, że te konkretne satelity bardziej dbały o siłę i ruch burz tropikalnych niż wojska i czołgi.

Dlatego pomimo tej rozczarowującej porażki kolejne dwie partie satelitów TROPIC będą latać na rakietach Astra, choć teraz będą musiały poczekać do zakończenia śledztwa w sprawie wypadku 12 czerwca. Podczas gdy inne małe dopalacze, takie jak Electron Rocket Lab, a nawet LauncherOne Virgin Orbit, mogą wytrzymać przypadek ekstremalnej konieczności, koszt i koszt dostosowania misji do nowego pojazdu nośnego nie powinny być lekceważone. Poza tym, jak to się mówi: Lepiej późno niż wcale.