Nave de carga da Northrop-Grumman
A Cygnus é uma espaçonave de reabastecimento de carga não tripulada projetada e operada pela Orbital Sciences Corporation. O programa Cygnus começou como parte do Programa de Serviços de Transporte Orbital Comercial (COTS) da NASA e entra no Programa de Serviços de Reabastecimento Comercial depois de completar seu primeiro vôo de demonstração. A nave transporta carga pressurizada para a Estação Espacial Internacional.
A espaçonave é lançada no topo de um foguete Antares da Orbital decolando do espaçoporto regional Mid-Atlantic, na Virgínia – MARS. A nave não é capaz de retornar carga para a Terra e queima na reentrada para se desfazer e junto com ela os itens desnecessários da ISS.
Características: Comprimento 6,39m; diâmetro 3,07m; massa sem carga e propelente, 1.800 kg; volume pressurizado de 27m³; massa da carga 3.500 kg; carga útil de descarte, 3.500 kg; tempo de voo de 66 dias
A nave consiste em um Módulo de Carga Pressurizado que é construído pela Thales Alenia Space da Itália e um Módulo de Serviço construído pela Orbital, baseado no chassi GEOStar Satellite Bus e elementos da sonda Dawn da Orbital para reduzir custos e riscos.
O programa previa uma missão de demonstração COTS para a ISS e um total de oito voos CRS. Para seus primeiros quatro voos, a Cygnus voou em sua configuração padrão. Quando o Antares foi atualizado com o segundo estágio Castor 30 XL, a Cygnus fez a transição para sua versão aprimorada atual para transportar mais carga para a ISS. O padrão Cygnus transportava 2.000 kg de carga, enquanto a versão alongada tem uma capacidade de carga de 3.500 kg, limitada pelo desempenho do veículo de lançamento. O veículo espacial pode ser carregado com mais de três toneladas de lixo e itens desnecessários para seu retorno destrutivo à Terra.
Módulo de Carga Pressurizada
As Cygnus padrão e Cygnus alongada usam Módulos de Carga Pressurizada construídos pela Thales Alenia Space, Itália. O módulo é baseado no Módulo de Logística Multipropósito MPLM que voou em várias missões do ônibus espacial para levar carga pressurizada à ISS.
Tem 3,07 metros de diâmetro e um comprimento de 3,66 metros em sua configuração padrão e 5,05 metros com um segmento adicionado na configuração alongada. O PCM padrão tem massa seca de 1.500 kg e a versão alongada pesa 1.800 kg. 2.700 kg de carga podem ser embalados no PCM padrão, enquanto a versão alongada permite que mais 800 kg sejam carregados. O módulo de carga tem um volume pressurizado de 18,9 metros cúbicos na configuração padrão e 27 metros cúbicos na configuração alongada. O consumo de energia do PCM é inferior a 850 watts.
O PCM apresenta uma escotilha de 94 por 94 centímetros que está integrada no anel do mecanismo de acoplagem comum (CBM Common Berthing Mechanism) de 127 centímetros. Como todos os outros veículos visitantes, a Cygnus tem o lado passivo do CBM enquanto a ISS é equipada com um mecanismo de acoplagem ativo. O PCM é capaz de armazenar 3.500 kg de carga para descarte.
Módulo de Serviço – SM
Localizado na seção traseira da espaçonave, a Cygnus Service Module fornece geração e armazenamento de energia, controle, propulsão, orientação e fixação da garra Power Data Grapple Fixture (PDGF) para o braço robótico da estação. O SM mede 3,23 metros de diâmetro e 1,29 metros de altura. Está equipado com painéis solares implantáveis, baterias e aviônicos para geração, armazenamento e distribuição de energia. Os painéis solares geram até 4 quilowatts de energia elétrica.
A Cygnus possui os Ultra Flex Solar Arrays, paineis solares construídos pela Alliant Techsystems, ATK. As telas triangulares são estendidas por motores de acionamento e tem um design leve de 25% da massa de paineis solares típicos consistindo de painéis rígidos. Além disso, as telas do ATK são mais compactas quando armazenadas. Os paineis produzem 3.500 Watts de potência quando a nave está voando em uma atitude apontada para o sol.
O SM também contém o Main Propulsion and Attitude Control System – Sistema Principal de Propulsão e Controle de Atitude – da nave. Possui propulsores IHI BT-4 para manobras de ajuste de órbita. O BT-4 foi desenvolvido pela IHI Aerospace do Japão e tem uma massa seca de 4 kg e um comprimento de 0,65 metro. O motor produz 450 Newtons de empuxo usando monometilhidrazina combustivel e oxidante de tetróxido de nitrogênio. Os propelentes são armazenados em tanques esféricos pressurizados com hélio. O Sistema de Controle de Atitude é usado para reorientação e pequenas igniçoes de encontro usando 32 propulsores monopropelentes, cada um com uma configuração de impulso nominal de 31 Newtons. O Módulo de Serviço também está equipado com o sistema de Orientação, Navegação e Controle do veículo, bem como equipamento para se comunicar com as estações terrestres, a ISS e o Sistema de Rastreamento e Retransmissão de Dados por Satélite TDRSS.
Sistema de navegação
A nave está equipada com semsores estelares e sistema GPS absoluto para determinar sua posição em órbita durante o vôo livre. Durante o Encontro com a Estação Espacial Internacional, a Cygnus muda para o GPS relativo para determinar sua posição em relação à ISS. Ao iniciar as operações de proximidade, começa a usar seu sistema de navegação de proximidade.
Ela usa um sistema TriDAR desenvolvido pela Neptec. TriDAR, ou Triangulation and LIDAR Automated Rendezvous and Docking, é um sistema de navegação de encontro que não depende de nenhum marcador de referência posicionado em seu alvo. Em vez disso, o TriDAR usa um sensor 3D baseado em laser e imagens térmicas para coletar dados 3D de seu alvo, que são comparados por software com a forma conhecida da espaçonave alvo. Isso permite que o TriDAR calcule a posição relativa, alcance e velocidade relativa. O algoritmo do computador é capaz de calcular a pose relativa de 6 graus de liberdade (6DOF) em tempo real usando uma abordagem Mais Informações Menos Dados (MILD). O TriDAR opera em distâncias que variam de 0,5 metros a mais de 2.000 metros sem sacrificar a velocidade ou a precisão em nenhuma das extremidades do intervalo.
O sensor 3D do TriDAR combina a tecnologia de triangulação a laser autossíncrona com radar a laser (LIDAR) em um único pacote para fornecer dados de rastreamento em curto e longo alcance.
O sistema de triangulação a laser é baseado no Laser Camera System (LCS) usado no Orbiter Boom Sensor System do ônibus espacial que foi usado para realizar inspeções do escudo térmico do veículo em órbita. O sistema oferece a funcionalidade de dois scanners 3D multiplexando os dois caminhos ópticos do subsistema ativo. O termovisor é usado para estender o alcance do sistema além da faixa operacional do LIDAR.
Perfil de Voo
A Cygnus é lançada no topo do foguete Antares que o coloca em uma órbita de 250 por 275 quilômetros inclinada 51,66 graus 630 segundos após o lançamento. A partir daí, a nave começa os ajustes de órbita e manobras de fase para se conectar com a ISS que orbita a Terra a uma altitude de 410 quilômetros. Ao longo da parte inicial do vôo, ela ativa seus transmissores e estende seus painéis solares.
Além disso, o veículo é submetido a uma série de verificações para garantir que todos os sistemas estejam funcionando conforme projetado. Usando rastreadores de estrelas e GPS, executa várias queima de motor para aumentar sua altitude para chegar perto da ISS.
Uma vez na zona de comunicação de 28 quilômetros em torno da ISS, o veículo muda para o GPS relativo, comunicando-se com os sistemas GPS da ISS para calcular sua posição relativa à estação. A nave se aproxima do ISS na “R-Bar”, vindo diretamente de baixo do ISS. Conforme o veículo se aproxima da ISS, ele muda para seu sistema de navegação de proximidade TriDAR para continuar até a abordagem final.
Os membros da tripulação a bordo da ISS podem interagir com a Cygnus através do Painel de Comando da Tripulação, caso algo anormal ocorra durante o encontro. Ao atingir um ponto a 10 metros da ISS, a Cygnus interrompe a sua abordagem e entra em ‘Free Drift’ deriva livre, para ser capturada pelo Canadarm2. O braço robótico da estação espacial é controlado pelos astronautas para agarrar a espaçonave.
Uma vez agarrada, é acoplada ao CBM do módulo Harmony ou do Unity. Depois de fixados no lugar, as verificações de hermiticidade são concluídas e as escotilhas entre a ISS e a Cygnus são abertas para permitir que a tripulação acesse o módulo de carga. Ao longo de sua missão acoplada, normalmente 30 dias, os membros da tripulação movem a carga para a ISS e carregam o veículo com lixo e itens desnecessários.
Uma vez que as escotilhas são fechadas novamente, o Canadarm2 move a Cygnus de volta para 10 metros e libera o veículo, que então executa uma série de ignições de motor para sair das proximidades da ISS. Uma vez a uma distância segura, a Cygnus executa sua queima de saida de órbita para reentrar na atmosfera sobre o Oceano Pacífico. Durante a reentrada, o veículo queima até certo ponto antes de os fragmentos sobreviventes caírem no Pacífico, longe das massas de terra povoadas.
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