?

Log in

No account? Create an account

Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Новые спутники — новые баги: Инфракрасный сенсор спутника GOES-17 плохо охлаждается
lozga
У запущенного в марте метеорологического спутника GOES-17 проблема - инфракрасная камера нового поколения работает только частично из-за того, что плохо охлаждается. И сейчас одна команда инженеров пытается сократить периоды неполной работоспособности, а вторая - установить причину проблемы. Обе задачи важны, потому что анализ телеметрии предшественника, GOES-16, показал, что там тоже есть признаки ненормальной работы системы охлаждения, и, похоже, четвертое поколение метеорологических спутников GOES столкнулось с системной проблемой.

01.jpeg
Подготовка к запуску GOES-17, фото NASA

Хронология событий



Трансляция пуска

GOES-17 был запущен 1 марта. 12 марта аппарат добрался до геостационарной орбиты и приступил к тестированию бортовых систем. И здесь обнаружился неприятный сюрприз. Для нормальной работы основного оптического прибора спутника, Advanced Baseline Imager (ABI), требовалась низкая температура. Инфракрасные датчики нужно охлаждать, некоторые аж до 60° Кельвина (-213° С), чтобы они могли нормально функционировать. И выяснилось, что система охлаждения не справляется со своими обязанностями. К счастью, температурная нагрузка спутника зависела от времени суток и дня года, поэтому прибор оказался частично работоспособным, но, тем не менее, 13 из 16 частотных полос ежедневно были недоступны несколько часов.

Матчасть


Спутник GOES-17 является вторым в четвертом поколении метеорологических геостационарных спутников GOES. Первым в 2016 году на орбиту отправился GOES-16. По замыслу программы GOES два спутника занимают точки стояния восточнее и западнее обеих Америк, чтобы иметь качественное покрытие территории США. Еще две точки используются для проверки и хранения запасных спутников.

02.jpeg
Карта расположения спутников GOES, заливка - область видимости. Иллюстрация NASA

GOES-16 занял восточную точку, а для 17 спутника предназначалась западная. До запуска спутники носят алфавитные имена, поэтому шестнадцатый имел обозначение GOES-R, а семнадцатый -S. Конструктивно аппараты построены на платформе Lockheed Martin A2100, которая разрабатывалась для телекоммуникационных спутников и GPS, и несут приборы различного назначения.

03.jpeg
Размещение приборов на спутнике, схема NASA

Geostationary Lightning Mapper (GLM) работает в ближнем инфракрасном диапазоне и используется для обнаружения молний.
Extreme Ultraviolet and X-ray Irradiance Sensors (EXIS) направлен на Солнце, измеряет инсоляцию (облучение солнечными лучами) и может фиксировать потенциально опасные солнечные вспышки.
Solar Ultraviolet Imager (SUVI) тоже направлен на Солнце и представляет из себя телескоп, работающий в ультрафиолетовом диапазоне и предназначенный для наблюдения за коронарными дырами, выбросами массы и прочими явлениями солнечной погоды.
Magnetometer (MAG) и Space Environment In-Situ Suite (SEISS) наблюдают за магнитными полями и потоками высокоэнергетических частиц соответственно.
Но самым главным инструментом является Advanced Baseline Imager (ABI), который в 16 частотных диапазонах от видимого до инфракрасного фиксирует атмосферные явления, происходящие на земном шаре. Много диапазонов нужно потому, что, например, снег и лед лучше видны в диапазоне длин волн 1.58–1.64 микрометра, а туман, пожары и вулканизм - в 3.80–4.00 микрометра.

04.jpeg
AHI, однотипный ABI, без теплозащитной пленки. Фото Exelis

Оптическое разрешение зависит от диапазона и в лучшем случае составляет 0,5 км на пиксель, что в два раза больше разрешения сенсора спутников GOES предыдущего третьего поколения. Также, для сравнения, стоит отметить, что сенсоры GOES третьего поколения имели всего 5 диапазонов.

После введения в строй GOES-16 NOAA и NASA с полным правом похвастались полученными изображениями.

05.jpeg
Прогресс наглядно, рекомендую посмотреть в большом размере

06.jpeg
16 каналов ABI, по ссылке в большом размере

Проблема


Но увы, перечисленные в предыдущей главе красоты подпорчены технической проблемой - тепловые трубки, предназначенные для охлаждения сенсоров, не справляются со своей задачей. Теплоноситель, пропилен, недостаточно хорошо циркулирует в них. Причина этого пока не установлена, в качестве версий рассматриваются: излишний неконденсирующийся газ (в тепловых трубках теплоноситель газифицируется и конденсируется, пузырьки газа в жидкости будут мешать циркуляции), загрязнение трубок посторонними частицами или механическое повреждение трубок. На исследование причины и воспроизведение проблемы на земле уйдет еще 1-2 месяца.

Сенсоров, аналогичных ABI GOES-17, в космосе сейчас работает четыре. Один установлен на GOES-16, и еще два однотипных AHI стоят на японских геостационарных метеоспутниках "Химавари-8" и -9. Японские приборы работают нормально, но вот детальный анализ телеметрии GOES-16 показал, что считающаяся штатно функционирующей система охлаждения столкнулась с такими же проблемами, только в меньшей степени. Температура ABI GOES-16 оставалась в допустимых рамках, поэтому на признаки недостаточной циркуляции теплоносителя не обратили внимания. Повторение ситуации говорит о системности проблемы - либо при конструировании, либо на производстве допустили ошибку, и новые спутники GOES до исправления дефекта запускать нельзя.

Параллельно другая группа инженеров боролась с проблемой на спутнике. После принятых мер (жаль, не уточнили, каких), доступность диапазонов повысилась. Сейчас 13 из 16 диапазонов функционируют 24 часа в сутки, а оставшиеся 3 - 20 часов. Но расслабляться рано - приближается сентябрь, когда Солнце будет светить почти прямо в сенсор, серьезно повышая тепловую нагрузку. Точные числа пока неизвестны, но ожидается, что круглые сутки будут доступны 10 из 16 диапазонов, а оставшиеся - большую часть времени.

Заключение


Как и любая сложная техника, новые приборы на спутниках всегда могут принести сюрпризы. И история с GOES-17 показывает обычно малозаметную, но от этого не менее интересную работу по поддержанию спутников в рабочем состоянии, обновлению их программного обеспечения и настройки параметров работы "железа".

В качестве эксперимента запущены пуш-уведомления. Нажмите эту кнопку, и вам будет приходить сообщение, когда выйдет мой новый пост.


Я в социальных сетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Instagram, YouTube

attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «космические происшествия»


promo lozga november 4, 2014 17:00
Buy for 20 tokens
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

  • 1
Мда, похоже космонавтика упирается в тот уровень, когда обслуживание спутников на орбите становится необходимостью.

Что говорит о том, что не все хорошее на Земле хорошо в космосе.

Тепловые трубки, являющиеся высокоэффективными термоинтерфейсами с неравномерной кривой теплопередачи, по-моему, не совсем пока готовы для космоса. Да, необслуживаемая "капсулированная" конвекционная система, полный аналог классической системы с насосами, только проще и дешевле.

НО.

1. Наивысшая эффективность теплопереноса находится вблизи температуры фазового перехода. Несколько градусов туда-сюда - теплопроводность падает. В нормальных системах с циркуляцией этого нет, эффективность теплопереноса определяется исключительно скоростью прокачки теплоносителя.

2. Температура наивысшего КПД определяется исключительно количеством и чистотой теплоносителя. Причем в отличие от системы с принудительной циркуляцией пополнить теплоноситель невозможно, невозможно управлять давлением в контуре... Естественно, при росте температуры давление возрастает, и температура фазового перехода смещается, однако рост теплопередачи носит в общем случае нелинейный характер от температуры.



3. Хранение криогенной трубки при нормальной температуре, что приводит к механическим разрушением элементов в силу высокого внутреннего давления при избыточной общей температуре, способно привести к утечке (вплоть до диффузии через стенки) теплоносителя и порче тепловой трубки еще на этапе хранения. При этом системы с циркуляцией таких проблем не имеют.

Короче - вот так.

С другой стороны, конечно, масса...

Получается, канал, отвечающий за ближний температурный диапазон, дает неверную картину, и народ ищет правильные поправки на дополнительный источник тепла.

Я так понимаю, что здесь проблема именно в недостаточном охлаждении сенсоров, т.е. там либо шум нереально высокий, либо вообще картинки нет. А решают, скорее всего, уменьшением времени активной работы сенсора и увеличением времени его предварительного охлаждения.

Спасибо! Получается, если поправку установят, то съемка состоится

Я так понял, что она в любом случае состоится, просто хотели, чтобы сенсор охлаждался непрерывно и работал при этом, а теперь придется перейти в импульсный режим: условно, 2 часа охлаждать, минуту снимать.

Ето что?Новое "пугало" от птиц на огород?)

понаделали в небе дырок ракетами...

Майнеры уже и до спутников добрались... вот и плохое охлаждение )))

  • 1