Misja kosmiczna BepiColombo, kalibracja ISA (Italian Spring Accelerometer) Maciej Kalarus seminarium Zakładu Geodezji Planetarnej

Plan prezentacji Misja BepiColombo Akcelerometr (ISA) Kalibracja przeznaczenie budowa Kalibracja idea, problemy wyniki symulacji Plan współpracy z IFSI Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

BepiColombo Mariner 10 Messenger Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-1984)

BepiColombo cele misji pochodzenie i ewolucja Merkurego - badanie wewnętrznej struktury, topografii i geologii pochodzenie pola magnetycznego zbadanie atmosfery i magnetosfery Merkurego test ogólnej teorii względności

BepiColombo moduły MTM - Mercury Transfer Module MPO - Mercury Planetary Orbiter MMO - Mercury Magnetospheric Orbiter MSE - Mercury Surface Element

BepiColombo start: 2013 r. czas podróży: 6 lat czas pracy: 1 rok (+1)

BepiColombo moduł MPO – instrumenty ISA – Italian Spring Accelerometer BELA – BepiColombo Laser Altimeter ISA – Italian Spring Accelerometer MERMAG  – Mercury Magnetometer MERTIS-TIS  – Mercury Thermal Infrared Spectrometer MGNS  – Mercury Gamma ray and Neutron Spectrometer MIXS  – Mercury Imaging X-ray Spectrometer MORE – Mercury Orbiter Radio science Experiment PHEBUS  – Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy SERENA  – Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances SIMBIO-SYS – Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System SIXS  – Solar Intensity X-ray Spectrometer

BepiColombo moduł MPO – orbita Semimajor axis a 3389 km (400 x 1500 km) Eccentricity e 0.162 Inclination I 90° Orbital period P 8355 s (2.32 h) Ascending node longitude W 0 deg Argument of pericenter w 0.7 deg Nodal rate dW/dt 0 deg/day Pericenter rate dw/dt 0.0915 deg/day

ISA przeznaczenie RSE - Radio Science Experiment - ruch obrotowy planety - pole grawitacyjne i jego czasowe zmiany, pływy lokalne anomalie grawitacyjne orbita Merkurego, test ogólnej teorii względności Pomiar niegrawitacyjnych przyspieszeń perturbujących trajektorię MPO

ISA budowa, parametry dokładność: 9.8·10-9 m/s2 zakres częstotliwości: 3·10−5 -10−1 Hz

ISA umiejscowienie Główne sygnały zakłócające

ISA sygnały nominalne główne założenia: - Merkury w peryhelium - R = [0.1 0.1 0.1] m

Kalibracja cel wyznaczenie bieżącego przesunięcia ISA względem centrum masy MPO (R) oszacowanie współczynnika wzmocnienia a przetwornika (opcjonalnie) DANE: bieżąca pozycja i orientacja MPO względem Merkurego i Słońca profil rotacji MPO kalibracja na Ziemi, podczas lotu, na orbicie

Symulacja pomiaru i kalibracji ogólna idea Warunki początkowe Profil rotacji MPO Sygnały wejściowe (przyspieszenia) symulator ISA Sygnał wyjściowy przyspieszenia niegrawitacyjne Odzyskiwanie parametrów R i a

ISA generator sygnału wejściowego

Kalibracja - rotacja wokół stałej osi rotacja wokół zmiennej osi rotacji (rotacja złożona) rotacja podczas zaćmienia rotacja w obecności strumienia wiatru słonecznego rotacja + zmiany położenia anteny różny czas kalibracji (5 min, 15 min)

Kalibracja wyznaczanie R - wyznaczanie R i a

Kalibracja stała i zmienna oś rotacji

Kalibracja zmienna oś rotacji R = [1 1 1] mm

Wyniki symulacji R = [1 1 1] mm oś rotacji: x Rezultat (std) [mm] Rx Ry Rz ax: [gx] [] [] 1.18 (0.107) ay: [] [gy wx2] [ex] 0.99 (0.010) 1.02 (0.013) az: [] [ex] [gz wx2] 1.01 (0.012) 0.99 (0.010) oś rotacji: zmienna Rezultat (std) [mm] Rx Ry Rz ax: [gx wy2 wz2] [wxwy ez] [wxwz ey] 0.98 (0.053) 0.98 (0.016) 1.01 (0.015) ay: [wxwy ez] [gy wx2 wz2] [wywz ex] 1.00 (0.017) 0.83 (0.212) 1.02 (0.016) az: [wxwz ey] [wywz ex] [gz wx2 wy2] 1.01 (0.016) 0.98 (0.018) 1.11 (0.086)

Wnioski strategia minimalizacji błędów formalnych - kalibracja podczas zaćmienia (rekomendowana) - profil przyspieszenia kątowego: prostokątny lub sinusoidalny czas kalibracji: 300s oś rotacji: zmienna liniowo niezależne profile rotacji - kalibracja w obecności wiatru słonecznego - profil przyspieszenia kątowego: prostokątny lub sinusoidalny czas kalibracji: 900s oś rotacji: skierowana w stronę Słońca - błąd formalny ma sens gdy nie ma błędów systematycznych, a występują tylko błędy losowe o zerowej wartości średniej

Plan dalszej współpracy z IFSI przygotowanie kompleksowego oprogramowania do symulacji i kalibracji ISA ustalenie standardu wymiany danych między projektami zewnętrznymi nawiązanie bliższej współpracy z Astrium (wymiana dokumentacji technicznej) model ruchu anteny stochastyczne modelowanie przemieszczenia paliwa uproszczenie modelu ISA uwzględnienie albedo Merkurego (ew. uwzględnienie promieniowania podczerwonego)