پیشنهاد طراحی حسگر ستاره‌اي جديد چند روزنه‌اي به آژانس فضایی اروپا
این سیستم شامل تنها یک محفظه فلزی ریخته گری شده همراه با چهار تلسکوپ نوری بازتابنده (منعکس کننده) است که تنها از عملیات بافل سازهای داخلی استفاده می کند. پایداری بسیار بالا و همترازی و همراستایی عالی روزنه ها با هم، کاهش قابل توجه در ابعاد سیستم و هزینه تولید مجدد کم، ازویژگی های ذاتی این طراحی هستند.
ایده این روش یک تغییر اساسی و بنیادی در نحوه قرار گرفتن حسگرهای ستاره ای چندگانه متداول است. شرکت های Bradford Engineering، Cosine Research، Delta Utec، ISIS، Systematic Design و TNO در ساخت این حسگر ستاره ای نقش داشته اند.
پیش زمینه
شروع ساخت و توسعه یک حسگر ستاره ای کوچک توسط شرکت TNO به مناقصه آژانس فضایی اروپا برای یک زیرسیستم کنترل وضعیت و مدار یکپارچه مربوط می شود. شرکت TNO با سیستم پیشنهادی خاصی به نام AOCS به مناقصه پاسخ داد.
سیستم AOCS شامل یک حسگر زمینی، چهار حسگر ستاره ای و چهار حسگر خورشیدی یکپارچه در یک محفظه مکانیکی می شد. عملکرد اصلی سیستم به استحکام (صلبیت) مکانیکی بسیار بالای ایده مربوط بود.
TNO بر این عقیده بود که این ایده یک راه حل بالقوه برای یک مشکل مشخص و خاص پیشنهاد می کند (هسته اصلی این راه حل ادغام و یکپارچه کردن حسگرهای ستاره ای در یک محفظه است).
اگر چه این پیشنهاد توسط آژانس فضایی اروپا رد شد، این روش به خودی خود منحصر به فرد به شمار می رفت و ایده قرار دادن چندین روزنه در یک محفظه توسط TNO مطرح شد.
این ایده چیزی بیش از تنها یک راه حل برای فضاپیمای مدار زمین ثابت بود و مفهوم زیرسیستم کنترل وضعیت نوری یکپارچه (IOPACS) متولد شد.
ساختار اولیه IOPACS متشکل از چندین حسگر نوری در تنها یک محفظه می شود که به منظور دست یابی به یک روش خیلی فشرده و بسیار پایدار برای سنجش وضعیت فضاپیما طراحی شده است. چنین ساختاری می تواند برای اهداف بسیار متنوعی استفاده شود.
با اضافه کردن یک حسگر زمینی یک حسگر وضعیت و مدار زمین ثابت ساخته می شود. با اضافه کردن گیرنده های جی پی اس می توان همان حسگر را برای فضاپیمای در حال چرخش در مدار پایینی زمین ساخت (هر چند به طور کامل نوری نیست). با اضافه کردن یک مسافت یاب لیزری یک سیستم حسگر ملاقات و اتصال مداری حاصل می شود.
طراحی اولیه
طراحی اولیه حسگر ستاره‌اي جديد چند روزنه‌اي (حداقل در نسخه فعلی) تنها از یک محفظه شامل چهار دوربین مستقل تشکیل شده است که هر کدام دارای یک سیستم تصویربرداری بازتابنده هستند که از دو آینه که یکی از آنها کروی است، ساخته شده است. عملیات بافل کردن نورهای سرگردان فقط در داخل محفظه انجام می شود و هیچ بافل خارجی پیش بینی نشده است. ساختار عملیات بافل به گونه ای طراحی شده است که حداقل سه بازتاب برای رسیدن نور به آشکارساز مورد نیاز است.
به منظور دست یابی به یک طراحی بسیار فشرده و کم حجم با عملکرد خوب، تصمیم بر آن شده است که از روزنه بیضوی و تنها دو عنصر نوری استفاده شود.
در طول بهینه سازی تولید تصمیم بر آن گرفته شد تا از محفظه آلومینیومی ساخته شده با ریخته گری به جای محفظه ای جامد که ماشین کاری شده، استفاده شود.
یکی از مزایای اصلی استفاده از محفظه یکپارچه (که فقط از یک قطعه تشکیل شده است) این است که با یک مرحله ماشین کاری می توان تمامی تلرانس های نسبی برای نصب و مونتاژ قطعات نوری را تامین کرد.
بدین ترتیب حداکثر دقت حاصل می شود، و با استفاده از مراجع مناسب، یک سیستم می تواند جایی ساخته شود که فقط بخش های نوری نصب می شوند و می توان سیستم با عملکرد کامل و بدون نیاز به همترازی های بیشتر داشت. این امر منجر به کاهش شدید هزینه تولید حسگر ستارهای می شود و با رویکرد انتخاب شده مقاومت حرارتی بین چهار بخش حسگر ستارهای به حداقل می رسد.
همچنین اگر در نظر بگیریم که آینه نیز از آلومینیوم ساخته شده، کاملاً آشکار است که پایداری حرارتی این سیستم عالی است.
یکی از مشکلات اصلی به موجب نفوذ نور سرگردان در کنار نور خورشید منعکس شده از فضاپیما ایجاد می شود. حل این مشکل نیاز به افزایش قابل توجه در ابعاد سیستم دارد. خوشبختانه این افزایش اندازه با عملکرد بهتر اندازه گیری وضعیت با هم فراهم می آیند.
بر اساس یک نظرسنجی در بازار، مشخص شد که دقت ۰.۰۱ درجه برای رفع نیاز ۹۰ تا ۹۵ درصد همه ماموریت ها کافی است. بنابراین دقت هدف برای سیستم تحت طراحی در این سطح تنظیم شده است.
