CASSIOPE

Cascade, Smallsat and Ionospheric Polar Explorer ( CASSIOPE ), [5] es un satélite multimisión de la Agencia Espacial Canadiense (CSA) operado por la Universidad de Calgary . El desarrollo y las operaciones de la misión desde el lanzamiento hasta febrero de 2018 fueron financiados a través de CSA y el programa Technology Partnerships Canada. [5] En febrero de 2018 CASSIOPE se convirtió en parte de la Agencia Espacial Europea 's constelación Swarm a través del Programa Misión de terceros , conocido como enjambre de eco, o Swarm-E. [6] Fue lanzado el 29 de septiembre de 2013, en el primer vuelo del SpaceX. Vehículo de lanzamiento Falcon 9 v1.1 . [2] [7] CASSIOPE es el primer satélite híbrido canadiense que tiene una misión dual en los campos de las telecomunicaciones y la investigación científica. Los principales objetivos son recopilar información para comprender mejor la ciencia del clima espacial, al tiempo que se verifican los conceptos de comunicaciones de alta velocidad mediante el uso de tecnologías espaciales avanzadas.

CASSIOPE
Lanzamiento CASSIOPE 001.jpg
CASSIOPE se lanza en un Falcon 9 v1.1
Tipo de misiónInvestigación de
comunicaciones tecnológicas
OperadorUniversidad de Calgary
ID COSPAR2013-055A
SATCAT no.39265
Sitio webhttp://www.asc-csa.gc.ca/eng/satellites/cassiope.asp
Duración de la misiónMisión principal: 18 meses [1]
Vida útil del diseño: 2 años [2] [3]
Transcurrido: 7 años, 8 meses, 22 días
Órbitas completadas6763 [4]
Propiedades de la nave espacial
AutobúsMAC-200
FabricanteMDA (principal)
Magellan Aerospace (subcontratista)
Com Dev (subcontratista)
Masa de lanzamiento500 kg (1.100 libras) [3]
Dimensiones180 × 125 cm (71 × 49 pulgadas) [3]
Energía5 paneles solares que generan
hasta 600 W [3]
Inicio de la misión
Fecha de lanzamiento29 de septiembre de 2013, 16:00  UTC ( 2013-09-29UTC16Z )
CoheteFalcon 9 v1.1
Sitio de lanzamientoVandenberg SLC-4E
ContratistaSpaceX
Parámetros orbitales
Sistema de referenciaGeocéntrico
RégimenTierra baja
Semieje mayor7.240,49 km (4.499,03 millas) [4]
Excentricidad0.0744616 [4]
Altitud del perigeo330 km (210 millas) [4]
Altitud de apogeo1.408 km (875 millas) [4]
Inclinación80,98 grados [4]
Período102,19 minutos [4]
RAAN192,36 grados [4]
Argumento de perigeo243,84 grados [4]
Anomalía media14,09 grados [4]
Movimiento medio14.09 [4]
Época24 de enero de 2015, 21:55:19 UTC [4]
 

El satélite se desplegó en una elíptica [8] órbita polar [9] y lleva un sistema de comunicaciones comercial llamado Cascade, así como un paquete experimento científica llamada e-POP (mejorado del flujo polar Probe). [9]

Después de la puesta en escena, SpaceX utilizó la primera etapa del Falcon 9 para una prueba de descenso y aterrizaje controlados . Si bien la primera etapa fue destruida por el impacto con el océano, se adquirieron datos importantes y la prueba se consideró un éxito. [10]

CASSIOPE es un pequeño satélite de 500 kg (1100 lb) que mide 180 cm (5,9 pies) de largo y 125 cm (4,10 pies) de alto. Combina la función de dos misiones distintas para ser más rentable y reducir el riesgo . [11]

La nave espacial lleva una carga útil principal de dos conjuntos de instrumentos: el sistema de comunicaciones comerciales Cascade y una carga útil científica denominada e-POP.

cascada

La carga útil comercial, llamada Cascade, es un mensajero de demostración de tecnología en el cielo, cuyo objetivo es proporcionar una prueba de concepto para un servicio de mensajería de banda ancha digital para uso comercial. Construido por MDA, el concepto operativo es recibir archivos de datos muy grandes a medida que el satélite orbita alrededor del mundo, almacenarlos a bordo temporalmente y luego entregarlos en un momento posterior a casi cualquier destino en todo el mundo. [11]

El demostrador proporcionará un servicio de entrega de archivos de almacenamiento y reenvío digital seguro , aprovechando el hecho de que CASSIOPE pasa por gran parte del mundo 15 veces al día. Ha sido descrito [¿ por quién? ] como un servicio de mensajería, con los clientes utilizando una pequeña antena parabólica de uno o dos metros (tres o seis pies) para cargar o descargar archivos a una velocidad de 1,2 gigabits por segundo. La capacidad de almacenamiento será de entre 50 y 500 gigabytes y el tiempo de entrega de datos será de unos 90 minutos, dependiendo de los puntos de recogida y depósito en el mundo. [ cita requerida ]

e-POP

La parte e-POP de CASSIOPE es un conjunto de ocho instrumentos científicos. El Instituto de Investigación Espacial de la Universidad de Calgary lidera el proyecto científico, mientras que MDA es el contratista principal de la misión, incluido el lanzamiento y operación de la nave espacial. La misión de ciencia orbital está programada para una duración de 21 meses. [9]

e-POP recopilará datos sobre tormentas solares en la atmósfera superior. Estas tormentas dan lugar a la aurora polar o auroras boreales que se ven en los cielos de las latitudes septentrionales. Si bien estos resplandores atmosféricos pueden ofrecer un emocionante espectáculo nocturno, la radiación inductora puede interferir con las comunicaciones por radio, la navegación GPS y otros sistemas espaciales. [ cita requerida ] Los ocho instrumentos científicos a bordo de CASSIOPE ayudarán a los científicos a comprender el clima solar y eventualmente planear medidas para mitigar sus efectos nocivos. [8]

La carga útil de e-POP contiene ocho instrumentos científicos: [12]

  • Radiotomografía EM coherente (CER), que mide la propagación de radio y el centelleo ionosférico
  • Fast Auroral Imager (FAI), que mide las emisiones de auroras a gran escala
  • Experimento de perfil y altitud GPS (GAP), determinación de posición y actitud de alta precisión
  • Espectrómetro de masas de iones (IRM) de escaneo rápido y obtención de imágenes, que mide la distribución tridimensional de iones
  • Magnetómetro Fluxgate (MGF), medición de perturbación de campo magnético de alta precisión
  • Espectrómetro de masas neutras (NMS), que mide la masa, composición y velocidad de partículas neutras.
  • Instrumento receptor de radio (RRI), que mide la propagación de ondas de radio
  • Generador de imágenes de electrones supratérmicos (SEI), que mide la distribución de electrones de baja energía

El satélite que se convirtió en CASSIOPE comenzó con un concepto de 1996 para un microsatélite pequeño (70 kg / 150 lb) y económico llamado Polar Outflow Probe , o POP. La Agencia Espacial Canadiense financió un estudio de viabilidad de 1997 que condujo a un concepto de misión modificado que fue diseñado durante 2000-2005. [9] El concepto revisado era combinar una versión mejorada de POP, llamada e-POP, con un satélite comercial de MDA Corporation llamado Cascade , en un solo satélite, y diseñar y construir un bus de satélite pequeño genérico y de bajo costo que será útil para otras misiones de satélites canadienses en el futuro.

Los ocho instrumentos científicos e-POP se construyeron, calibraron y probaron en 2005-2007, con integración en el bus de satélite para pruebas a nivel de naves espaciales en 2008-2009. [9]

"> Reproducir medios
Lanzamiento de SpaceX Falcon 9 desde Vandenberg con CASSIOPE

El satélite fue lanzado el 29 de septiembre de 2013 a bordo de un cohete SpaceX Falcon 9 v1.1 . [13]

En el momento en que se contrató el lanzamiento en 2005, el vehículo de lanzamiento planeado era un SpaceX Falcon 1 . El lanzamiento estaba programado originalmente para 2008 desde la isla Omelek . La fecha de lanzamiento se deslizó varias veces, y después de que SpaceX suspendiera el Falcon 1, el lanzamiento se cambió al Falcon 9, mucho más grande, en junio de 2010. [8] [14]

La MDA contrató a SpaceX para poner la carga útil CASSIOPE en el primer vuelo de un vehículo de lanzamiento esencialmente nuevo: un lanzamiento de demostración no operativo. [15] El Falcon 9 v1.1, actualizado del Falcon 9 original, es un cohete 60% más pesado con un 60% más de empuje. [15] El vuelo se contrató con una masa de carga útil que es muy pequeña en relación con la capacidad del cohete, a una tarifa con descuento porque era una misión de demostración de tecnología para SpaceX, aproximadamente el 20% del precio normal publicado para las misiones SpaceX Falcon 9 LEO . [dieciséis]

Dado que este era el primer vuelo de un nuevo vehículo de lanzamiento, la Fuerza Aérea de EE. UU. Había estimado que la probabilidad general de falla en la misión era de casi el cincuenta por ciento. [17] En el evento, la misión tuvo éxito, al igual que cada una de las siguientes 13 misiones Falcon 9 v1.1 antes de que ocurriera una falla del vehículo de lanzamiento y la pérdida de la misión en el Falcon 9 Flight 19 en junio de 2015.

La etapa superior del Falcon 9 utilizada para lanzar CASSIOPE quedó abandonada en una órbita terrestre baja elíptica en descomposición que, a partir del 20 de enero de 2016, tenía un perigeo de 317 km (197 millas) y un apogeo de 1.283 km (797 millas). [18]

Pruebas de vehículos de lanzamiento posteriores a la misión

Después de que la segunda etapa se separó de la etapa de refuerzo, SpaceX realizó una nueva prueba de vuelo en la que el propulsor realizó una prueba para intentar volver a entrar en la atmósfera inferior de manera controlada y desacelerar hasta un aterrizaje simulado sobre el agua. [19] La prueba fue exitosa, pero no se recuperó la etapa de refuerzo.

Después de la fase de impulso de tres minutos del lanzamiento del 29 de septiembre de 2013, se invirtió la actitud de la etapa de refuerzo y tres de los nueve motores se volvieron a encender a gran altitud, según lo planeado, para iniciar la trayectoria de desaceleración y descenso controlado a la superficie del océano. La primera fase de la prueba funcionó bien y la primera etapa volvió a entrar de forma segura . [13]

Sin embargo, la primera etapa comenzó a rodar debido a las fuerzas aerodinámicas durante el descenso a través de la atmósfera , y la velocidad de alabeo excedió las capacidades del sistema de control de actitud de refuerzo (ACS) para anularlo. El combustible en los tanques se centrifugó hacia el exterior del tanque y el único motor involucrado en la maniobra de desaceleración a baja altitud se apagó. Los escombros de la primera etapa se recuperaron posteriormente del océano. [13]

SpaceX también realizó una prueba posterior a la misión en la segunda etapa . Si bien varias de las nuevas capacidades se probaron con éxito en el vuelo CASSIOPE del 29 de septiembre de 2013, hubo un problema con la prueba de reinicio de la segunda etapa. La prueba para volver a encender el motor de vacío Merlin 1D de segunda etapa una vez que el cohete había desplegado su carga útil principal (CASSIOPE) y todas sus cargas útiles secundarias nanosat no tuvo éxito. [10] El motor no se reinició mientras la segunda etapa navegaba en órbita terrestre baja.

Cargas útiles secundarias

Cinco naves espaciales de nanosatélites que también se llevaron a la órbita en el mismo vehículo de lanzamiento que transportaba la carga útil primaria CASSIOPE: [11]

  • CUSat , Universidad de Cornell
  • Explorador de densidad neutra atmosférica y de arrastre (DANDE), Universidad de Colorado Boulder
  • tres esferas de calibración atmosférica pasiva de órbita polar (POPACS), cada una de ellas una esfera de aluminio blanco de 10 cm (4 pulgadas), proyecto conjunto de Morehead State University , University of Arkansas , Montana State University , Drexel University y Planetary Systems Corporation . [20]

  • Lista de lanzamientos de Falcon 9 y Falcon Heavy

  1. ^ Howell, Elizabeth (27 de septiembre de 2013). "SpaceX lanzará el satélite meteorológico espacial para Canadá el domingo" . Space.com . Consultado el 13 de abril de 2014 .
  2. ^ a b Graham, William (29 de septiembre de 2013). "SpaceX lanza con éxito el debut Falcon 9 v1.1" . Vuelo espacial de la NASA . Consultado el 13 de abril de 2014 .
  3. ^ a b c d "Ficha técnica CASSIOPE / e-POP" . Universidad de Calgary. 2014. Archivado desde el original el 31 de octubre de 2013 . Consultado el 14 de abril de 2014 .
  4. ^ a b c d e f g h yo j k l "Detalles del satélite CASSIOPE 2013-055A NORAD 39265" . N2YO. 24 de enero de 2015 . Consultado el 25 de enero de 2015 .
  5. ^ a b Giffin, Gregory B .; Ressl, Waqar-Un-Nissa; Yau, Andrew W .; King, E. Peter (2004). Cassiope: una ciencia espacial canadiense basada en Smallsat y una misión de demostración avanzada de comunicaciones por satélite . 18ª Conferencia AIAA / USU sobre satélites pequeños. Logan, Utah. 9 al 12 de agosto de 2004. SSC04-VI-5.
  6. ^ "Swarm trio se convierte en cuarteto" . www.esa.int . Consultado el 14 de febrero de 2020 .
  7. ^ Foust, Jeff (27 de marzo de 2013). "Después de Dragon, el enfoque de SpaceX vuelve a Falcon" . NewSpace Journal . Consultado el 5 de abril de 2013 .
  8. ^ a b c Boucher, Mark (26 de junio de 2012). "Satélite CASSIOPE de Canadá acercándose al despegue" . SpaceRef Canadá . Archivado desde el original el 15 de enero de 2013 . Consultado el 7 de septiembre de 2013 .
  9. ^ a b c d e "Calendario del proyecto e-POP" . Universidad de Calgary . 2013. Archivado desde el original el 28 de julio de 2013 . Consultado el 6 de septiembre de 2013 .
  10. ^ a b Ferster, Warren (29 de septiembre de 2013). "El cohete Falcon 9 actualizado debuta con éxito de Vandenberg" . Noticias espaciales . Consultado el 30 de septiembre de 2013 .
  11. ^ a b c Messier, Doug (10 de septiembre de 2013). "Una vista previa del vuelo de Falcon 9 desde Vandenberg" . Arco parabólico . Consultado el 11 de septiembre de 2013 .
  12. ^ "Carga útil e-POP en CASSIOPE" . Universidad de Calgary. 2013. Archivado desde el original el 31 de octubre de 2013 . Consultado el 20 de febrero de 2014 .
  13. ^ a b c Messier, Doug (29 de septiembre de 2013). "Falcon 9 lanza cargas útiles en órbita desde Vandenberg" . Arco parabólico . Consultado el 30 de septiembre de 2013 .
  14. ^ Boucher, Mark (28 de junio de 2010). "Viejas noticias revisitadas - SpaceX para lanzar CASSIOPE" . SpaceRef Canadá . Archivado desde el original el 17 de julio de 2012 . Consultado el 7 de septiembre de 2013 .
  15. ^ a b Clark, Stephen (28 de septiembre de 2013). "SpaceX pondrá a prueba las actualizaciones de Falcon 9 el domingo" . Vuelo espacial ahora . Consultado el 28 de septiembre de 2013 .
  16. ^ Klotz, Irene (6 de septiembre de 2013). "Musk dice que SpaceX es" extremadamente paranoico "mientras se prepara para el debut de Falcon 9 en California" . Noticias espaciales . Consultado el 13 de septiembre de 2013 .
  17. ^ "Renuncia a Space Exploration Technologies Corporation de límite de riesgo aceptable para el lanzamiento" . Registro Federal . Gobierno de los Estados Unidos. Administración Federal de Aviación . 27 de agosto de 2013 . Consultado el 21 de enero de 2016 . El Falcon 9 v1.1 es un nuevo vehículo de lanzamiento. La Fuerza Aérea de los EE. UU. Ha determinado que su probabilidad general de falla es de casi el cincuenta por ciento para cada uno de los dos primeros lanzamientos.
  18. ^ "Falcon 9 R / B - Órbita" . Cielos arriba. 20 de enero de 2016 . Consultado el 21 de enero de 2016 .
  19. ^ Lindsey, Clark (28 de marzo de 2013). "SpaceX avanza rápidamente hacia la primera etapa de fly-back" . NewSpace Watch . Archivado desde el original el 16 de abril de 2013 . Consultado el 29 de marzo de 2013 .
  20. ^ Holemans, Walter; Moore, R. Gilbert; Kang, Jin (2012). Cuenta regresiva para el lanzamiento de POPACS (esferas de calibración atmosférica pasiva en órbita polar) . 26ª Conferencia Anual AIAA / USU sobre satélites pequeños. 13-16 de agosto de 2012. Universidad del Estado de Utah. SSC12-X-3.

  • Yau, Andrew W .; James, H. Gordon (junio de 2009). "Misión de satélite pequeño de sonda de salida polar mejorada CASSIOPE (e-POP): observaciones de plasma espacial y colaboraciones internacionales". Actas de la conferencia AIP . 1144 : 192-195. Código Bibliográfico : 2009AIPC.1144..192Y . doi : 10.1063 / 1.3169287 .
  • Fujikawa, Nobuko; Hayakawa, Hajime; Tsuruda, Koichiro; et al. (2005). Espectrómetro de masa y velocidad neutra (NMS) en la nave espacial e-POP / CASSIOPE (PDF) . Sesiones Internacionales de Japón Reunión Conjunta de Ciencias de la Tierra y Planetarias 2005.
  • Yau, Andrew W .; James, H. Gordon (2011). "Objetivos científicos de la misión de satélite pequeño de la sonda de flujo de salida polar mejorada (e-POP) canadiense CASSIOPE". El sol, el viento solar y la heliosfera . Serie de libros especiales Sopron de la IAGA, volumen 4. Springer Países Bajos . págs. 355–364. Código bibliográfico : 2011sswh.book..355Y . doi : 10.1007 / 978-90-481-9787-3_26 . ISBN 978-90-481-9786-6.
  • Yau, AW; James, HG; Bernhardt, PA; et al. (Abril de 2009). "Misión de la sonda canadiense de flujo de salida polar mejorado (e-POP): estado actual y observaciones planificadas y distribución de datos" . Revista de ciencia de datos . 8 : S38 – S44. doi : 10.2481 / dsj.8.S38 .

  • CASSIOPE en la Agencia Espacial Canadiense
  • CASSIOPE en MacDonald, Dettwiler and Associates