手電筒航天器推進系統的問題讓NASA月球任務處於困難之中?
美國宇航局的”月球手電筒”任務於2022年12月11日成功發射,開始其為期四個月的月球之旅,在那裡,這顆小型衛星即SmallSat將測試幾種新技術,目標是尋找月球南極隱藏的地表冰。雖然小型衛星基本上是健康的,並與美國宇航局的深空網絡進行通信,但任務運營團隊已經發現它的四個推進器中的三個表現不佳。
任務小組在發射三天后首次觀察到推力下降的情況,正在努力分析這個問題並提供可能的解決方案。在巡航期間,”月球手電筒”的推進系統一直在運行,每次最多幾秒鐘的短時脈衝。根據地面測試,該團隊認為,性能不足可能是由於燃料管道中的障礙物造成的,這些障礙物可能限制了推進劑流向推進器。
這幅插圖顯示美國宇航局的月球手電筒正在進行軌跡修正機動,背景是月球和地球。由小型衛星的四個推進器提供動力,該機動裝置需要達到月球軌道。資料來源:NASA/JPL-Caltech
該團隊計劃很快將推進器的運行時間大大延長,希望在進行軌跡修正機動時,清除任何潛在的推進器燃料線障礙,使小衛星保持在到達計劃的繞月軌道的方向。如果推進系統不能恢復到全部性能,任務小組正在製定替代計劃,以利用推進系統目前的減推力能力完成這些機動。月球手電筒將需要從2月初開始每天進行軌跡修正機動,以便在大約四個月後到達月球軌道。
在月球表面低空俯衝,這顆公文包大小的小衛星將使用一個由四個近紅外激光器構建的新的激光反射儀,將光線照進月球南極的永久陰影坑,以探測表面的冰。為了在其建造時攜帶的有限推進劑的情況下實現這一目標,”月球手電筒”將採用節能的近直角光環軌道,使其在月球南極9英里(15公里)範圍內,最遠處為43000英里(70000公里)。
只有一個其他航天器採用了這種類型的軌道。美國宇航局的月球自主定位系統技術操作和導航實驗(CAPSTONE)任務,該任務於2022年6月發射到一個不同的近直角光環軌道,與Gateway計劃的軌道相同。CAPSTONE在前往月球的過程中也遇到了困難,一些幫助小衛星到達其計劃軌道的NASA團隊正在藉出他們的專業知識,以幫助解決Lunar Flashlight的推進器問題。
描述NRHO的信息圖,Gateway獨特的近直光環軌道。資料來源:美國國家航空航天局
由位於南加州的美國宇航局噴氣推進實驗室管理,月球手電筒是第一個使用新型”綠色”推進劑的星際飛船,這種推進劑被稱為先進的航天器高能無毒推進劑(ASCENT),比常用的推進劑如肼的運輸和儲存更安全。該任務的主要目標之一是展示這項技術,以供未來使用。這種推進劑在美國宇航局以前的地球軌道技術示範任務中得到了成功測試。
月球手電筒上的其他系統表現良好,包括從未開始使用的Sphinx飛行計算機,該計算機由JPL開發,作為小型衛星的低功率、耐輻射的選擇。月球手電筒用於與深空網絡進行通信的升級版”光圈”無線電也按照設計進行了運行,它具有一種新的精確導航能力,未來的小型航天器將利用這種能力在其他太陽系天體上進行會合和著陸。其他新的和突破性的系統,如該任務的激光反射儀,將在未來幾週在任務進入月球軌道之前進行測試。
“月球手電筒”由位於加州帕薩迪納的加州理工學院(Caltech)下屬的噴氣推進實驗室(JPL)為NASA管理。小衛星由佐治亞理工學院操作,包括研究生和本科生。月球手電筒燈科學團隊由位於馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心領導,包括來自多個機構的團隊成員,包括加州大學洛杉磯分校;約翰霍普金斯大學應用物理實驗室;以及科羅拉多大學。
小衛星的推進系統由美國宇航局位於阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心開發,並得到佐治亞理工學院的開發和集成支持。美國宇航局的小企業創新研究計劃資助了小企業的組件開發,包括Plasma Processes Inc. (Rubicon)的推進器開發,Flight Works的泵開發,以及Beehive Industries(以前是Volunteer Aerospace)的特定3D打印組件。空軍研究實驗室也為”月球手電筒”推進系統的開發提供了資金支持。月球手電筒是由美國宇航局空間技術任務局的小型航天器技術項目資助的。