Livet bortom ESA CryoSat-läckan

By | November 22, 2023

Aktivering och support

2023-11-22
1226 åsikter
51 smakar

Den 21 november 2023 bytte ESA:s CryoSat-satellit till sitt reservframdrivningssystem efter att en bränsleläcka hotade att avsluta uppdraget 2025.

Utbytet har potential att förlänga satellitens livslängd med 5 till 10 år. Men reservpropellerna hade aldrig använts tidigare.

Om något hade skadat dem under CryoSats 13 år i omloppsbana, fanns det en liten chans att uppdraget skulle avslutas direkt efter bytet.

Vad är CryoSat?

Isförlust från en glaciär visualiseras som en kub

CryoSat är ESA:s satellit dedikerad till att mäta tjockleken på polar havsis och övervaka förändringar i inlandsisen som täcker Grönland och Antarktis.

Uppdraget var designat för att pågå i cirka 5 år. Den har varit i omloppsbana i mer än 13 år.

“Sedan 2010 har CryoSat använt sin syntetiska radarhöjdmätare (SAR) för att övervaka land- och havsis överallt på jorden för att hjälpa forskare att visa den viktiga roll is spelar för att reglera klimatet och dess påverkan från den globala uppvärmningen”, säger Tommaso Parrinello, CryoSat-uppdraget. chef. .

“CryoSat är en gåva som fortsätter att ge. Dess trettonåriga klimatrekord för globala is- och havsnivåer saknar motstycke, och må det fortsätta under lång tid.”

De senaste uppdragens höjdpunkter inkluderar den första årliga kartan över ishavet i Arktis och våra mest exakta uppskattningar hittills av den isvolym som förlorats av jordens glaciärer och polarisar. Dessa data är avgörande för att informera klimatrapportering och politiska beslutsfattare.

CryoSat-data formar också utformningen av nya isövervakningssatelliter, såsom uppdraget Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter (CRISTAL).

Vad var problemet med CryoSat?

CryoSat skalenlig modell inne i kontrollrummet.

För att göra ultraexakta mätningar av jorden eller kosmos, utför de flesta satelliter periodiska manövrar för att hålla dem i den perfekta omloppsbanan.

CryoSat använder komprimerat kväve för att manövrera i rymden. Gasen lagras under högt tryck i en bränsletank och transporteras genom en serie rör och ventiler till thrustrarna. Thrustrarna släpper ut gasen i rymden och skjuter eller roterar satelliten i valfri riktning.

Bränsleförbrukningen förväntades inte vara en begränsande faktor för CryoSat. Men 2016 märkte operatörer som flög CryoSats vid ESA:s European Space Operations Center (ESOC) i Darmstadt, Tyskland, att rymdfarkosten förbrukade sina 37 kilogram komprimerat kväve mycket snabbare än väntat.

I november 2023 har CryoSat 13 kg bränsle kvar, 13 kg mindre än vad den borde ha baserat på användningen av thrustrarna för omloppsunderhållsmanövrar och attitydkontroll.

När bränsletanken sjunker under 5 kg kommer satelliten inte längre att kunna kontrollera sin pekriktning på ett tillförlitligt sätt eller behålla sin bana.

Vad orsakade läckan?

CryoSats kvävedrivmedel lagras i en högtrycksbränsletank. En tryckregulator omvandlar högtrycksluft till ett mycket lägre tryck för användning av thrusters.

Tillsammans med experter från satellittillverkaren Airbus har ESA-teamet identifierat platsen för läckan i en av CryoSats mindre attitydförstärkare.

Läckagehastigheten var liten till en början, men den ökade under de första åren och nådde en stabil takt som fortfarande skulle se till att CryoSat-uppdraget avslutades 2025.

En förklaring till detta kan vara att en liten spricka uppstått någonstans och växt till en viss storlek innan den stannade. Men det är svårt att diagnostisera den här typen av problem från fältet och det är omöjligt att veta säkert.

Hur räddade du satelliten?

Kiruna Station

CryoSat har ett sekundärt reservframdrivningssystem kopplat till sin bränsletank.

Den 21 november klockan 10:45 CET började ESOC-operatörer byta till detta backupsystem, när CryoSat passerade Svalbardstationen på Spitzbergen och ESA Kiruna-stationen i Sverige.

Först, medan de lämnade de primära thrustrarna inkopplade, öppnade de huvudventilen i reservframdrivningssystemet för första gången på CryoSats 13 år i rymden.

På ESOC i Tyskland övervakade CryoSats rymdfarkosters driftingenjörer och Airbus-teamet skärmar när trycket ökade, både inom reservframdrivningssystemet på CryoSat och i kontrollrummet på jorden.

Trycket i backupsystemet stabiliserades, vilket tyder på att det inte lider av några större egna problem, och satellitens omborddator instruerades att använda backup-thrustrarna istället för de primära thrusters som den har använt sedan lanseringen.

Strax innan CryoSat nådde slutet av sitt kommunikationsfönster med stationer i Arktis stängdes huvudventilen på de primära thrustrarna för att stoppa gasflödet genom läckan.

Och sedan… tystnad.

CryoSat-teamet övervakar rymdfarkoster under byte av framdrivningssystem

CryoSat lämnades ensam när den flög söderut över Afrika, kopplad in och använde sina reservpropeller för första gången.

“Säkerhetskopieringssystemet CryoSat är robust och kommer sannolikt att fungera som det är tänkt”, säger CryoSats verksamhetschef Jens Lerch. “Och om det skulle finnas ett problem med det, under övergången eller någon gång i framtiden, kan satelliten återgå till sitt primära system autonomt.”

“Men vi kunde inte vara säkra. Säkerhetskopieringen har inte behövts under de 13 år som CryoSat har varit i rymden. Under den här tiden kunde den ha drabbats av en liknande läcka eller skadats av något som en mikrometeoroid, och vi hade inget sätt att testa det i förväg utan att utsätta oss för samma risker som vi står inför idag.

Lyckligtvis, 25 minuter senare, steg CryoSat över horisonten för Troll-markstationen i Antarktis i full drift.

Följande dag, den 22 november, genomförde ESA:s flygkontrollteam en “omloppskontrollmanöver” för att testa backupsystemets två största boosters.

Eftersom inga problem uppstod under eller efter manövern, är CryoSats reservpropeller nu officiellt i drift och satelliten kan fortsätta sin vetenskapliga verksamhet fram till slutet av decenniet och eventuellt därefter.

Vänta, läckan upptäcktes 2016. Varför vänta tills nu med att göra något?

När som helst sedan lanseringen har CryoSat haft möjligheten att byta till sitt backup-framdrivningssystem om dess omborddator upptäckt ett plötsligt stort problem med huvudsystemet.

Men att reagera på en långsam läcka är ett svårare beslut än att reagera på en snabb läcka som satelliten måste hantera omedelbart eller till och med autonomt.

CryoSat har samlat in sju år av ovärderlig iskartläggningsdata mellan 2016 och 2023. Om operatörerna hade bytt till backuppropeller direkt och en rad högst osannolika problem hade uppstått under omkonfigurationen, skulle denna data aldrig ha funnits.

Men ju längre de väntade, desto mer bränsle läckte ut i rymden och desto färre ytterligare år kunde de vinna genom att byta.

Den 21 november 2023 valdes ut som dagen som balanserade dessa två faktorer.

Vad kommer härnäst?

GLAS

Bytet till CryoSat backup thrusters var en framgång. Men vi vet fortfarande inte exakt hur mycket detta kan förlänga uppdraget.

Endast genom att övervaka bränslereserverna under de kommande dagarna och veckorna kommer CryoSat-teamet att veta om det finns mindre läckor eller problem i backupsystemet.

I bästa fall kan denna operation visa sig vara ovärderlig för mänsklighetens polära isrekord.

CryoSat har varit en viktig del av det som vissa har kallat “satellithöjdmätningens guldålder.” Bland en imponerande flotta är dess radarhöjdmätare unik för att kunna övervaka is- och vattennivåer i alla delar av världen.

CRISTAL, den naturliga efterföljaren till CryoSat, kommer inte att lanseras om några år. En förlängning av CryoSat-observationer skulle stänga klyftan och bibehålla det längsta obrutna rekordet av globala isförändringar vi någonsin har haft.

CryoSat Team Photo – November 2023

Samtidigt kan ett nytt samarbete med NASA:s ICESat-2 isövervakningssatellit, som kombinerar banorna för ICESat-2 och CryoSat för att kartlägga snö på is (en viktig orsak till osäkerhet i våra uppskattningar) förbättra ännu mer. isvolym. ytterligare.

Resultaten kommer också att vara direkt applicerbara på framtida isuppdrag, inklusive CRISTAL.

Med ständiga förbättringar av CryoSats dataprodukter, som täcker inte bara havsis och landis utan även polarhav, kusthav och inre vatten, har ESA:s isuppdrag fortfarande mycket att erbjuda.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *