CRYOSAT- SIRAL. 19 oktober 2010 UPPLÄGG. CRYOSAT missionen. SIRAL antennen. Dagsläge. Viola Sohtell RUAG Space AB

Transkript

1 CRYOSAT- SIRAL Viola Sohtell RUAG Space AB UPPLÄGG CRYOSAT missionen SIRAL antennen Konstruktion Produktion Sammanbyggnad Test Dagsläge Uppskjutning 8 april 2010 Commissioning phase pågår RUAG Space AB, Viola Sohtell 2 1

2 Cryosat ESA s ice mission RUAG Space AB, Viola Sohtell 3 Mätning av variationen i polarisarnas tjocklek Mätningar gjorda med ERS satelliterna (upp till ca 83 grader) CryoSat-2 employs a series of mode masks dictating which operating modes of SIRAL are used where: low-resolution mode resembling standard altimetry over interior land ice, SAR mode over sea ice, and SARIn mode over ice sheet margins, with mode masks updated every two weeks to take account of seasonal changes of the sea-ice extent. OBS områden för batymetri och geodesi där SARIn moden ska testas. RUAG Space AB, Viola Sohtell 4 2

3 Cryosat satelliten Siral (SAR Interferometric Radar ALtimeter) instrumentet Doris mottagare för att lokalisera satelliten i bana Star-trackers identifierar satellitens orientering Laser retro-reflector (reflekterar laser signaler från jorden) Dataöverföring till markstationen i Kiruna på X-bandet Telemetri och Telecommando på S- bandet RUAG Space AB, Viola Sohtell 5 Kraven på precision en utmaning! Avståndet från satelliten till jorden: 717 km Isens tjockleksvariation ska mätas med cm-precision Vinkelprecisionen för interferometrimätningen ska vara <30 bågsek = 8 milligrader Satelliten ser solen från varierande infallsriktning precisionen ska behållas för att kunna jämföra en mätning med nästa oberoende av termiska förhållanden RUAG Space AB, Viola Sohtell 6 3

4 SIRAL Antennen Första gången levererad sept 2003 till Cryosat -1 Andra gången levererad dec 2007 till Cryosat -2 RUAG Space AB, Viola Sohtell 7 KONSTRUKTION RF konstruktion Termisk konstruktion Mekanisk/Strukturell konstruktion Integrerat Materialval Termoelastisk konstruktion för att få en tillräckligt bra antenn RUAG Space AB, Viola Sohtell 8 4

5 RF Krav Kundkrav på Frekvens och bandbredd (Ku-band) Polarisation (linjär) Gain (42 dbi) Korspolarisation Isolation mellan antennerna Inriktning av antennerna I förhållande till spegelkub 3 db lobbredd Interferometribaslängd och orientering SMAA (Stability of Measurement of the Angle of Arrival) krav:20 bågsekunder; mål:11.4 bågsekunder Sidlobsnivå VSWR (eller Return loss) Peknoggrannhet 0.05 grader Antennernas pekning i förhållande till varandra Gainrippel Fasrippel Grupplöptid Fasskillnaden mellan antennerna 20 bågsekunder = grader RUAG Space AB, Viola Sohtell 9 RF konstruktion och analys Optimera för: Gain (0 riktning och vid 3dB nivå) Sidlobsnivå (max nivå relativt gain) Korspolatisationsnivå (relativt gain) Potter horn valt pga goda korspolarisationsprestanda och relativt liten bandbredd. RUAG Space AB, Viola Sohtell 10 Hornet optimeras map Return loss 12 db kantbelysning vid 23.5 deg. minimera max korspolarisationsnivå fascentrums stabilitet vs. frekvens 5

6 Mek/Struktur Konstruktion o Analys Kundkrav på Första egenfrekvens Massa Tillåten volym Kvasistatiska laster Akustiska laster Sinusvibration Tryck och luftning Härbärgering av Star trackers I/F laster Termomekanisk stabilitet RUAG Space AB, Viola Sohtell 11 Mekanisk konstruktion Siralantennen och dess delar: Huvudreflektorer Subbreflektorer Stöttor Basplatta Matarhorn På undersidan: Matningsvågledare Insatser för montering av Startrackers Flexibla fötter för montering mot S/C RUAG Space AB, Viola Sohtell 12 6

7 Strukturanalys Indata till strukturanalysen: materialens egenskaper från mätningar eller ur databas samt kundkrav i form av krafter som påverkar antennen via fötterna eller akustiskt vid uppskjutning eller termiska krav som vi själva räknar ut Analyserade parametrar I/F laster Sinus vibration (resonansfrekvenser) Termoelastiska deformationer Första egenfrekvensen f=55.1 Hz drivs av star-trackers no 1 och 3 RUAG Space AB, Viola Sohtell 13 Termisk design/analys Indata i form av - Satellitbana (koordinater för satellitens rörelse) - Satellitens termiska egenskaper - Solkonstanter - Albedo koefficienter (jordens reflektion/absorbtion) - Jordens IR strålning - I/F krav (utbyte med satellitkroppen) Analyserade fall: Extrem-temperaturer för antennens olika delar i - Nominell mod - Safe mode (pekning 20 grader bort från jorden) - Launch - Gradient fall (för att hitta det fall där temperaturskillnaden blir som störst mellan antennerna) Max termiskt flöde via vågledare och fötter RUAG Space AB, Viola Sohtell 14 7

8 Termisk analys Safe mode: Illustration of the cold (to the left) and hot (to the right) orbit. Antenna part Predicted Temperature [ C] Acceptance Temperature [ C] Qualification Temperature [ C] Max Min Max Min Max Min Reflectors, struts, baseplate Horns, wave guides SLI MLI Beräknade temperaturer en max/min sammanställning för operationella och safe moder RUAG Space AB, Viola Sohtell 15 Tillverkning av delar till SIRAL antennen Sub- och huvudreflektorer tillverkning och ytbehandling RUAG Space AB, Viola Sohtell 16 8

9 Delar till antennen Vågledare och matarhorn - försilvrad Invar Montering av vågledarna RUAG Space AB, Viola Sohtell 17 Ytnoggrannhet och temperaturutvidning mäts på basplatta och reflektorer före integration RUAG Space AB, Viola Sohtell 18 9

10 Integration Stöttor provas på basplattan Inmätning av reflektorer och stöttor med lasertracker RUAG Space AB, Viola Sohtell 19 Integration av SIRAL antennen Utprovning av Termiska filtar, MLI och SLI MLI Multi Layer Insulation flerlagersstruktur av aliminiumbelagd Kapton SLI Single Layer Insulation enkellager av Kapton belagd med Germanium RUAG Space AB, Viola Sohtell 20 10

11 Insidan av tälten Försilvrat horn, aluminiumbelagda reflektorer, blankt SLI > Termosinsida RUAG Space AB, Viola Sohtell 21 Integration av SIRAL antennen Montering av MLI Termiska filtar på plats RUAG Space AB, Viola Sohtell 22 11

12 Miljötester på IABG Vibrationstester här Z-axeln Termiskt vakuumtest Allt gick bra! RUAG Space AB, Viola Sohtell 23 RF Tester RF tester på A15 Saab i Mölndal Alla prestanda bättre än Siral-1 där SMAA < 11.7 ± 7 bågsek RUAG Space AB, Viola Sohtell 24 12

13 Antennens egenskaper Fasstabilitet hos varje enskild antenn och likhet mellan antennerna verifierad Klarar chock, vibration och temperaturkraven Termiskt mycket stabil vinkelmätning inom 5 milligrader över temperaturområdet inga prestandaförsämringar över temperaturområdet Hela antennsystemets storlek: 2,3 m x 1,7 m x 0,7 m Vikten totalt 31 kg RUAG Space AB, Viola Sohtell 25 Färdigklädd SIRAL antennen En julklapp till kunden 2007 RUAG Space AB, Viola Sohtell 26 13

14 CRYOSAT integrerad CryoSat integrerades i Immenstadt, Tyskland och miljötestades på IABG i Ottobrunn Källa: ESA RUAG Space AB, Viola Sohtell 27 CRYOSAT-2 uppskjutning Uppskjutning från Baikonour, Ryssland (inom Kazakstan s gränser) 8 april 2010 med Dnepr raketen Satelliten placerades i en bana som ligger strax under 760 km, dvs högre än man avsett. Mängden bränsle som återstår kommer att räcka till 5 års livstid, mot beräknade 3 år Källa: ESA RUAG Space AB, Viola Sohtell 28 14

15 Första mätresultaten med Cryosat-2 Övre bilden visar kanten av Ross Shelfis och dess krökning vid kanten med möjlig spricka samt det spegelblanka havet Undre bilden är radarekon tagna i Norra ishavet. Man ser här öppningar i istäcket s.k. råkar samt flytande isflak lead RUAG Space AB, Viola Sohtell 29 Thank you for your attention! RUAG Space AB, Viola Sohtell 30 15

16 Mer information finns ESA Bulletin number 122 May 2005 ESA Bulletin number 141 Feb 2010 RUAG Space AB, Viola Sohtell 31 16