CHIPSat

CHIPSat (Impresión artística, courtesy NASA)

Organización: NASA
Space Sciences Laboratory, Berkeley

Contratista: SpaceDev, Inc.

Misión tipo: Astronomy

Lanzamiento: January 12, 2003 on Delta II 7320-10

Lugar de lanzamiento: Vandenberg AFB SLC-2W, California

Termino misión: April 11, 2008

Massa: 64 kg (total), 40 kg (bus)

Webpage: chips.ssl.berkeley.edu

Elementos orbitales:

Semi-eje mayor: 6,955.88 kilometres (4,322.18 mi)

Excentricitdad: 0.0013

Inclinación: 94.01 degrees

Periodo orbital: 96.23 minutes

Right ascension of the ascending node: 11.86 degrees

Argumento del perigeeo: 19.70 degrees

Instrumentos

Spectrometro: A nebular spectrograph (9 to 26 nm)[1]

CHIPSat (Cosmic Hot Interstellar Plasma Spectrometer) es un microsatélite de la NASA dedicado a la espectroscopia del fondo difuso del ultravioleta en rango entre 90 a 260 angstroms. Pertenece a la clase de misiones UNEX (University Explorer), patrocinadas por la NASA y fue lanzado desde la base de Vandenberg en un cohete Delta.

CHIPSat tiene una masa de 40 kg, consume 60 vatios de potencia y está estabilizado en los tres ejes. Fue fabricado por SpaceDev para la Universidad de California, Berkeley, bajo un contrato de la NASA. El coste de construcción del satélite se redujo utilizando partes disponibles comercialmente.

Fue el primer satélite en usar el protocolo TCP/IP en toda la cadena de comunicaciones hasta el control tierra.

• Masa total: 85 kg
• Perigeo: 585 km
• Apogeo: 601 km
• Inclinación orbital: 94,01 grados
• Periodo: 96,39 min

La Cósmica Interestelar caliente Espectrómetro de Plasma (CHIPS) es una misión de la Universidad-Class Explorer (UNEX), financiado por la NASA. Se llevará a cabo todo el cielo de la espectroscopia del fondo difuso en longitudes de onda el 90 a la 260 A con una resolución máxima de / 150 (aproximadamente 0,5 eV). CHIPS datos ayudarán a los científicos a determinar la temperatura de los electrones, las condiciones de ionización, y mecanismos de enfriamiento del plasma millones de grados creído para llenar la burbuja interestelar local. Se espera que la mayoría de la luminosidad a partir de plasma millones de grados difusa a surgir en la banda de CHIPS explorado mal, la fabricación de chips de datos de importancia en una amplia variedad de entornos y Galactic astrofísicas extragalácticos.

El instrumento CHIPS se realiza en el espacio a bordo del Chipsat, una nave espacial dedicada construida por SpaceDev, Inc., y puso en marcha de la segunda etapa de un cohete Boeing Delta II. Un exitoso lanzamiento se produjo a las 16:45 hora del Pacífico el domingo 12 de enero, 2003.

Estudiará las características espectrales clave del plasma interestelar caliente local, que requiere un espectrógrafo de la nebulosa con una resolución de pico / de ~ 100 o superior y una mejor sensibilidad de 20 LU (fotones cm-2 s-1 SR- 1). Si la temperatura del plasma está cerca de 106 K, los distintos modelos de enfriamiento puede ser distinguida y la luminosidad plasma bien caracterizados por un instrumento con un paso de banda de aproximadamente 160 a 260 Å. A temperaturas ligeramente superiores, líneas de emisión en longitudes de onda más cortas se vuelven importantes. Una extensión de longitudes de onda más cortas también proporciona solapamiento con la banda de rayos X de berilio, que se extiende desde aproximadamente 115 a 185 Å. CHIPS se extiende por el 90 – 260 Å gama. Si se exceden estos límites no es práctico, debido a las longitudes de onda más cortas requieren ángulos paste menos profundas, mientras que las longitudes de onda más largas son muy absorbidos por el medio interestelar local neutral y se verán abrumados por la emisión plasmasférico brillante en 304 Å.

Figura 1: Un diseño de 3-D del espectrógrafo CHIPS. El exterior del marco del alambre representa el volumen disponible dentro Chipsat.

La disposición general CHIPS se muestra arriba. La luz entra en el espectrógrafo a través de la serie de nueve ranuras de entrada que se muestran en la parte inferior derecha. Dentro de seis de las ranuras, pequeños espejos planos pickoff dirigir el haz y coaligan los campos de visión (en una dimensión) con los tres canales centrales. Cada hendidura ilumina una sola rejilla de difracción. Cada rejilla es cilíndrica, por lo que la luz se enfoca solamente en el plano de dispersión. Los nueve rejillas dispersan sus espectros en un plano detector común, plana. Filtros de capa fina cerca de la parte frontal del detector de atenuar la luz difusa fuera de banda. la luz de orden cero no impacta en el detector y puede ser confundido por separado. A diferencia de un espectrógrafo clásica Rowland, que ofrece un rendimiento deficiente y requiere un detector muy inclinada en geometrías pastoreo incidencia, variamos la separación de las ranuras para proporcionar control de la aberración y para aplanar la superficie focal (Harada-91). Los instrumentos EUVE y ORFEUS usan tales retículas de líneas espaciadas variables con gran éxito.

Cada uno de los canales de rejilla / nueve de hendidura tiene una velocidad de alrededor de f / 10. Las rejillas están alineadas en una dimensión en el cielo, lo que lleva a un campo total de visión de cerca de 5 ° × 26,7 °. La orientación girada de los canales fuera del eje presenta un ligero desajuste entre la superficie focal ideal y el plano detector común en los extremos de la banda de paso. La curva de resolución incluso para el canal central es bastante estrecho pico, sin embargo, por lo que la pérdida marginal causada por la multiplicidad de canales es pequeña. CHIPS ofrece ninguna resolución angular significativo dentro de su campo de visión. de imágenes de origen puntual no es necesario en longitudes de onda CHIPS, debido a que el flujo integrado de fuentes puntuales estelares es muy por debajo del nivel de flujo difuso esperado. El continuo que va desde 43 Hz, la enana blanca más brillante del cielo, es menor que el detector de fondo. La flama de la estrella conocida AU Mic en estallido (Katsova-97) produce líneas correspondientes.

La misión CHIPS tendrá una duración de un año. En sus primeros seis meses, CHIPS hará un mapa de todo el cielo a una profundidad de alrededor de 40.000 segundos por elemento de resolución (Resel). Cada Resel es de 5 ° × 26,7 °; se requieren aproximadamente 316 resels para cubrir todo el cielo. Este mapa debe proporcionar una alta S / N detecciones de las líneas de emisión fuertes. Entonces podemos pasar los segundos seis meses haciendo observaciones profundas de las regiones de especial interés o la cartografía de la emisión en regiones seleccionadas a mayor resolución espacial (orientación del campo 5 ° × 26,7 ° de vista perpendicular a la dirección inicial de la encuesta). Alternativamente, puede ser más deseable que repetir el procedimiento de asignación de cielo, doblando el tiempo de integración en cada Resel.

Chipsat es una caja de tres ejes, estabilizando la nave espacial, con una matriz de paneles solares más o menos ortogonales a la campo de visión del espectrógrafo. En base a los cálculos actuales para la provisión de energía, tenemos la intención de los paneles solares que permanecen casi totalmente iluminados en el lado iluminado de la órbita, lo que limita el campo de visión de un círculo máximo (aproximadamente) perpendicular a la línea de tierra-sol. Durante la noche orbital, el campo de la vista espectacular es sin restricciones. Tenemos previsto dos pointings inerciales por órbita, con breves cambios de cerca del mediodía y la medianoche orbital. La eficiencia de las observaciones en general debe ser alto, ya que cada serie requiere sólo alrededor de un minuto, y no más de ~ 20% del tiempo se gastará en la Anomalía del Atlántico Sur, donde las altas tasas de fondo pueden comprometer los datos.

Comprender el nacimiento de estrellas y la estructura de GalaxiesInterstellar MediumThe ISM, literalmente, contiene las semillas de futuras estrellas, y todas las estrellas que vemos una vez que se formaron a cabo el mismo tipo de gas difuso y polvo. Cuando el gas en el ISM se enfría y se contrae, las matas gas forma que pueden convertirse en estrellas y planetas. De hecho, este es probablemente cómo se formó nuestro sistema solar. Uno de los mayores misterios de la astrofísica es el proceso que convierte estos gases y polvos muy difusos, calientes y fríos en el ISM en estrellas. Esta fotografía (derecha) tomaron 5 marzo de 1999 por el telescopio espacial Hubble capta las diversas etapas de la vida de la estrella ciclo. Para la parte superior izquierda del centro es la supergigante azul llamada Sher evolucionado 25. Cerca del centro está un racimo estelar dominado por estrellas jóvenes y calientes. Las nubes oscuras en la parte superior derecha son llamados glóbulos de Bok, que son probablemente en una etapa más temprana de la formación de estrellas. Las nubes de color oro se ionizan el gas de hidrógeno en el ISM.

 CHIPsat Lanzado desde Vanderberg Airforce Base, CA

 CHIPsat, shown separating from the second stage.

Chipsat en el laboratorio. Los rectángulos negros son células solares, y las aberturas para el estudio de la ISM son justo por debajo del disco en front.University de California, Berkeley

Los miembros del equipo cerraron el satélite Cosmic caliente interestelar Espectrómetro de Plasma (chipsat), única clase universitaria Explorador de naves espaciales de la NASA, el 11 de abril. Marcos Hurwitz, investigador principal de la misión, dijo que los científicos volvieron al satélite fuera debido a la falta de fondos.

“Por lo general, las misiones solo hacía cada vez extendidos, pero que ahora están llegando al final de los rendimientos decrecientes en algunos de estos pequeños satélites”, dijo Patrick Crouse, jefe de proyecto de operaciones de la misión ciencia espacial en el Goddard Space Flight Center, en una declaración preparada. Chipsat marca la tercera vez que la NASA ha retirado el tapón en un satélite que funciona desde el pasado otoño

Chipsat pasó los últimos 10 años en una batalla incierta. NASA financió en primer lugar la misión en 1998, sin embargo, se enfrentó el satélite diversos obstáculos de transporte antes de su lanzamiento en el año 2003. El gobierno de Estados Unidos negó el viaje en cohete ruso planeado debido a una política que prohíbe el lanzamiento de satélites financiados por el gobierno de los vehículos extranjeros, y el plan del satélite B (un asiento en un GPS) fracasó en 1999. Se llegó finalmente a la órbita de la Tierra en un cohete Delta cuatro años más tarde.

Una vez en el espacio, el satélite no detecta las emisiones EUV Hurwitz esperaba encontrar. Más tarde se llegó a la conclusión de que el medio interestelar local brilla 30 veces más débil en EUV de lo esperado. Los resultados de Chipsat sugieren, ya sea que el gas interestelar es una temperatura diferente que se pensaba, o que los astrónomos todavía tienen que averiguar exactamente lo que comprende la materia entre las estrellas.

El intento de hacer buen uso de los equipos de trabajo y los fondos sobrantes del equipo, señaló SSL chipsat al Sol para estudiar las emisiones solares en el UVE. Ellos observaron la radiación de la cromosfera y la corona del Sol, así como los procesos químicos provocados por la radiación UVE solar en la atmósfera superior de la Tierra.

La NASA ya tiene satélites que estudian las emisiones UV del sol, sin embargo, y en última instancia, la agencia negó dos propuestas nuevas SSL para llevar a cabo un análisis más detallado de los datos. Así terminó la contribución de chipsat a nuestro conocimiento de la distribución de la temperatura atmosférica del Sol.

Chipsat no está del todo muerto: SSL y la NASA puede despertar el satélite hasta si alguna vez hay que usarla. Por ahora, sin embargo, la Agencia ha llegado a la conclusión de que la producción de la misión no es digna de su coste.

“Es triste y liberador,” dice Hurwitz, que ha pasado a la enseñanza de la física de alta escuela. “Ha sido una suerte que el proyecto ha ido en el tiempo que tiene, y ha sido muy bueno”.

Chipsat es la primera misión de la NASA para utilizar las operaciones de satélites de extremo a extremo con TCP / IP y FTP (File Transfer Protocol). Este concepto ha sido analizado y demostrado por el equipo de la NASA a través de OMNI UoSAT-12. Sin embargo, Chipsat es la primera nave espacial para poner en práctica el concepto de TCP / IP como el único medio de comunicación por RF comunicaciones. El satélite está en la banda-S. El transceptor se compone de un transmisor y receptor separados que se combinan a través de un diplexor altamente selectivo y se dividió en dos (RHCP).

El TCP / IP y UDP / IP (Protocolo de Datagrama de Usuario / Protocolo de Internet) conjunto de protocolos se utilizan para comunicar todos los datos entre la S / C y el usuario suelo directamente. Los datos se reciben, archivada y monitoreado en MCC (Centro de Control de Misión) en SpaceDev, y luego enviado a SOC (Science Operation Center) en la UCB / SSL a través de Internet.

El protocolo UDP / IP (User Datagram Protocol) es seleccionado para el monitoreo en tiempo real y en tiempo real al mando (se desacopla ambas direcciones) y presenta mucho menos sobrecarga. La configuración permite la recepción de paquetes de ingeniería y de estado (telemetría) en caso de que el enlace ascendente no está funcionando. Por el contrario, los permisos de configuración también para el comando “en los ciegos”, de enlace ascendente de paquetes UDP en el caso de la telemetría no está funcionando.

Nota: El servicio UDP de los permisos de protocolo TCP / IP para enviar paquetes discretos de información denominado “datagramas” que no están garantizados para llegar allí y pueden llegar fuera de orden en función de su enrutamiento a través del sistema de propiedad intelectual. No es necesaria una comunicación de dos vías en esta configuración porque los datos se transmiten. Por lo tanto, si se necesita una garantía de que al menos algunos paquetes de conseguir a través de, incluso si una dirección del enlace de comunicación falla, entonces UDP puede ser utilizado. – TCP con ofertas de asegurarse de que todos los paquetes llegan y se encuentran en el orden correcto. TCP implica una conexión de dos vías y un mayor nivel de sobrecarga de comunicaciones para asegurar que todos los paquetes llegan y se encuentran en el orden correcto.

La nave espacial se aprovecha de las capacidades innatas y herramientas comunes de Internet para gestionar la sincronización de tiempo entre el suelo y la nave espacial. Estos incluyen NTP (Network Time Protocol) en los routers de datos SpaceDev TCP / IP situadas en las estaciones terrestres y SNTP (Simple Network Time Protocol) que se ejecutan en el sistema operativo nave espacial. El software que se ejecuta en la nave espacial solicita periódicamente una actualización de tiempo desde la estación de tierra, y después de una exitosa eco SNTP, el reloj de la nave espacial está alineado a UTC (estimado en más de 100 milisegundos).

• La misión Chipsat fue retirado el 11 de abril de 2008 – después de 5 años de operaciones exitosas. La razón de su retiro era simplemente que la NASA no proporcionó un presupuesto para continuar las operaciones de bajo costo de la misión. 10) 11) 12)
• A mediados de enero de 2005, Chipsat estaba operando durante dos años en órbita. 13)
• Durante los primeros seis meses de la misión, la nave espacial Chipsat ha sido capaz de realizar por sus requisitos de diseño. Sin embargo, se han producido varias anomalías (tanto esperadas e inesperadas). Desde el inicio de la recogida de datos científicos, el ciclo de trabajo neto para la adquisición de datos de la ciencia es de ~ 95%. – Debido a la utilización de productos electrónicos comerciales no resistentes a la radiación, se espera que una serie de acontecimientos VER (un solo evento Efecto).
• A lo largo del período inicial, se llevaron a cabo operaciones de la misión del centro de operaciones de la misión en SpaceDev Inc., con sólo los comandos de instrumentos originados en Berkeley. El funcionamiento del satélite desde la instalación SpaceDev fue crucial, ya que permitió a los ingenieros de la nave espacial más experimentados y con conocimientos para participar en la toma de decisiones del día a día (a veces de momento a momento). A medida que las operaciones en su conjunto se convirtieron en rutina, sin embargo, se hizo ventajosa que confiar en el personal de operaciones de la misión y la infraestructura desarrollados principalmente para los HESSI y RÁPIDO misiones ya existentes en Berkeley. Las operaciones fueron la transición a Berkeley a finales de mayo de 2003, con SpaceDev seguir participando en reuniones periódicas y como se requiere para resolver las anomalías (Ref. 14).
• Tres anomalías se han producido hasta la fecha en relación con las ruedas de reacción de a bordo. Chipsat es la segunda misión con cuatro microwheels (la primera misión es FedSat); como el ordenador de vuelo, el diseño de la rueda emplea principalmente piezas comerciales. Una de las ruedas incurrió en un error de comunicación; como resultado, la rueda de repuesto está siendo utilizada para el control de ACS activa.
• La nave espacial fue encendida el 20 de enero de 2003. Pedido y puesta en marcha del sistema de control de actitud y espectrógrafo se produjeron durante las siguientes semanas. La puerta del detector se abrió el 26 de enero del 2 de febrero, los seis de la rendija de entrada cubiertas se habían abierto a sus posiciones “horizontal” (el primero de distensión después de las posiciones cerradas empleadas durante la puesta en marcha) o 1 mm. Observaciones astrofísicas intensificaron a principios de febrero, ya que las actividades de puesta en marcha de la herida hacia abajo. 14)

Figure 8: Photo of the CHIPS spectrometer (image credit: UCB/SSL)

El TDC (tiempo al convertidor Digital) es responsable de procesar eventos de fotón válido [conversión pulsos analógicas de los amplificadores de RF detector digital (x, y) coordenadas y amplitudes de la carga] y rechazar eventos subliminal o incompletas.

Además del programa STEDI (Student Explorer Demonstration Initiative), una iniciativa de la NASA y de la USRA (Universities Space Research Association) iniciada en 1984 para propiciar que los estudiantes universitarios pudieran participar en misiones espaciales científicas, la agencia estadounidense puso en marcha otro programa llamado UnEX (University-Class Explorer), que permitiría la propuesta por parte de las universidades de misiones espaciales científicas de bajo coste (no más de 13 millones de dólares). Dirigido por el Goddard Space Flight Center, estaría pues protagonizado por los satélites Explorer de más bajo coste. El objetivo era proporcionar frecuentes oportunidades de vuelo para experimentos muy concretos presentados por las universidades.

El primer satélite de la serie UnEX sería el CHIPSat (Cosmic Hot Interstellar Plasma Spectrometer Satellite), que como su nombre indica implicaría el envío al espacio de un espectrómetro dedicado a estudiar el plasma caliente interestelar. Otra misión en el programa, el IMEX (Inner Magnetosphere Explorer), fue cancelada al excederse demasiado en sus presupuestos.

Así pues, hasta la fecha (2015) sólo el CHIPSat ha volado a la órbita terrestre en el marco del programa UnEX, y no parece que vaya a hacerlo ningún vehículo más. Financiado por la NASA, fue construido por la empresa SpaceDev, que proporcionó la plataforma BD-II, y por el Space Sciences Laboratory, de la University of California, en Berkeley, que preparó el espectroscopio ultravioleta CHIPS. El vehículo sería pequeño, de apenas 65 Kg de peso, y viajaría como carga secundaria junto al satélite principal ICESAT, a bordo de un cohete Delta-II.

A pesar de su sencillez y su aspecto compacto (del tamaño de una maleta), el CHIPSat estaría diseñado para orientarse estabilizado en sus tres ejes, dispondría de un panel solar integrado y podría operar durante al menos 18 meses. Llevando a bordo un único instrumento científico, la misión pudo ponerse en marcha a un precio muy bajo en comparación con otras contemporáneas más ambiciosas.

Figure 9: Cutaway view of the spectrometer configuration (image credit: UCB/SSL)

Fue finalmente lanzado el 13 de enero de 2003, a bordo de un cohete Delta-7320-10C, junto al citado ICESAT. Este último se separó primero, y luego lo hizo el CHIPSat, 83 minutos después del despegue. Un cuarto de hora más tarde, fue contactado por la estación situada en la universidad de California, en Berkeley, confirmando su perfecto funcionamiento en su órbita de 594 por 586 Km, inclinada 94 grados respecto al ecuador.

Durante los primeros seis meses, el vehículo mapeó todo el cielo con una profundidad de unos 40.000 segundos por elemento de resolución (se establecieron 316 elementos para cubrir todo el cielo). El medio año siguiente se dedicaría a efectuar observaciones de regiones de especial interés o a mapear la emisión ultravioleta de aquellas seleccionadas a una mayor resolución espacial. Finalmente, el CHIPSat funcionó durante cinco años, de manera que pudo ampliar enormemente su cosecha de resultados. Envió, por ejemplo, un estudio espectroscópico completo de todo el cielo (fondo difuso) en las longitudes de onda de 90 to 260 Å. Con ello los científicos obtendrían información sobre la temperatura de los electrones, la ionización y los mecanismos de enfriamiento del plasma contenido en la burbuja interestelar local, a 1 millón de grados de temperatura.

Finalizada su tarea, el CHIPSat fue desconectado en abril de 2008.