1 Misja kosmiczna BepiColombo, kalibracja ISA (Italian Spring Accelerometer)Maciej Kalarus seminarium Zakładu Geodezji Planetarnej

2 Plan prezentacji Misja BepiColombo Akcelerometr (ISA) Kalibracjaprzeznaczenie budowa Kalibracja idea, problemy wyniki symulacji Plan współpracy z IFSI Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

3 BepiColombo Mariner 10 Messenger Giuseppe (Bepi) Colombo ( )

4 BepiColombo cele misji pochodzenie i ewolucja Merkurego- badanie wewnętrznej struktury, topografii i geologii pochodzenie pola magnetycznego zbadanie atmosfery i magnetosfery Merkurego test ogólnej teorii względności

5 BepiColombo moduły MTM - Mercury Transfer ModuleMPO - Mercury Planetary Orbiter MMO - Mercury Magnetospheric Orbiter MSE - Mercury Surface Element

6 BepiColombo start: r. czas podróży: 6 lat czas pracy: 1 rok (+1)

7 BepiColombo moduł MPO – instrumenty ISA – Italian Spring AccelerometerBELA – BepiColombo Laser Altimeter ISA – Italian Spring Accelerometer MERMAG  – Mercury Magnetometer MERTIS-TIS  – Mercury Thermal Infrared Spectrometer MGNS  – Mercury Gamma ray and Neutron Spectrometer MIXS  – Mercury Imaging X-ray Spectrometer MORE – Mercury Orbiter Radio science Experiment PHEBUS  – Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy SERENA  – Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances SIMBIO-SYS – Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System SIXS  – Solar Intensity X-ray Spectrometer

8 BepiColombo moduł MPO – orbitaSemimajor axis a km (400 x 1500 km) Eccentricity e Inclination I 90° Orbital period P s (2.32 h) Ascending node longitude W 0 deg Argument of pericenter w 0.7 deg Nodal rate dW/dt 0 deg/day Pericenter rate dw/dt deg/day

9 ISA przeznaczenie RSE - Radio Science Experiment- ruch obrotowy planety - pole grawitacyjne i jego czasowe zmiany, pływy lokalne anomalie grawitacyjne orbita Merkurego, test ogólnej teorii względności Pomiar niegrawitacyjnych przyspieszeń perturbujących trajektorię MPO

10 ISA budowa, parametry dokładność: 9.8·10-9 m/s2zakres częstotliwości: 3·10−5 -10−1 Hz

11 ISA umiejscowienie Główne sygnały zakłócające

12 ISA sygnały nominalne główne założenia: - Merkury w peryhelium- R = [ ] m

13 Kalibracja cel wyznaczenie bieżącego przesunięcia ISAwzględem centrum masy MPO (R) oszacowanie współczynnika wzmocnienia a przetwornika (opcjonalnie) DANE: bieżąca pozycja i orientacja MPO względem Merkurego i Słońca profil rotacji MPO kalibracja na Ziemi, podczas lotu, na orbicie

14 Symulacja pomiaru i kalibracjiogólna idea Warunki początkowe Profil rotacji MPO Sygnały wejściowe (przyspieszenia) symulator ISA Sygnał wyjściowy przyspieszenia niegrawitacyjne Odzyskiwanie parametrów R i a

15 ISA generator sygnału wejściowego

16 Kalibracja - rotacja wokół stałej osirotacja wokół zmiennej osi rotacji (rotacja złożona) rotacja podczas zaćmienia rotacja w obecności strumienia wiatru słonecznego rotacja + zmiany położenia anteny różny czas kalibracji (5 min, 15 min)

17 Kalibracja wyznaczanie R - wyznaczanie R i a

18 Kalibracja stała i zmienna oś rotacji

19 Kalibracja zmienna oś rotacji R = [1 1 1] mm

20 Wyniki symulacji R = [1 1 1] mm oś rotacji: x Rezultat (std) [mm]Rx Ry Rz ax: [gx] [] [] 1.18 (0.107) ay: [] [gy wx2] [ex] 0.99 (0.010) (0.013) az: [] [ex] [gz wx2] 1.01 (0.012) (0.010) oś rotacji: zmienna Rezultat (std) [mm] Rx Ry Rz ax: [gx wy2 wz2] [wxwy ez] [wxwz ey] 0.98 (0.053) (0.016) (0.015) ay: [wxwy ez] [gy wx2 wz2] [wywz ex] 1.00 (0.017) (0.212) (0.016) az: [wxwz ey] [wywz ex] [gz wx2 wy2] 1.01 (0.016) (0.018) (0.086)

21 Wnioski strategia minimalizacji błędów formalnych- kalibracja podczas zaćmienia (rekomendowana) - profil przyspieszenia kątowego: prostokątny lub sinusoidalny czas kalibracji: 300s oś rotacji: zmienna liniowo niezależne profile rotacji - kalibracja w obecności wiatru słonecznego - profil przyspieszenia kątowego: prostokątny lub sinusoidalny czas kalibracji: 900s oś rotacji: skierowana w stronę Słońca - błąd formalny ma sens gdy nie ma błędów systematycznych, a występują tylko błędy losowe o zerowej wartości średniej

22 Plan dalszej współpracy z IFSIprzygotowanie kompleksowego oprogramowania do symulacji i kalibracji ISA ustalenie standardu wymiany danych między projektami zewnętrznymi nawiązanie bliższej współpracy z Astrium (wymiana dokumentacji technicznej) model ruchu anteny stochastyczne modelowanie przemieszczenia paliwa uproszczenie modelu ISA uwzględnienie albedo Merkurego (ew. uwzględnienie promieniowania podczerwonego)

23