Projeto Morpheus - Project Morpheus
 Logo do Projeto Morpheus
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| País de origem | EUA |
|---|---|
| Último voo | 15 de dezembro de 2014 |
| Designer | NASA |
| Fabricante | NASA / JSC |
| Aplicativo | Módulo de aterrissagem planetária e lunar |
| Status | Concluído |
| Motor de combustível líquido | |
| Propulsor | oxigênio líquido / metano |
| atuação | |
| Impulso | 24000 N |
| Impulso específico | 321 s |
| Tempo de queima | testado: 123 s |
| Usado em | |
| Morpheus Lander | |
| Referências | |
| Referências | morpheuslander |
O Projeto Morpheus foi um projeto da NASA iniciado em 2010 para desenvolver um veículo de teste de decolagem e pouso vertical ( VTVL ) chamado Morpheus Lander . Pretende-se demonstrar um novo sistema propulsor de nave espacial não tóxico (metano e oxigênio) e uma aterrissagem autônoma e tecnologia de detecção de perigo. O protótipo do módulo de pouso planetário é capaz de voo autônomo, incluindo decolagem e pousos verticais. Os veículos são sondas robóticas NASA-concebidos que serão capazes de pousar e decolar com 1.100 libras (500 kg) de carga na Lua . A perspectiva é um motor que funciona de forma confiável com propelentes que não são apenas mais baratos e seguros aqui na Terra, mas também podem ser potencialmente fabricados na Lua e em Marte . (Consulte: Utilização de recursos in-situ .)
O protótipo do módulo de pouso Alpha foi fabricado e montado no Johnson Space Center (JSC) da NASA e nas instalações da Armadillo Aerospace perto de Dallas. O protótipo de módulo de pouso é uma "nave espacial" com cerca de 12 pés (3,7 m) de diâmetro, pesa aproximadamente 2.400 lb (1.100 kg) e consiste em quatro tanques de propelente esféricos de prata encimados por caixas de aviônicos e uma teia de fios.
O projeto está testando práticas de engenharia de "desenvolvimento enxuto" que economizam tempo e custos. Outras atividades do projeto incluem operações de solo adequadas, operações de vôo, segurança de alcance e a instigação de procedimentos de desenvolvimento de software. Pisos de pouso e centros de controle também foram construídos. Desde o início do projeto em julho de 2010, cerca de $ 14 milhões foram gastos em materiais nos 4 anos seguintes; portanto, o projeto Morpheus é considerado enxuto e de baixo custo para a NASA. Em 2012, o projeto empregou 25 membros da equipe em tempo integral e 60 alunos. Em qualquer momento, uma média de 40 pessoas trabalharam no projeto. O Projeto Morpheus idealizou e usou práticas e processos simplificados. O último voo do Morpheus Lander foi em dezembro de 2014. Como não havia fundos para novos voos, o lander foi devolvido ao JSC em fevereiro de 2015. Seis documentos formais foram produzidos pelo projeto. No final da revisão do projeto em 12 de março de 2015, estimou-se que $ 50 milhões haviam sido economizados pelos métodos de desenvolvimento enxuto, minimizando a documentação, itens 'implorar e emprestar' e comprar peças de lojas domésticas.
História
O Projeto Morpheus começou em julho de 2010 e recebeu o nome de Morpheus , o deus grego dos sonhos. A espaçonave Morpheus foi derivada da sonda experimental produzida pelo Projeto M com o auxílio da Armadillo Aerospace . O Projeto M (NASA) foi uma iniciativa da NASA para projetar, desenvolver e pousar um robô humanóide na superfície lunar em 1000 dias. O trabalho em alguns dos sistemas de aterrissagem começou em 2006, quando o programa Constellation da NASA planejou um retorno humano à lua.
No mesmo ano de 2006, a Armadillo Aerospace inscreveu o primeiro módulo de pouso de foguete Pixel na parte do Desafio Lunar Lander dos Desafios do Centenário da NASA .
O veículo de teste Morpheus # 1 Unidade A foi acionado pela primeira vez em 15 de abril de 2011.
O novo motor de força de 4.200 libras (19.000 N) de Morpheus permitiu à NASA voar por períodos mais longos, levantando mais propelente no ar. O motor foi atualizado novamente em 2013 para 5.000 lbf (22.000 N), finalmente atingindo 5.400 lbf (24.000 N). Um novo design de trem de pouso fez parte das mudanças mecânicas. A NASA também substituiu os aviônicos - incluindo distribuição e armazenamento de energia, instrumentação, computador de vôo, comunicações e software. O sistema de pouso aprimorado permite que Morpheus, ao contrário dos Pixels, decole, voe e pouse sem a ajuda de um piloto.
Para fins de segurança de alcance, o protótipo Morpheus # 1 se enquadra na categoria de foguete suborbital guiado reutilizável.
Em julho de 2012, o protótipo do módulo de pouso foi enviado ao Centro Espacial Kennedy para teste de voo livre e a mídia foi convidada a ver o módulo de pouso Morpheus. Em 9 de agosto de 2012, o protótipo Morpheus # 1 Unit A (Alpha) lander caiu na decolagem, enquanto realizava seu segundo vôo sem amarras no Kennedy Space Center. Ninguém ficou ferido e nenhuma propriedade foi danificada, mas o veículo foi danificado além do reparo. O projeto investigou a causa e continuou com a construção da unidade B. No segundo semestre de 2012, as equipes do Projeto Morpheus e ALHAT foram combinadas.
Em 7 de fevereiro de 2013, a equipe do Projeto Morpheus postou no blog que eles construíram os veículos Morpheus 1.5B e 1.5C. Os veículos foram submetidos a uma série de testes de fogo quente estático e de voo dinâmico amarrado no Johnson Space Center na primavera de 2013 em preparação para um retorno aos testes de voo livre no Kennedy Space Center no final daquele ano.
Em 1 de maio de 2013, o banco de testes da Unidade B de Morpheus # 1.5 foi demitido a quente no Johnson Space Center. Os aprimoramentos da substituição incluem um motor principal de impulso de 5.400 libras-força (24.000 N) e sistema de controle de reação de oxigênio / metano (RCS) integrado, tornando-o o primeiro veículo de oxigênio / metano com motores principais e RCS extraindo propelente dos mesmos tanques e primeiro veículo para usar um sistema RCS criogênico. Em 14 de junho de 2013, a rápida reutilização foi demonstrada ao ter dois voos usando o mesmo módulo de pouso no mesmo dia. Em julho de 2013, o equipamento ALHAT foi integrado e testado com a sonda. Em 26 de setembro de 2013, os veículos realizaram 20 disparos curtos de motor em uma variedade de condições enquanto estavam presos ao solo.
Em novembro de 2013, o Bravo Lander foi levado ao Kennedy Space Center (KSC), na Flórida, para teste de voo livre. $ 750.000 em peças foram comprados para fazer o módulo de pouso de substituição. O KSC limitou as vibrações de ruído no módulo de pouso conforme ele decola, projetando uma plataforma de lançamento móvel com uma trincheira de chamas embutida.
O Voo Livre 9 em 11 de março de 2014 foi o voo final antes da integração dos sensores ALHAT no veículo Bravo. O Voo Livre 14 em 28 de maio de 2014 foi realizado à noite com o ALHAT atuando como o sistema de orientação principal. Os perigos no campo de perigo foram evitados automaticamente.
Em maio de 2014, o Projeto Morpheus da NASA fez parte do material de referência para a iniciativa Lunar CATALYST da NASA .
Um artigo foi publicado em 2013 revelando as lições aprendidas durante o desenvolvimento, que podem ser úteis para projetos futuros. Em 2014 foi publicado um artigo descrevendo a campanha de teste integrado, incluindo os voos gratuitos.
Um artigo com um breve histórico do projeto foi publicado no RocketSTEM em 11 de julho de 2014.
Em novembro de 2014, o Morpheus Lander foi equipado com sensores ALHAT adicionais. A nova ótica permite que o Navigation Doppler Lidar meça com precisão a velocidade do veículo em relação ao solo.
Objetivos
Os principais objetivos do projeto Morpheus eram demonstrar:
- o desempenho do sistema integrado do sistema autônomo de Orientação, Navegação e Controle (GN&C),
- sensores de prevenção de perigo de terreno,
- o acoplamento dos sensores com o GN&C,
- a utilização de um sistema integrado de propulsão de oxigênio líquido e metano líquido para motores Main / RCS .
Especificamente, o projeto Morpheus e o projeto de Tecnologia de Prevenção de Riscos de Pouso Autônomo (ALHAT) fornecem bases tecnológicas para componentes essenciais necessários para transportar humanos além da órbita baixa da Terra .
A bancada de teste pode opcionalmente ser equipada com carga de até 1000 lb, permitindo a instalação do equipamento de Tecnologia de Prevenção de Risco Autônomo de Pouso (ALHAT) de 400 lb, que permite pousos sem interação do operador. O ALHAT permite que o módulo de pouso voe para um local especificado com alta precisão e evite automaticamente perigos, incluindo declives maiores que 5 graus e pedras com mais de 30 cm.
Em junho de 2013, a equipe comentou sobre o potencial de escalar o módulo de pouso de 500 kg até um capaz de pousar um módulo habitável com uma equipe em lugares como a Lua.
Especificações de hardware
| Descrição | Tamanho | Ref |
|---|---|---|
| Carga útil | 500 kg | |
| Massa seca | ~ 1100 kg | |
| Propulsor | metano / LOX | |
| Massa propelente | 2900 kg | |
| Tanques propelentes | 4 de folga | |
| Pressurização | hélio | |
| Altura | 3,7 m | |
| Diâmetro | 3,7 m | |
| Motor principal | HD5 | |
| Propelente RCS primário | metano / LOX | |
| Impulso RCS | 22-67 N | |
| Propelente RCS reserva | hélio (He) | |
| Hardware opcional | ALHAT | |
| Classe de lasers em ALHAT | 4 |
| Descrição | Tamanho | Ref |
|---|---|---|
| Impulso | 24000 N | |
| Impulso Específico | 321 s | |
| Queima máxima (testado) | 123 s | |
| Propulsor | metano / LOX | |
| Alcance do acelerador | 4: 1 | |
| Proporção de mistura de combustível | ( TBD ) | - |
| Relação do bocal | ( TBD ) | - |
| Air startable | sim | |
| Reinicializável do motor | sim |
|
| Vida útil máxima | ( TBD ) | - |
| Peso | ( TBD ) | - |
| Pressão da câmara | ( TBD ) | - |
| Fabricar | NASA JSC | |
| Mínimo aterramento para bocal durante a ignição | ~ 15 pés | |
| Custo de fabricação por motor (2013) | $ 60.000 |
O veículo do Projeto Morpheus 'Morpheus' é um veículo em escala real que a NASA pretende ser capaz de pousar um Robonauta ou uma carga útil de tamanho semelhante na superfície lunar. A espaçonave fará todas as queima de propelente após a injeção translunar.
A navegação é completamente autônoma desde a órbita lunar até o toque. As atualizações de navegação vêm da altimetria a laser TRN e rastreadores de estrelas após a queima de órbita. A navegação no espaço profundo depende de rastreadores radiométricos e de estrelas.
Para economizar dinheiro e tempo, os protótipos Morpheus Landers são protótipos de "cadeia única", isso significa que, ao contrário de uma espaçonave classificada para vôo espacial real, eles não têm sistemas redundantes. As exceções são indicadas a seguir.
- Morpheus # 1.5 Unidade A
- O motor queima os propelentes ecológicos metano e oxigênio, pressurizados por hélio
- O motor Morpheus HD4 produziu 4.200 libras-força (19.000 N) de empuxo compatível com o estágio de subida Altair (posteriormente graduado para as unidades B e C, veja abaixo)
- O motor tem um impulso específico máximo (Isp) durante o vôo espacial de 321 segundos.
- O motor criogênico alimentado por pressão suporta estrangulamento 4: 1 e usa um projeto injetor de elemento de impacto.
- O motor é manipulado por dois atuadores eletromecânicos ortogonais (EMAs) para fornecer controle vetorial de empuxo de translação lateral e atitudes de inclinação e guinada.
- Possui quatro tanques de 48 pol. (1.200 mm) de diâmetro, 2 para metano líquido e 2 para oxigênio líquido - capaz de conter cerca de 2.900 kg (6.400 lb) de propelente
- A massa seca aproximada é 2.400 lb (1.100 kg).
- Tamanho de cerca de 12 pés x 12 pés x 12 pés ( 3,7 m x 3,7 m x 3,7 m ).
- O módulo de pouso Versão 1.5, com seu motor HD5, pode pousar 500 kg (1.100 lb), o que inclui a realização de todas as queima do propelente após a injeção translunar.
- Os propulsores primários do Sistema de Controle de Reação (RCS), usados para controlar a rotação do módulo de pouso, usam metano e LOX dos tanques principais. O empuxo produzido é de 5–15 libras-força (22–67 N).
- O RCS de backup usa hélio (He).
- Os motores principais e RCS foram projetados e construídos na NASA / JSC e testados na NASA / JSC, NASA / SSC e NASA / KSC
- Uma placa Aitech S950 CompactPCI com um processador PowerPC 750 é usada como o computador principal.
- Até 16 GB de dados podem ser armazenados a bordo.
- Os barramentos de dados incluem RS-422, RS-232, Ethernet e MIL-STD-1553.
- Em vôo, os aviônicos e a unidade de energia (APU) são resfriados com metano líquido e qualquer vapor resultante é liberado.
- No solo, o nitrogênio líquido é usado para o resfriamento dos aviônicos. Antes dos voos, a água dos aviônicos é purgada usando nitrogênio gasoso.
- Câmeras a bordo.
- A telemetria é retornada usando as comunicações sem fio de espalhamento espectral.
- A energia elétrica é fornecida por 8 baterias de polímero de lítio.
- Conjunto de sensores GN&C incluindo:
- O Core Flight Software (CFS) do Goddard Space Flight Center (GSFC) fornece a arquitetura para o software do veículo.
- Cada uma das 4 pernas tem uma almofada coberta com material resistente ao fogo para suavizar pousos.
- As unidades de acelerômetro autônomo foram construídas usando o Sistema de Instrumentação Modular (MIS) projetado por Johnson Space Center
- Hardware ALHAT opcional. O equipamento ALHAT e sua massa são considerados parte da carga útil.
Os comandos podem ser enviados usando rádios UHF (Ultra High Frequency) separados para o sistema de terminação de empuxo (TTS). O uso do TTS por segurança de alcance fechará duas válvulas motorizadas que desligam o fluxo de oxigênio líquido e metano para o motor - encerrando assim o empuxo do motor. Essas válvulas TTS são completamente independentes do resto dos sistemas do veículo. O TTS também impede que o laser do Sistema de Detecção de Perigos da ALHAT dispare - uma vez que os lasers do Tipo IV não são seguros para os olhos.
Para obter mais detalhes, consulte o artigo "Morpheus: Advancing Technologies for Human Exploration".
- Morpheus # 1.5 Unidade B
O protótipo Morpheus # 1 Unit B lander está usando o mesmo design que o protótipo Morpheus # 1.5 Unit A lander com as seguintes alterações:
- Sistemas de backup para a Unidade de Medição Inercial foram adicionados
- 70 atualizações diferentes para o veículo e sistemas de solo para abordar contribuintes potenciais para a falha do teste e também para melhorar a operabilidade e manutenção. Esses incluem:
- capacidade avançada de desempenho do motor,
- protocolos de comunicação aprimorados,
- instrumentação redundante quando apropriado,
- margens estruturais aumentadas,
- e ambientes vibroacústicos de lançamento mitigados.
- Os motores HD4 e HD5 Morpheus atualizados produzem um empuxo de 5.400 libras-força (24.000 N).
- O projeto estima que o novo motor pode elevar o estágio de ascensão de um módulo de pouso tripulado contendo 3-4 pessoas até a órbita lunar
- Os conectores foram substituídos por versões com especificações militares.
- Reutilização rápida, permitindo vários voos em um dia.
- A Lander pode lidar com ventos de cerca de 10 milhas por hora (16 km / h).
- Para reduzir os problemas de lançamento vibroacústico durante o teste de amarração, o módulo de pouso foi levantado a 15 pés (4,6 m) acima do solo e um cabo leve que derrete usado para segurar o módulo de pouso.
- A unidade B também é chamada de veículo Bravo.
- Morpheus # 1.5 Unidade C
O protótipo Morpheus # 1 Unit C lander está usando o mesmo design que o protótipo Morpheus # 1.5 Unit A lander com as seguintes alterações:
- Aprimoramentos como Unidade B acima. Este veículo nunca voou.
Tecnologia de prevenção de perigos de pouso autônomo
O equipamento opcional de Tecnologia de Prevenção de Risco de Pouso Autônomo (ALHAT) permite pousos sem interação do operador. O ALHAT permite que o módulo de pouso voe para um local especificado com alta precisão e evite automaticamente perigos, incluindo declives maiores que 5 graus e pedras com mais de 30 cm. Os sensores ativos incluem um flash LIDAR , um velocímetro lidar Doppler e um altímetro a laser.
Programas
A filosofia de desenvolvimento enxuto do Projeto Morpheus resultou na utilização de uma combinação de software novo e já existente. O software é usado em:
- a bancada de teste vertical (módulo de pouso). O Core Flight Software (CFS) desenvolvido pela NASA-Goddard-Space-Flight-Center foi aprimorado com software de aplicativos específicos e sensores personalizados e aplicativos de E / S.
- desenvolvimento de hardware. Incluindo o uso do pacote OVERFLOW (e testes de túnel de vento).
- o ambiente terrestre, incluindo o controle da missão. As tecnologias de controle de missão têm sido usadas para exibir as pressões do tanque de propelente e outros parâmetros durante o disparo de teste.
- o sistema ALHAT .
- simulação de voo, tanto offline quanto conectada ao hardware de voo. Os pacotes usados incluem o JSC Trick Simulation Environment, o pacote JSC Engineering Orbital Dynamics (JEOD) e o pacote Valkyrie de modelos genéricos JSC. Os parâmetros foram ajustados para refletir o hardware de voo do Morpheus, como atuadores e dados obtidos dos voos de teste amarrados.
- o pacote Microsoft SharePoint foi usado pelos engenheiros e gerentes para planejar, compartilhar documentos e fornecer um método de controle de mudança de configuração.
- os documentos eram freqüentemente escritos usando o Microsoft Office.
Testes de bancada
- 2011
A partir de abril de 2011, o foco principal da bancada de teste é demonstrar uma propulsão integrada e sistemas de orientação, navegação e controle baseados em inércia ( GN&C ) que podem voar em um perfil de descida lunar, exercendo assim a Tecnologia de Aterragem Autônoma e Prevenção de Riscos (ALHAT ), sensores de pouso seguro e sistema de controle de voo em circuito fechado. eu
Objetivos adicionais incluem demonstrações de tecnologia, como material de tanque e fabricação, propulsores de controle de reação, melhorias de desempenho do motor principal, sistemas de pressurização de hélio, operações de solo, operações de vôo, segurança de alcance, software e arquitetura aviônica.
O Complexo de Voo Vertical Test Bed (VTB) no JSC tem usado com sucesso o software Mission Control Technologies (MCT) escrito na NASA Ames para controlar os voos de teste do módulo de pouso Morpheus. Os parâmetros exibidos incluem as pressões do tanque de propulsor.
Um conjunto de voos de teste de veículos integrados, incluindo fogo quente, testes de pairar amarrado e "voos livres" não amarrados, foram planejados para o veículo Morpheus.
Para fornecer espaço para a pluma de exaustão do veículo durante os testes de fogo quente, o módulo de pouso foi amarrado a 6,1 m (20 pés) acima do solo. Uma altura de 15 pés (4,6 m) foi usada para o teste amarrado.
Os testes, resultados de testes e modificações de equipamentos realizados durante 2011, até e incluindo o Teste Tethered 6, foram publicados no processo de conferência da Conferência Aeroespacial IEEE 2012 em Big Sky, MT
- 2012
Vídeos dos voos de teste foram postados no Canal Morpheus Lander no YouTube. Isso inclui os voos de teste de regressão de 2012 com o motor V1.5 mais potente enquanto o módulo de pouso está amarrado, e o problemático voo de teste inicial que mostra "É por isso que testamos".
Em 10 de maio de 2012, a bancada de teste passou nos testes de pairar e abortar, mostrados no vídeo "Morpheus Tether Test 15". O módulo de pouso foi devolvido à oficina para que o equipamento ALHAT fosse instalado. Os propulsores do Sistema de Controle de Reação (RCS) também foram instalados.
Durante o verão de 2012, o Morpheus Lander V1.5 Unidade A foi transferido para o Centro Espacial Kennedy na Flórida para um teste de vôo sem controle. Além disso, um "campo de perigo" foi construído contendo perigos como rochas e crateras construídas no final da pista do ônibus espacial para testar se o sistema ALHAT pode navegar automaticamente para um local de pouso limpo. Como pode ser visto na fotografia, os amplos espaços abertos do Kennedy permitem que toda a trajetória de vôo, incluindo a pista e o campo de perigo, seja cercada por um quebra-fogo que consiste em um fosso cheio de água.
O campo de risco de 330 por 330 pés (100 por 100 m) incluiu cinco pistas de pouso em potencial, 311 pilhas de rochas e 24 crateras que imitam uma área no pólo sul da lua.
Em 20 de julho de 2012, o 43º aniversário da aterrissagem lunar da Apollo 11, o veículo de teste Morpheus chegou ao Centro Espacial Kennedy (KSC) para testes avançados. A versão HD5 de alto desempenho do motor Morpheus teve seu desempenho testado no Stennis Space Center no verão de 2012. O teste e a construção do campo de risco foram pagos pelo Advanced Exploration Systems Program (AES) da NASA.
- 2013
Durante o outono de 2012 e o início de 2013, um motor de foguete Morpheus metano / LOX de quarta e quinta geração foi testado no Centro Espacial Stennis . Uma gravação bem-sucedida de longa duração durou 123 segundos. Outros testes verificaram as capacidades e os níveis de aceleração.
O equipamento ALHAT foi testado usando um helicóptero no campo de perigo KSC. Vários voos foram feitos usando trajetórias semelhantes às de Morpheus, que tiveram que levar em consideração a direção do vento.
Os tanques de combustível do módulo de pouso foram submetidos a uma série de inspeções e testes, incluindo a verificação de defeitos nas soldas e ciclos de pressão do tanque para estabelecer uma expectativa de vida útil mínima dos tanques. A capacidade de pressão máxima foi verificada pressurizando um tanque sacrificial até que ele estourasse.
Em 1º de maio de 2013, no JSC, a base de teste de substituição da Unidade B Morpheus foi acionada por 50 segundos enquanto estava totalmente amarrada. O sistema integrado de controle da reação do metano (RCS) e os jatos de controle do vetor de empuxo (TVC) também foram acionados. Muitos aprimoramentos foram incorporados ao veículo e aos sistemas de solo.
Em 16 de maio de 2013, no JSC, a bancada de testes foi disparada enquanto estava presa ao solo e, posteriormente, amarrada a 3 pés (0,91 m) acima do solo, seguido por alguns testes de sistema de controle de reação. Um pequeno vazamento foi reparado, permitindo que o teste dos efeitos da vibração fosse nominal. Em preparação para os testes, o corta-fogo ao redor da área de teste foi pavimentado e uma mini "trincheira de chamas" cavada.
Em 24 de maio de 2013 no JSC, o ambiente de teste V1.5B estava altamente tethered. Houve uma boa ignição e subida. Um aborto suave encerrou o voo quando o veículo excedeu um limite definido internamente enquanto tentava se estabilizar.
Em 6 de junho de 2013, no JSC no Tethered Test 22, um testbed tethered voou com sucesso por 74 segundos. O pairar durou 60 segundos e foi suave. Usou o IMU primário.
Em 11 de junho de 2013, em um teste amarrado no JSC, a Unidade de Medição Inercial de reserva (IMU) passou no teste de vôo. O vôo durou 27 segundos, incluindo 17 segundos pairando.
Em 14 de junho de 2013 foram realizados dois voos amarrados. O primeiro disparo foi abortado suavemente quando o veículo excedeu sua zona de segurança devido a um desequilíbrio na carga de combustível. O 2º disparo foi bem sucedido. Isso conta como uma reinicialização do motor. Durante o segundo vôo, o veículo mudou com sucesso do uso de sua Unidade de Medição Inercial (IMU) primária para a IMU secundária.
Em 2 de julho de 2013, os testes de integração foram realizados com um ALHAT acoplado ao Morpheus Lander. Esses testes incluíram testes de "inclinação" em que as pernas do módulo de pouso foram levantadas em diferentes alturas de blocos para que a atitude não fosse vertical.
Em 11 de julho de 2013, foi realizado o primeiro teste de vôo amarrado do veículo Morpheus "Bravo" com sensores a laser de Tecnologia Autônoma de Landing & Hazard Avoidance (ALHAT) integrados na parte superior. Na segunda tentativa, houve uma boa ignição, mas durante a subida o veículo transladou para baixo e excedeu o limite de segurança de alcance definido internamente (+/− 4 m) para testes de amarração, disparando um aborto suave automático.
Em 23 de julho de 2013, o Teste Tethered 26 foi realizado com sucesso. O módulo de pouso e ALHAT voaram e pairaram em duas alturas diferentes. O RCS primário (metano / LOX) e o RCS de reserva (He) foram usados, produzindo um 'pouso' bem-sucedido no final da corda. A excursão lateral foi de no máximo apenas ~ 0,2 m. O rastreamento e a imagem do ALHAT foram nominais, conseguindo identificar o alvo do perigo.
Em 27 de julho de 2013, o teste combinado Morpheus / ALHAT Tethered 27 funcionou. O módulo de pouso decolou, realizou imagens ALHAT e, em seguida, uma translação lateral.
Em 7 de agosto de 2013, o Teste Tethered 28 foi realizado com sucesso. Em um vôo com duração de ~ 80 segundos, o veículo executou uma ignição do motor, subida, translação lateral de 3 metros sobre o solo simulado de Marte, 40 segundos de pairar no ápice e uma descida inclinada para "pouso" usando a orientação de vôo livre. O solo simulado de Marte foi fornecido pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL) como parte de um estudo de pluma.
Em 23 de agosto de 2013, o módulo de pouso Bravo realizou com sucesso o Teste Tethered 29 no JSC. Durante o vôo de ~ 50 segundos, as ações do Bravo incluíram ignição, subida e translação lateral de 3 metros. Houve um pairar de 10 segundos no ápice e uma descida inclinada para o "pouso" do guindaste usando a orientação de vôo livre.
Em 29 de agosto de 2013, o módulo de pouso Bravo realizou com sucesso o vôo Tethered Test 30 de ~ 63 segundos no JSC. Após uma subida de 5 metros com 15 segundos de pairar no ápice, foi realizada uma translação lateral para trás de 3 metros. Seguido por mais 15 segundos de pairar e uma descida inclinada para a frente.
Em 18 de setembro de 2013, com ventos fortes, o módulo de pouso Bravo realizou com sucesso o Teste Tether 31. Este vôo foi uma reviravolta rápida após o teste do dia anterior ter sido limpo. Vários problemas foram resolvidos pela equipe.
Em 24 de setembro de 2013, o Lander foi lançado do solo. Vários problemas foram detectados resultando em um aborto. Os problemas incluíam um falso alerta de "queima do bico do motor" e instabilidade na inicialização do motor. Em 26 de setembro de 2013, o teste HF10 foi realizado. Isso envolveu 20 disparos curtos do motor no mesmo dia em uma variedade de pressões, temperaturas e níveis de potência. A investigação teve como objetivo investigar os limites de instabilidade do motor durante a inicialização.
Em 29 de outubro de 2013, o módulo de pouso e seu motor de foguete metano / LOX executaram seis queimadas de 600 ms enquanto no topo da trincheira no JSC. Não houve instabilidades. Em 1 de novembro de 2013, com todos os aprimoramentos de software e hardware incluídos, o módulo de pouso realizou com sucesso um teste de vôo amarrado. O veículo executou uma partida aérea enquanto era sustentado pela corda. Em 7 de novembro de 2013, o projeto concluiu o teste do módulo de pouso no JSC com um teste de decolagem e pouso em solo (GTAL). O veículo voou nominalmente e pousou dentro do alcance transversal de 1 pol. (2,5 cm) e abaixo do alcance de 15 cm (6 pol.) Do alvo pretendido. O teste GTAL caracterizou o desempenho do veículo na elevação de plataformas de lançamento no solo, voando a uma altura de 21 pés (6,4 m), pairando e descendo, e pousando de volta no solo em uma plataforma separada de 10 pés (3,0 m) de seu ponto de lançamento. Isso sugere que as falhas reveladas pelo Incidente 2 abaixo em 9 de agosto de 2012 já foram encontradas e corrigidas.
Em 6 de dezembro de 2013, o veículo integrado passou no Tether Test 33 no Kennedy Space Center, na Flórida. Esta foi uma repetição do Teste Tethered 29. O teste foi executado principalmente para verificar se o módulo de pouso Bravo estava OK após ser transportado do Texas. Em 10 de dezembro de 2013, o primeiro vôo livre de um protótipo de módulo de pouso Morpheus foi conduzido com sucesso no Centro Espacial Kennedy's Shuttle Landing Facility. O teste de 54 segundos começou com a sonda Morpheus sendo lançada do solo sobre uma trincheira de chamas e subindo aproximadamente 15 metros, pairando então por cerca de 15 segundos. O módulo de pouso então voou para frente e pousou em sua plataforma a cerca de 23 pés do ponto de lançamento e cerca de 15 centímetros do ponto de destino.
Em 17 de dezembro de 2013, o módulo de pouso Morpheus realizou com sucesso o Vôo Livre 4. A trajetória pré-planejada foi voada perfeitamente, pousando a 3,5 polegadas de seu alvo pretendido. Morfeu ascendeu do solo sobre a trincheira de chamas a uma altitude de cerca de 164 pés ( 50 m ), depois de uma breve pausa a 82 pés ( 25 m ) para manter as velocidades de subida desejadas. O veículo então voou para frente, cobrindo cerca de 154 pés ( 47 m ) em 30 segundos , antes de descer e pousar em uma plataforma de pouso dedicada dentro do campo de perigo ALHAT.
- 2014
Em 16 de janeiro de 2014, o Vôo Livre 5 foi executado com sucesso nas instalações de pouso do KSC Shuttle. O veículo Bravo voou mais alto e mais rápido do que em todos os voos anteriores. A trajetória pré-planejada envolveu ascender rapidamente a 57 m ( 187 pés ), atravessar 47 m ( 154 pés ) enquanto descia e pousar aproximadamente 11 polegadas do alvo pretendido no campo de perigo cerca de um minuto após o lançamento. Em 21 de janeiro de 2014, o Bravo realizou o Voo Livre 6. Em um voo de 64 segundos, o veículo subiu a 305 pés (93 m) e então voou 358 pés (109 m) para frente em 25 segundos. Conforme planejado, o Bravo pousou no campo de perigo, a 0,38 m ( 15 polegadas ) do alvo. A velocidade máxima de subida foi de 11,4 m / s ( 25,5 mph ).
Em 10 de fevereiro de 2014, o voo livre 7 foi realizado na KSC. O Bravo voou a 467 pés ( 142 m ) de altitude e então atravessou 637 pés ( 194 m ) em 30 segundos antes de pousar no campo de perigo. O veículo voou sua trajetória pré-planejada perfeitamente, atingindo uma velocidade máxima de subida de 13 m / s , e pousando em seu alvo pretendido 74 segundos após o lançamento. Os engenheiros afirmam que a altitude durante os testes não é a parte importante, mas a experiência de voo adquirida, incluindo todas as fases do check-out, carregamento em solo, voo e operações de recuperação.
Em 14 de fevereiro de 2014 e 3 de março de 2014, o teste de fogo quente do Sistema de Controle de Rolagem (RCS) da sonda usando uma variedade de pulsos curtos e longos foi realizado no KSC. A equipe de Morpheus multicêntrica concluiu com sucesso o Voo Livre 8 no Centro Espacial Kennedy (KSC) Shuttle Landing Facility (SLF) na quarta-feira, 5 de março de 2014. O veículo Bravo voou a uma altitude de 467 pés (142 m) e depois atravessou 637 ft (194 m) em 36 segundos, incluindo o desvio do curso no meio do vôo, antes de pousar no campo de perigo a 56 pés (17 m) de seu alvo original (simulando prevenção de perigo). O veículo atingiu uma velocidade máxima de subida de 13 m / s, e pousou a aproximadamente 10 polegadas de seu alvo pretendido 79 segundos após o lançamento.
Na terça-feira, 11 de março de 2014, a equipe Morpheus concluiu com sucesso o Voo Livre 9 (FF9) no KSC SLF. Este foi o vôo mais alto de Morpheus (177 m (581 pés), mais alto do que o VAB e o Monumento de Washington), o vôo mais rápido (13,4 m / s (30 mph) vertical e horizontal) e o mais distante (255 m (837 pés)) até o momento.
Durante o resto de março de 2014, o hardware ALHAT foi inserido novamente, permitindo um teste amarrado bem-sucedido da montagem em 27 de março de 2014. A trajetória de voo do Tether Test 34 foi semelhante ao TT33 e TT29 com dois hovers e uma translação de 3 m (9,8 pés) durante uma subida de 3,25 m (10,7 pés). O Voo Livre 10 (FF10) ocorreu em 2 de abril de 2014 com o ALHAT em modo de malha aberta. O ALHAT fez imagens do Hazard Field e calculou soluções de navegação em tempo real. Morfeu ascendeu a uma altitude máxima de cerca de 804 pés (245 m), então voou para a frente e para baixo inicialmente em um glideslope de 30 graus, então nivelou, cobrindo um total de cerca de 1334 pés (406,5 m) horizontalmente em 50 segundos enquanto desviava para um local de pouso a 78 pés (23,8 m) de seu alvo inicial, antes de descer e pousar em uma plataforma de pouso dedicada na frente (sul) do Campo de Perigo ALHAT. O tempo total de vôo foi de ~ 96 segundos, o vôo mais longo até agora. O Voo Livre 11 em 24 de abril de 2014 foi uma repetição do Voo Livre 10 com algumas alterações no ALHAT. 30 de abril de 2014 O Voo Livre 12 foi uma repetição do FF10, mas com o ALHAT escolhendo o local de pouso.
Em 22 de maio de 2014, em Voo Livre, a ALHAT determinou um local seguro no campo de perigo, o local de pouso e voou com o módulo de pouso até lá.
A equipe Morpheus / ALHAT concluiu com sucesso o Voo Livre 14 (FF14) no KSC SLF na quarta-feira, 28 de maio de 2014, o 12º voo livre do Bravo e o 5º voo livre da ALHAT - e o primeiro voo noturno da história. Os dados iniciais indicaram o desempenho nominal de todos os sistemas do veículo. O Sistema de Detecção de Perigos ALHAT (HDS) teve um bom desempenho, mas identificou um local seguro a apenas 0,5 m (1,6 pés) fora dos limites estabelecidos de forma conservadora em torno do centro da plataforma de pouso. ALHAT então navegou o veículo em modo de loop fechado por toda a abordagem, com o veículo assumindo a navegação durante a fase de descida da trajetória quando ALHAT já estava calculando o valor morto. Se os limites de erro de posição menos conservadores tivessem permitido ao ALHAT continuar a navegar até o pouso, o veículo ainda teria pousado com segurança na plataforma.
A equipe superou alguns problemas de pré-voo, incluindo uma falha de ignição devido a uma temperatura não crítica excedendo seu limite, que foi corrigido para a segunda tentativa bem-sucedida.
Em 19 de novembro de 2014, testei o Morpheus Lander no KSC. O hardware ALHAT foi aprimorado com novas óticas que permitem ao Navigation Doppler Lidar medir com precisão a velocidade do veículo em relação ao solo. O teste foi abortado devido a uma falha no sistema de controle remoto. Até agora, o motor queimou por um total de 1.134 segundos. O Tether Test 36 (TT36) no KSC SLF na terça-feira, 2 de dezembro de 2014, foi um teste de regressão. O veículo Bravo seguiu sua trajetória planejada de 40 segundos perfeitamente, embora algumas discrepâncias tenham sido identificadas. Os dados foram revisados para avaliar essas anomalias e garantir que o veículo e os sistemas de solo estivessem prontos para suportar um teste de vôo livre.
Em 15 de dezembro de 2014, o protótipo do módulo de pouso subiu 250 metros acima da extremidade norte do Shuttle Landing Facility no Kennedy Space Center, na Flórida, no teste de vôo livre nº 15. Durante o teste de 97 segundos, o ALHAT examinou o campo de perigo para um pouso seguro locais, então guiou o módulo de pouso para frente e para baixo para um pouso bem-sucedido.
- Conclusão
Em fevereiro de 2015, os testes planejados foram concluídos. O módulo de pouso foi levado de volta ao JSC. A revisão do projeto, incluindo testes, foi realizada em 12 de março de 2015.
Equipamento de teste e operações terrestres
Além das ferramentas normais de engenharia, vários itens de equipamento de teste foram feitos ou adquiridos. Isso inclui guindastes envoltos em proteção contra calor e detritos, uma corda, um elástico para controlar a corda e um absorvedor de energia. O absorvedor de energia era um tubo de metal preenchido com um favo de mel de alumínio à prova de fogo.
Lançamento de concreto e plataformas de pouso foram construídas. No Kennedy Space Center, uma pequena trincheira de chamas para lançamentos terrestres foi cavada perto do campo de risco (construída para testar o ALHAT). Câmeras e equipamentos de gravação foram instalados. Computadores e equipamentos de radiocomunicação usados.
Foram usados carrinhos para mover o módulo de pouso, baterias e consumíveis. Foram fornecidas roupas de segurança e proteção para os olhos contra LASERS da categoria IV.
Em um dia de teste típico, a equipe de operações terrestres trabalha cerca de 10 horas desde a implantação até que Morpheus esteja de volta ao hangar. As diferentes partes do dia são Resumo de Segurança e Lançamento do Veículo, Verificação do Pré-enchimento, Carga de Propelente (Oxigênio Líquido e Metano Líquido), Verificação de Vazamento, Preparação Final, Voo e Pós-teste. As atividades são divididas entre a Tripulação do Bloco e o Centro de Controle. Além das baterias elétricas do módulo de pouso para energia no solo, guindastes, células de carga e tanques de propulsão precisam ser colocados nas arquibancadas. \\
Colaborações
O Johnson Space Center da NASA colaborou com várias empresas, instalações acadêmicas e outros centros da NASA enquanto construía e testava os protótipos Morpheus landers Alpha e Bravo.
Para Morpheus e ALHAT, a JSC tem parcerias com o Kennedy Space Center (KSC) para testes de vôo; Stennis Space Center (SSC) para teste de motor; Marshall Space Flight Center (MSFC) para desenvolvimento de motores e experiência em aterrissagem; Goddard Space Flight Center (GSFC) para desenvolvimento de software de vôo; e Langley Research Center (LaRC) e o Jet Propulsion Laboratory (JPL) para o desenvolvimento do ALHAT. Parcerias comerciais com empresas como Jacobs Engineering, Armadillo Aerospace, Draper Labs e outras aumentaram o desenvolvimento e a operação de muitos aspectos do projeto. "
O Zucrow Labs da Purdue University ajudou no projeto de um dos primeiros motores Morpheus. Os testes foram conduzidos no Zucrow Labs em West Lafayette, Indiana em 2014, incluindo várias fogueiras bem-sucedidas do motor. Este trabalho foi realizado sob a orientação do Dr. William Anderson e de vários alunos de mestrado e doutorado.
Questões de saúde e segurança
Embora a mistura de bipropelente de oxigênio líquido / metano líquido seja consideravelmente mais fácil e segura de manusear do que a hidrazina , os propelentes podem pegar fogo e tanques de combustível criogênico e Dewars podem explodir.
Incidentes
- Em 1 ° de junho de 2011, um teste do módulo de pouso Morpheus causou um grande incêndio na grama no Johnson Space Center . Um pequeno incidente: ninguém ficou ferido e o módulo de pouso estava bem. Posteriormente, um quebra-fogo de 10 pés (3,0 m) de largura foi cavado ao redor da área de teste para evitar a propagação de possíveis incêndios de grama.
- Em 9 de agosto de 2012, o módulo de pouso tombou, caiu, pegou fogo e explodiu duas vezes durante seu teste inicial de vôo livre no Centro Espacial Kennedy . O fogo foi extinto depois que os tanques explodiram. Ninguém ficou ferido, mas o veículo não estava em condições de recuperação. Após o acidente, cerca de 70 atualizações diferentes no design do veículo e nos sistemas de solo foram feitas, incluindo a adição de alguma instrumentação redundante e a mitigação do ambiente vibroacústico de lançamento. Conectores de cabo de nível militar e acopladores de ônibus foram instalados nos veículos de substituição, bem como criando uma trincheira de chamas na plataforma de lançamento para reduzir a vibração. Um artigo que atua como um relatório de investigação foi publicado no Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica: conferência SPACE 2013.
Status
O protótipo Morpheus do sistema de propulsão de oxigênio líquido e metano (LOx / Metano) demonstrou vantagens em desempenho, simplicidade, confiabilidade e capacidade de reutilização. LOx / Methane fornece novos recursos para usar propelentes que são fabricados na superfície de Marte para retorno de ascensão e integração com sistemas de energia e suporte de vida. Foi determinado que Lox / Metano é extensível a espaçonaves humanas para muitos elementos de transporte da arquitetura de Marte. Os propelentes fornecem vantagens significativas para ignição confiável em um vácuo espacial e para proteção ou purga confiável de espaçonaves. "Por meio desse teste, a NASA obteve o Nível 6 de Technology Readiness Level (TRL) relacionado à tecnologia de pouso no planeta"
As demonstrações de voo da sonda Morpheus levaram à proposta de usar LOx / Metano para uma missão do Programa de Descoberta , chamada Moon Aging Regolith Experiment (MARE) para pousar uma carga científica para o Southwest Research Institute na superfície lunar. O módulo de pouso desta missão é denominado NAVIS (NASA Autonomous Vehicle for In-situ Science).
A tecnologia desenvolvida também está sendo aplicada ao módulo lunar Nova-C , proposto para pousar na Lua no início de 2022.
Veja também
- Missão de infusão de propelente verde
- Lunar CATALYST
- Águia Poderosa
- Nova-C
- Quad (foguete)
- Raptor (família de motores de foguete)
- VTVL
Notas
uma. ^ O metano é um propelente ambientalmente correto (isto é, não tóxico) que a NASA espera que reduza os custos de transporte por ser feito no local ( ISRU ). Por exemplo, a reacção Sabatier poderia ser usado para converter dióxido de carbono (CO 2 ) presente em atmosfera de Marte em metano, utilizando quer hidrogénio encontrado ou transportado Hidrogénio da Terra, um catalisador, e uma fonte de calor. O hidrogênio pode ser feito de gelo de água, que ocorre tanto na Lua da Terra quanto em Marte.