TSUBAME fue un microsatélite desarrollado por el Instituto de Tecnología de Tokio y la Universidad de Ciencias de Tokio a partir de un concepto de diseño estudiantil en 2004. [1] El satélite fue diseñado para demostrar nuevas tecnologías para el control rápido de la actitud, la observación de estallidos de rayos gamma y la observación de la Tierra. [2] El nombre, TSUBAME, significa rápido en japonés y fue elegido tanto por el sistema de control de actitud experimental como para invocar otro observatorio de rayos gamma, la Swift Gamma-Ray Burst Mission , [3] que se lanzó poco después del primer concepto de diseño de TSUBAME. fue publicado en 2004. [4]
TSUBAME fue lanzado con otros cuatro satélites desde el cosmódromo de Yasny en un cohete Dnepr el 6 de noviembre de 2014. [5] Se colocó en una órbita heliosincrónica de 500 km de altitud . Una semana después del lanzamiento, se informaron problemas con el hardware de comunicación y se perdió la comunicación con el satélite después de tres meses de esfuerzos de recuperación. [1]
La misión TSUBAME incluía objetivos científicos y de ingeniería. Los objetivos principalmente de ingeniería fueron la demostración exitosa de nuevos giroscopios compactos de momento de control para cambios rápidos en la actitud de la nave espacial y la demostración de una cámara óptica compacta de 14 metros de resolución. Además de estos objetivos de ingeniería, la misión también incluía un objetivo principalmente científico para observar fenómenos efímeros de alta energía, como estallidos de rayos gamma , utilizando polarimetría de rayos X duros . [6] [7] Los primeros conceptos de la misión también incluían experimentos de control de formación de correas [6] pero este objetivo parece haber sido eliminado del diseño final.
El laboratorio de sistemas espaciales Matunaga del Instituto de Tecnología de Tokio había lanzado varios satélites diseñados por estudiantes antes de TSUBAME, incluido CUTE-1 en 2003, CUTE-1.7 + APD en 2006 y CUTE-1.7 + APD II en 2007. [6] Los primeros conceptos de diseño para la misión TSUBAME se presentaron a un concurso de diseño de satélites para estudiantes en 2004, donde ganó el Gran Premio. [8] TSUBAME fue uno de los cuatro satélites pequeños que se lanzaron junto con ASNARO 1. La misión se lanzó desde el cosmódromo de Yasny en un cohete Dnepr el 6 de noviembre de 2014. [5] Se desplegó en una órbita sincrónica al Sol de 500 km . [1]
Inicialmente, se esperaba que la misión de TSUBAME durara un año. Los primeros resultados de la fase de registro, en la que se activa el hardware y se verifican las funciones vitales, fueron positivos, pero una semana después del lanzamiento se observaron problemas con el receptor de comandos de RF (en la banda de transmisión de FM ). Más tarde, surgieron problemas con la velocidad de giro del satélite, las comunicaciones de banda S , el receptor GPS y el voltaje y temperatura de la batería. Aproximadamente tres meses después del lanzamiento, se perdió toda comunicación debido al fallo del transceptor de onda continua . Los análisis posteriores de las comunicaciones con el satélite y la reproducción en laboratorio han revelado que la pérdida final de contacto y algunos de los otros problemas fueron causados por una falla en un convertidor DC-DC . En el análisis de fallas se revelaron varios otros problemas y fallas de diseño. [1]
El autobús satélite era un prisma rectangular de 45 cm × 45 cm × 56 cm (1,48 pies × 1,48 pies × 1,84 pies) ensamblado a partir de una estructura interna de paneles metálicos y un exterior cubierto con una red de polímero reforzado con fibra de carbono . La masa de la nave espacial era de aproximadamente 49 kg (108 lb). [7]
Los giroscopios de momento de control en miniatura demostrados en TSUBAME tenían cada uno un volante giratorio impulsado por un motor sincrónico y un único motor paso a paso , que controlaba el cardán . Estos giroscopios de momento de control estaban dispuestos en una pirámide. Los volantes tenían 7,35 cm de diámetro y pesaban 1 kg. Además de los giroscopios de control de momento, también se utilizó un magnetorquer para el control de actitud. [3] La navegación y la determinación de la actitud utilizaron una serie de sensores, incluidos seis sensores solares , un magnetómetro de tres direcciones , tres giroscopios MEMS y dos rastreadores de estrellas . Un conjunto de puertas programables en campo contenía el software para los sistemas de control y determinación de actitud. [9]
TSUBAME tenía múltiples sistemas de comunicación para hacer frente a las limitaciones del equipo de radio disponible en tierra. Al igual que otros satélites desarrollados por el laboratorio de sistemas espaciales del Instituto de Tecnología de Tokio, TSUBAME tenía un receptor de banda FM y un transmisor de frecuencia ultra alta que podía comunicarse con la estación terrestre de la universidad. El transmisor UHF transmitió continuamente después del despliegue para que los radioaficionados pudieran ayudar en el seguimiento del satélite. El volumen de datos que se esperaba que TSUBAME produjera (del orden de decenas de megabytes) no podía transmitirse rápidamente mediante el transmisor de radio, por lo que también se incluyó un transceptor de banda S adicional , aunque no se incluyó inmediatamente una antena de banda S. disponible para la universidad; Se esperaba que la Universidad Tecnológica de Fukui permitiera el uso de una antena parabólica de 10 m después del lanzamiento. Se descubrió que el mal diseño de las antenas de TSUBAME era una causa probable de muchas de las fallas que ocurrieron en órbita. Los primeros problemas de comunicación que se observaron se atribuyeron a la interferencia de las ondas de radio reflejadas en los paneles solares. Las fallas posteriores se atribuyeron a una falla de un convertidor CC-CC que alimenta los sistemas de comunicación. [1]
El principal objetivo científico que mide la polarización de los estallidos de rayos gamma requirió dos instrumentos. Los monitores de ráfagas de campo amplio (WBM) se utilizaron para ayudar a detectar y localizar eventos para que la nave espacial pueda apuntar en la dirección correcta, mientras que el polarímetro Compton de rayos X duros (HXCP) se diseñó para realizar observaciones una vez orientada correctamente. [10] Había cinco unidades WBM en diversos lugares del TSUBAME. Cada WBM era una loseta de centelleador de yoduro de cesio . Cuando uno o más centelleadores detectaban un aumento en la tasa de conteo, el procesador principal determinaría la dirección e iniciaría los sistemas de control del satélite. [3] El HXCP podría medir la polarización de fotones de 30 a 200 keV. Constaba de placas de centelleador de plástico para dispersar los fotones incidentes, tubos fotomultiplicadores y un segundo centelleador a base de yoduro de cesio utilizado como absorbente. Cada placa centelleadora estaba unida a un fotodiodo de avalancha , que convierte los fotones en una señal eléctrica. Para mitigar el ruido de fondo, el HXCP estaba rodeado por un blindaje compuesto de metal, y las computadoras a bordo podían comparar y procesar la coincidencia entre los dos materiales centelleantes. [10] La cámara óptica fue desarrollada por la Universidad de Ciencias de Tokio. Tenía una resolución terrestre de 14 metros por píxel y podía tomar hasta cinco imágenes por segundo. [3]