Rozwiązanie GMV dla awioniki mikrorakiet nośnych: kolejny ważny krok w kierunku kwalifikacji systemu

Od 2017 roku GMV projektuje, opracowuje i kwalifikuje kompletny system awioniki dla rakiety nośnej MIURA 1. System ten obejmuje wszystkie niezbędne systemy awioniki klasycznej rakiety nośnej: podsystem energetyczny (od magazynowania po dystrybucję energii); podsystem zarządzania danymi (odpowiedzialny za realizację timeline’u misji, jak również za gromadzenie danych z czujników, uruchamianie zaworów i wysyłanie danych telemetrycznych); podsystem naprowadzania, nawigacji i sterowania (GNC), oparty na czujnikach i aktuatorach COTS; oprogramowanie pokładowe; zarządzanie ładunkami użytkowymi w warunkach mikrograwitacji oraz okablowanie (harness). W ramach tych działań GMV opracowuje również technologię autonomicznej lokalizacji , jak również system terminacji.

Projektowanie i wdrażanie tego rodzaju systemów awioniki jest szczególnie skomplikowane na niezwykle konkurencyjnym rynku, na którym działa wiele firm, zarówno znanych dostawców usług wynoszenia na orbitę, jak i nowych jego uczestników. Ważnymi czynnikami, które należy uwzględnić, jest wykorzystanie elementów komercyjnych oraz dostępność zaawansowanych technologii gwarantujących wymaganą jakość świadczonych usług przy jednoczesnym zachowaniu rozsądnych kosztów.

Poza wymienionymi wyżej czynnikami istnieją jeszcze dwie inne cechy, które stanowią podstawowe elementy tej architektury: skalowalność i modułowość. Są to podstawy dostosowania architektury rakiety sondażowej do środowiska małych rakiet i mikrorakiet nośnych.

Systemy zarządzania danymi rakiety MIURA 1 zostały zaprojektowane z uwzględnieniem konkretnego wzorca: klasycznej architektury awioniki europejskich rakiet nośnych (ARIANE 5 i VEGA) w celu zidentyfikowania funkcji, które system tego rodzaju musi spełniać w ramach swej misji. Wychodząc od architektury odziedziczonej po wcześniejszych rakietach nośnych, opartej na rozdzieleniu funkcji telemetrii i przetwarzania danych na pokładzie, przeniesiono wspomnianą architekturę do modelu bardziej zbliżonego do architektury zarządzania danymi w satelitach, która opiera się na komponencie bazowym zwanym „węzłem”.

Takie podejście zaowocowało powstaniem systemu, którego największymi atutami są modułowość i skalowalność.

Główna magistrala awioniki (ring) jest kluczowym elementem komunikacji pomiędzy węzłami systemu awioniki: komputerem pokładowym (OBC) w komorze awioniki, jednostką sterującą silnikiem (ECU) w komorze silnika oraz innymi węzłami w innych sekcjach rakiety. Magistrala awioniki służy do realizacji misji rakiety (wydawanie komend aktuatorom i nadzorowanie układu napędowego), jak również do gromadzenia danych ze wszystkich czujników analogowych i kamer wideo oraz przesyłania ich do segmentu naziemnego za pośrednictwem nadajnika telemetrycznego i anten.

System awioniki został już poddany przeglądowi projektowemu i obecnie przechodzi proces kwalifikacji, który obejmuje weryfikację funkcjonalną oraz szeroko zakrojone działania weryfikacyjne realizowane na platformie testowej awioniki GMV w Tres Cantos pod Madrytem, jak również testy środowiskowe w zakładach ALTER, również w Tres Cantos.

Biorąc pod uwagę różne konfiguracje sprzętowe węzłów zarządzania danymi, zidentyfikowano dwa modele kwalifikacji obejmujące wszystkie możliwe konfiguracje sprzętowe: model kwalifikacji (QM) dla OBC oraz model kwalifikacji (QM) dla ECU.

Na początku września oba modele kwalifikacyjne zostały poddane wszechstronnemu testowi wibracyjnemu w konfiguracji reprezentatywnej dla lotu. Podczas każdego testu wibracyjnego na poszczególnych osiach zrealizowano pełną misję, a także przeprowadzono wstępną weryfikację pomyślnej realizacji misji w locie, w celu uzyskania zezwolenia na wykonanie kolejnego testu. Przeprowadzono symulację lub stymulację wszystkich interfejsów zgodnie ze standardowym profilem misji oraz zarejestrowano wszystkie dane na pokładzie i na ziemi (EGSE). Następnie przeprowadzono dogłębną analizę zarejestrowanych danych i plików rejestru EGSE, wykazując pełną funkcjonalność modeli kwalifikacyjnych.

Testy wibracyjne: szczegóły konfiguracji testowej modelu kwalifikacyjnego OBC.

Dzięki uzyskanym wynikom obydwa modele kwalifikacyjne przechodzą do kolejnego etapu serii środowiskowej: testu cykli termicznych dla OBC i testu próżni termicznej dla ECU.

Testy termiczne zostały pomyślnie przeprowadzone w październiku. Podczas cyklu termicznego przeprowadzono również szczegółową weryfikację funkcjonalną. Podczas horyzontalnego odcinka wysokich i niskich temperatur przeprowadzono kompletną misję w pętli otwartej i zweryfikowano pomyślne wykonanie misji w locie, by zapewnić prawidłową kontynuację testu.

Przeprowadzono symulację lub stymulację wszystkich interfejsów zgodnie ze standardowym profilem misji oraz zarejestrowano wszystkie dane na pokładzie i na ziemi (EGSE). W najbliższych dniach przeprowadzona zostanie dogłębna analiza zarejestrowanych danych i plików rejestru EGSE pod kątem prawidłowej transmisji informacji, aczkolwiek uzyskane dotychczas wyniki potwierdziły już pełną funkcjonalność obu modeli kwalifikacyjnych.

Testy termiczne w warunkach próżni: szczegóły konfiguracji testowej modelu kwalifikacyjnego ECU

MIURA 1 to rakieta nośna opracowana przez PLD Space w Hiszpanii, której misją jest zapewnienie środowiska mikrograwitacyjnego dla eksperymentalnych ładunków użytecznych. Innym ważnym celem rakiety MIURA 1 jest wykorzystanie jej jako stanowiska testowego dla technologii, w które wyposażona będzie rakieta PLD Space MIURA 5.

Prace nad awioniką dla rakiet MIURA 1 i MIURA 5, prowadzone przez PLD i GMV, rozpoczęto w styczniu 2017 r.; od tego czasu obie firmy współpracują w ramach sojuszu technologicznego wspieranego odnośnymi inwestycjami przemysłowymi. GMV odpowiada za opracowanie i kwalifikację kompletnego systemu awioniki, który obejmuje nie tylko kluczowe podsystemy sprzętowe rakiet nośnych, ale także system naprowadzania, nawigacji i sterowania oraz pokładowy system oprogramowania.

ESA podjęła w swoim czasie decyzję o wspieraniu prywatnych projektów europejskich w zakresie usług mikrorakiet nośnych wykorzystujących technologie krytyczne i wspomagające. W 2018 r. w ramach programu ESA Future Launchers Preparatory Programme (FLPP) uruchomiono kontrakt na współfinansowanie z sektorem prywatnym budowy i kwalifikacji systemu awioniki dla rakiety MIURA 1, który będzie można łatwo skalować i wykorzystać ponownie w innych rakietach nośnych, w tym małych rakietach i mikrorakietach. Po pozytywnym zakończeniu kilku ważnych ocen konstrukcyjnych projekt zbliża się już do końca fazy kwalifikacji.