Najnowocześniejszy satelita obserwacji Ziemi na orbicie

Z kompleksu 3E w bazie lotniczej Vanendberg wystartowała 11 listopada 2016 roku o 19:30 (polskiego czasu) rakieta Atlas V. Celem misji było wyniesienie WorldView 4 - najnowocześniejszego satelity teledetekcyjnego, świadczącego komercyjne usługi obserwacji Ziemi.

Po wielu tygodniach opóźnień wywołanych problemami technicznymi oraz pożarami lasów w Kalifornii dziś już nic nie stało na przeszkodzie i start odbył się zgodnie z planem, a główny satelita i poboczne ładunki zostały wprowadzone na docelową orbitę.

Był to już 66. start rakiety Atlas V, 15. czysto komercyjny i przy tym 6. w tym roku.

O satelicie WorldView 4

WorldView 4 to komercyjny satelita obserwacji Ziemi zbudowany przez Lockheed Martin i obsługiwany przez firmę DigitalGlobe. DigitalGlobe jest liderem na rynku sprzedaży obrazów z satelity w wysokiej rozdzielczości.

Urządzenie dostarczy swoim klientom rozmaite rodzaje danych: projekcje satelitarne, obrazy terenu, zdjęcia stereo, numeryczne modele terenu, cyfrowe modele wysokościowe czy mozaiki dużych obszarów.

Urządzenia na satelicie

Optyka satelity została zbudowana przez firmę ITT Corporation. Instrument GIS-2 przeznaczony do obrazowania używa teleskopu o średnicy 1,1 m i polu widzenia 13 kilometrów. Dzięki dokładnemu systemowi nakierowania satelity możliwe jest wykonanie pięciu obserwacji podczas jednego przelotu nad danym punktem, pokrywając obszar 66,5 na 112 km. GIS-2 może wykonywać zdjęcia w orientacjach w zakresie do 30 stopni poza nadirem.

Satelita pracuje w zakresie panchromatycznym (450 nm – 800 nm, czyli czułym na wszystkie barwy światła widzialnego traktowany technicznie jako jedno pasmo, czarno-białe) o niezwykle wysokiej rozdzielczości przestrzennej 0,31 m. System detekcyjny wykrywa światło w czterech multispektralnych pasmach: niebieskim (450-510 nm), zielonym (510-580 nm), czerwonym (655-690 nm) i bliskiej podczerwieni (780-920 nm). Obrazy kolorowe mają mieć rozdzielczość 1,24 m.

Oczywiście istnieje możliwość rejestracji obrazu z teleskopem skierowanym pod ostrzejszymi kątami, nawet do 65 stopni względem nadiru. Rozdzielczość urządzenia w tym skrajnym przypadku spada do 3,5 metra dla obrazu panchromatycznego i 14 metrów dla obrazu kolorowego.

WorldView 4 dysponuje także bardzo dokładnym systemem geolokacji, fotografowane obiekty mają gwarancję oceny położenia maksymalnie do 4 metrów od ich rzeczywistej lokacji.

Budowa satelity

Satelita WorldView 4 waży nieco ponad 2 tony, jest wysoki na 5,3 m i ma 2,5 m średnicy. Orbiter bazuje na platformie satelitarnej LM-900 firmy Lockheed Martin – niezwykle stabilnej i zwrotnej, stabilizowanej trójosiowo i przystosowanej do budowania na jej bazie satelitów teledetekcyjnych.

Platforma LM-900 ma kształt graniastosłupa prawidłowego sześciokątnego z cylindrem po środku oraz panelami kompozytowymi na urządzenia po bokach. Podobna awionika była stosowana przez Lockheed Martina przy misjach NASA: MRO, Juno, Grails, OSIRIS-REx czy MAVEN.

Zestaw zasilany będzie pięcioma rozkładanymi panelami słonecznymi, zamontowanymi na górnej podstawie platformy. Każdy z paneli ma powierzchnię ponad dwóch metrów kwadratowych i jest zbudowany z trójzłączowych ogniw z arsenku galu. Panele solarne zasilają akumulator litowo-jonowy.

System napędowy satelity używa silniczków na hydrazynę o ciągu 1 N. Satelita tego typu musi mieć zapewnioną bardzo precyzyjną kontrolę położenia i umożliwiać szybkie zmienianie orientacji. Podstawowymi sensorami kontroli położenia są szperacze gwiazd, jednostka nawigacji inercyjnej oraz odbiornik systemu GPS. Do zmian orientacji służą trzy żyroskopy kierunkowe o wysokiej dokładności i szybkich zmianach orientacji. System umożliwia zmianę pozycji satelity dla następnego celu w 5 sekund.

Moduł kontroli i przetwarzania danych jest oparty na jednostce RAD750 z procesorem PowerPC 750 z 10 milionami tranzystorów. Do komputera dochodzą dwa rodzaje szyn danych: 1553B oraz RS-422. Sam procesor może pracować z częstotliwością do 200 MHz, wykonując przy tym 400 MIPS (400 milionów instrukcji procesorowych na sekundę). Procesor ma oddzielną pamięć podręczną cache L1 dla instrukcji i danych (po 32KB).

Dane pojazdu są przechowywane w dysku twardym o pojemności 400 GB. Dane z obrazowania będą ściągane przy pomocy anteny pasma X z przepustowością 800 Mb/s. Przy pomocy anteny pasma S wysyłane będą komendy do statku i ściągane dane telemetryczne z przepustowością 64 kb/s.

Orbita docelowa

Satelita będzie operował na okołobiegunowej orbicie heliosynchronicznej o wysokości 617 km i inklinacji 98 stopni. Jest to orbita o okresie obiegu 97 minut. Orbiter będzie przelatywał nad równikiem zawsze o 10:30 rano czasu słonecznego.

Charakterystyka orbity zapewnia czas rewizyty danego obszaru najpóźniej po czterech i pół dnia, a dla szerokości geograficznych poniżej 40 stopni co jeden dzień. Dziennie zasięg „wzroku” satelity pokryje 680 000 kilometrów kwadratowych.

Pozostałe ładunki misji

Drugą częścią misji rakiety było wypuszczenie siedmiu CubeSatów – minisatelitów towarzyszących głównemu ładunkowi. Wszystkie te urządzenia zostały zbudowane przez Państwową Agencję Wywiadowczą USA i mają na celu zademonstrować różne nowe rozwiązania techniczne.

W szczególności, satelity Enterprise – tak nazwano ten zestaw przetestują działanie miniaturowych systemów napędowych, zminiaturyzowane transpondery komunikacyjne czy detektory promieniowania oraz czujniki atmosferyczne.

Relacja ze startu

Atlas V poleciał w konfiguracji 401 - najmniejszej z rakiet rodziny Atlas V. Jest to jednostka dwustopniowa, bez rakiet pomocniczych, z owiewką na ładunek o średnicy 4,2 m. Rakieta ta ma wysokość 58 m. jej dolny stopień zasilany jest mieszanką kerozyny rakietowej i ciekłego tlenu, a górny stopień Centaur używa paliw kriogenicznych - ciekłego tlenu i wodoru. Jest w stanie wynieść ponad 10 ton na niską orbitę wokółziemską oraz prawie 5 ton na orbitę transferową do geostacjonarnej.

Niecałe 3 sekundy przed podniesieniem się rakiety, odpalono silnik RD-180. Osiągnął on pełny ciąg po dwóch sekundach. Minutę i dwadzieścia sekund od startu rakieta przekroczyła prędkość dźwięku, a po kilkunastu sekundach nastąpił moment największego ciśnienia aerodynamicznego oddziałującego na rakietę.

Cztery minuty i trzy sekundy od startu wyłączył się silnik głównego stopnia i po sześciu sekundach nastąpiła separacja. Następnie po raz pierwszy uruchomił się silnik górnego stopnia Centaur. Odpalenie miało trwać ponad jedenaście minut.

Po ponad piętnastu i pół minutach lotu silnik Centaura zgasł i rozpoczęła się krótka kilkuminutowa faza swobodnego dryfu rakiety z ładunkiem.

Po dziewiętnastu minutach i piętnastu sekundach od rozpoczęcia wznoszenia Centaur odseparował prawidłowo satelitę WorldView 4.

Około dwie godziny później (już po publikacji artykułu) powinno nastąpić wypuszczenie wszystkich cubesatów towarzyszących ładunkowi głównemu.