Plate-forme spatiale TESS

L’observatoire TESS est basé sur la plate-forme satellite LEOStar-2 d’Orbital ATK adaptée aux missions en orbite terrestre basse de petite à moyenne classe et capable d’accueillir des charges utiles allant jusqu’à 210 Kilogrammes. TESS pèse 362 kilogrammes et mesure 3,9 x 1,2 x 1,5 mètres lorsqu’il est entièrement déployé en orbite, comprenant une section de plate-forme et un module de charge utile.

Il s’agit de la huitième mission de la NASA à utiliser la plate-forme LEOStar-2 qui a prouvé sa flexibilité depuis son inauguration en 2001.

La structure du satellite TESS se compose d’un corps hexagonal qui sert d’élément porteur principal et fournit les structures de montage de divers éléments internes et externes comme les deux panneaux solaires générateurs d’énergie et une antenne parabolique externe en bande Ka utilisée pour les communications à haut débit avec la Terre. Le module d’interface de charge utile réside au sommet de la structure hexagonale. Des entretoises en alliage d’aluminium et des panneaux composites constituent la structure interne et externe du satellite, fournissant des emplacements d’installation pour tous les composants du satellite.

Le corps du satellite lui-même mesure 1,5 mètre de haut et mesure 1,2 mètres de diamètre autour de la section de charge utile de 65 cm. TESS utilise deux panneaux solaires déployables, chacun avec deux panneaux, créant une taille de réseau de 1,1 par 0.89 mètres, capables de produire 415 Watts d’énergie électrique délivrée à un ensemble de batteries et aux différents sous-systèmes satellites via un bus d’alimentation régulé de 28 volts. La consommation de puissance typique de l’observatoire pendant les opérations régulières est estimée à 290 Watts, ce qui offre une marge suffisante pour les périodes de demande de puissance accrue et d’éclipses.

TESS repose principalement sur un contrôle thermique passif – des couvertures et des peintures thermiques utilisées à l’extérieur de l’engin spatial assurent l’isolation et l’excès de chaleur est éliminé de l’électronique à l’aide de caloducs connectés à des radiateurs. Des réchauffeurs de survie sont utilisés pour maintenir l’électronique de base opérationnelle en cas d’imprégnations froides prolongées qui ne devraient pas se produire sur la mission TESS puisque la durée maximale de l’éclipse est limitée à cinq heures.

La détermination et le contrôle de l’attitude sur le vaisseau spatial TESS utilisent un système contrôlé à trois axes à moment zéro utilisant quatre roues de réaction pour un actionnement fin basé sur des quarternions très précis produits à partir d’images collectées par les caméras scientifiques. De plus, TESS utilise des capteurs de détermination d’attitude standard actifs pendant la phase d’acquisition initiale et d’autres phases de mission non opérationnelles.

En mode science, TESS utilise son unité de traitement des données pour calculer des centroïdes à partir d’environ 200 étoiles guides photométriques dans le champ de vision de l’instrument à une cadence de deux secondes pour produire des quarternions décalés pour une correction fine du pointage d’attitude. L’Unité de traitement des données fournit ces quarternions à l’unité Avionique principale où les corrections requises sont transformées en entrées de roue de réaction.

La boussole stellaire Micro-avancée de DTU Space of Denmark, un système de suivi d’étoiles compact qui a volé lors de plusieurs missions précédentes avec des exigences strictes en matière de contrôle d’attitude, a été sélectionnée comme capteur principal de détermination d’attitude pour les phases de mission non scientifiques. L’unité de suivi des étoiles µASC comprend deux têtes optiques et une seule unité de traitement de données, capturant des images du ciel rempli d’étoiles qui sont analysées par un algorithme embarqué pour identifier les étoiles connues à partir d’un vaste catalogue et calculer l’orientation précise de l’engin dans l’espace.

Selon DTU, µASC fonctionne généralement dans une configuration à double redondance et fournit des solutions d’attitude précises à 2 secondes d’arc et prend en charge des taux d’attitude allant jusqu’à 20 degrés par seconde, générant de 8 (nominales) à 22 mesures par seconde et ne nécessitant que 30 millisecondes pour l’acquisition initiale à partir d’un scénario de perte dans l’espace.

De plus, TESS héberge une unité de mesure inertielle comprenant quatre gyroscopes pour mesurer les vitesses corporelles lors de l’acquisition / réduction initiale des vitesses corporelles pour l’acquisition de µASC et quatre capteurs solaires installés autour du Pare-soleil fournissent des informations sur le vecteur solaire pour un pointage correct des réseaux pendant les événements en mode sans échec de l’engin spatial.

L’actionneur d’attitude principal du vaisseau spatial TESS est un ensemble de quatre roues de réaction, fournissant un contrôle d’attitude précis sur trois axes avec une précision supérieure à 3,2 secondes d’arc avec une très grande stabilité de 0,05 seconde d’arc par heure. Les quatre roues de réaction Honeywell HR offrent une redondance pour la perte d’une roue et utilisent une conception robuste qui a accumulé plus de 100 millions d’heures de fonctionnement dans l’espace – éliminant les soucis de roue de réaction auxquels la mission Kepler a dû faire face en raison de problèmes systémiques avec sa marque particulière de RWA.

The TESS spacecraft employs a Hydrazine Monopropellant Propulsion System for orbit and attitude control, feeding a total of five thrusters from a central tank containing hydrazine propellant. Tous les propulseurs utilisent la décomposition de l’hydrazine sur un lit de catalyseur métallique en produits de réaction gazeux qui peuvent être expulsés à haute pression à travers une buse et ainsi créer une poussée. Le système fonctionne en mode de purge, en utilisant uniquement une pressurisation avant vol du réservoir d’hydrazine et aucun système de pressurisation en vol.

TESS transporte une charge propulsive initiale de 45 kilogrammes et accueille quatre propulseurs de contrôle d’attitude de 5 Newton et un seul propulseur de manœuvre orbitale de 22 Newton, tous situés sur le panneau arrière du vaisseau spatial, ce qui donne à la mission un budget delta-v total de 268 mètres par seconde. Selon la conception de la mission principale, 215 m / s de delta-v sont budgétisés pour la mission de deux ans (y compris l’acquisition de l’orbite initiale, les décharges d’élan de la roue de réaction pour la compensation de la pression solaire, les dispersions d’injection du lanceur et la marge de performance du moteur).

Un élément central de la mission TESS est la capacité de traitement et de communication des données de l’engin spatial, réalisée via une unité centrale de traitement des données (DHU) et un terminal de communication en bande Ka capable de transmettre des données à 125 Mbit / s – le débit de données le plus élevé jamais pris en charge par le réseau spatial profond de la NASA.

L’unité de traitement des données est construite autour d’un ordinateur à carte unique SEAKR Athena-3 et comprend plusieurs cartes pour faciliter ses fonctions de traitement et d’interface. Les éléments centraux du DHU sont un processeur Freescale de 1066 MHz avec 1 Go de RAM et jusqu’à 4 Go de mémoire Flash. Il est chargé des principales tâches de traitement d’images et construit l’interface de commande / données avec le vaisseau spatial. Des tâches de traitement de caméra supplémentaires sont gérées par un réseau de portes programmables sur le terrain Virtex-5. Trois cartes mémoire tampon à semi-conducteurs avec un total de 192 Go de Flash constituent le stockage de données de masse; et une carte de commutation de puissance d’entrée / sortie analogique contrôle l’alimentation de l’instrument tandis qu’une carte d’alimentation dédiée conditionne l’alimentation DHU.

La séquence d’imagerie typique utilisée par TESS fait fonctionner la caméra Des détecteurs CCD à un temps d’exposition de 2 secondes et ces images sont envoyées à la Carte de traitement d’images où elles sont additionnées en groupes consécutifs de 60 pour obtenir une exposition effective de deux minutes. Ces images sont ensuite traitées en produits de données qui représentent une collection de sous-tableaux – fenêtres de typiquement 10 x 10 pixels centrés sur les étoiles cibles. L’extraction des valeurs de sous-réseau est complétée par le Proton 400 k avant compression et stockage dans la mémoire de masse. Les images plein format sont également empilées toutes les 30 minutes et stockées dans le SSB.

Les liaisons descendantes de données ne sont terminées qu’une fois tous les 13.orbite de 7 jours lorsque TESS passe le périgée pour permettre des débits de données maximaux à travers la liaison en bande Ka – créant une interruption des opérations scientifiques de 16 heures pour faciliter le déplacement du vaisseau spatial vers l’orientation pointée vers la Terre, une liaison descendante de quatre heures à travers le réseau spatial Profond et le retour dans l’attitude de service opérationnel.

TESS est équipée d’une antenne parabolique en bande Ka de 0,7 mètre, installée sur l’un des panneaux latéraux du vaisseau spatial. Il fonctionne avec une puissance d’émission de 2 Watts et atteint des débits de données allant jusqu’à 125 Mbit / s. Une paire d’antennes omnidirectionnelles en bande S est utilisée pour la liaison descendante de télémétrie et la liaison montante de télécommande, permettant également des communications sur de plus grandes distances si la commande est nécessaire alors que TESS n’est pas près du périgée.