Plataforma espacial TESS

El observatorio TESS se basa en la plataforma satelital LEOStar-2 de Orbital ATK, adecuada para misiones de órbita terrestre baja de clase pequeña a mediana y capaz de albergar cargas útiles de hasta 210 Kilogramos. TESS pesa 362 Kilogramos y mide 3,9 x 1,2 x 1,5 metros de tamaño cuando está completamente desplegado en órbita, comprendiendo una Sección de Plataforma y un Módulo de Carga Útil.

Esta es la octava misión de la NASA en emplear la plataforma LEOStar – 2 que ha demostrado su flexibilidad desde su inauguración en 2001.

La estructura del satélite TESS consiste en un cuerpo hexagonal que actúa como elemento principal de transporte de carga y proporciona las estructuras de montaje para varios elementos internos y externos, como los dos paneles solares generadores de energía y una antena parabólica externa de banda Ka utilizada para comunicaciones de alta velocidad con la Tierra. Encima de la estructura hexagonal se encuentra el módulo de interfaz de carga útil. Los puntales de aleación de aluminio y los paneles compuestos conforman la estructura satelital interna y externa, proporcionando ubicaciones de instalación para todos los componentes satelitales.

El cuerpo del satélite en sí tiene 1,5 metros de altura y mide 1,2 metros de diámetro alrededor de la sección de carga útil de 65 cm. TESS emplea dos paneles solares desplegables, cada uno con dos paneles, creando un tamaño de matriz de 1,1 por 0.89 metros, capaz de producir 415 Vatios de energía eléctrica suministrada a un conjunto de baterías y a los diversos subsistemas de satélites a través de un bus de potencia regulado de 28 voltios. El consumo de energía típico del observatorio durante las operaciones regulares se estima en 290 Vatios, proporcionando un amplio margen para períodos de mayor demanda de energía y eclipses.

TESS se basa principalmente en el control térmico pasivo: las mantas y pinturas térmicas utilizadas en el exterior de la nave espacial proporcionan aislamiento y el exceso de calor se elimina de la electrónica mediante tuberías de calor conectadas a radiadores. Los calentadores de supervivencia se emplean para mantener la electrónica del núcleo operativa en caso de que se produzcan absorciones de frío prolongadas que no se espera que ocurran en la misión TESS, ya que la duración máxima del eclipse está limitada a cinco horas.

La determinación y el control de actitud en la nave espacial TESS emplea un sistema de impulso cero controlado de tres ejes que emplea cuatro ruedas de reacción para un accionamiento fino basado en quarternions de alta precisión producidos a partir de imágenes recogidas por las cámaras científicas. Además, TESS emplea sensores de determinación de actitud estándar activos durante la fase de adquisición inicial y otras fases de misión no operativas.

Cuando está en modo ciencia, TESS utiliza su Unidad de Manejo de Datos para calcular centroides a partir de alrededor de 200 estrellas guía fotométricas dentro del campo de visión del instrumento a una cadencia de dos segundos para producir quarternions de desplazamiento para una corrección de orientación fina. La Unidad de Manejo de Datos entrega estos quarternions a la Unidad de Aviónica Maestra, donde las correcciones necesarias se transforman en entradas de rueda de reacción.

Seleccionado como el sensor primario de determinación de actitud para las fases de misión no científicas fue la Brújula Estelar Micro-Avanzada de DTU Space of Denmark, un sistema de rastreo estelar compacto que ha volado en varias misiones pasadas con estrictos requisitos de control de actitud. La Unidad de Seguimiento de Estrellas µASC consta de dos cabezas ópticas y una sola Unidad de Procesamiento de Datos, que captura imágenes del cielo lleno de estrellas que se analizan mediante un algoritmo a bordo para identificar estrellas conocidas de un gran catálogo y calcular la orientación precisa de tres ejes de la nave en el espacio.

De acuerdo con DTU, µASC normalmente opera en una configuración de doble redundancia y ofrece soluciones de actitud precisas de 2 segundos de arco y admite tasas de actitud de hasta 20 grados por segundo, generando de 8 (nominales) a 22 mediciones por segundo y requiriendo solo 30 milisegundos para la adquisición inicial de un escenario perdido en el espacio.

Además, TESS alberga una unidad de medición inercial compuesta por cuatro giroscopios para medir las velocidades corporales durante la adquisición/reducción inicial de las velocidades corporales para la adquisición de µASC y cuatro sensores solares instalados alrededor de la cortina solar que proporcionan información sobre el vector solar para apuntar correctamente los conjuntos durante los eventos de modo seguro de la nave espacial.

El actuador de actitud principal de la nave espacial TESS es un conjunto de cuatro ruedas de reacción, que proporciona un control de actitud preciso de tres ejes con una precisión superior a 3,2 segundos de arco con una estabilidad muy alta de 0,05 segundos de arco por hora. Las cuatro ruedas de reacción Honeywell HR proporcionan redundancia para la pérdida de una rueda y emplean un diseño robusto que ha acumulado más de 100 millones de horas de funcionamiento en el espacio, eliminando las preocupaciones de las ruedas de reacción que la misión Kepler tuvo que enfrentar debido a problemas sistémicos con su marca particular 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. Todos los propulsores emplean la descomposición de hidracina sobre un lecho catalizador metálico en productos de reacción gaseosa que pueden ser expulsados a alta presión a través de una boquilla y así crear empuje. El sistema funciona en modo de purga, utilizando solo una presurización previa al vuelo del tanque de hidracina y sin sistema de presurización en vuelo.

TESS lleva una carga inicial de propulsor de 45 Kilogramos y alberga cuatro propulsores de control de actitud de 5 Newton y un único propulsor de maniobra orbital de 22 Newton, todos ubicados en el panel de popa de la nave espacial, lo que le da a la misión un presupuesto total de delta-v de 268 metros por segundo. Según el diseño de la misión principal, se han presupuestado 215 m/s de delta-v para la misión de dos años (incluida la adquisición de la órbita inicial, los vertederos de impulso de la rueda de reacción para la compensación de la presión solar, las dispersiones de inyección del vehículo de lanzamiento y el margen de rendimiento del motor).

Un elemento central de la misión TESS es la capacidad de manejo de datos y comunicaciones de la nave espacial, realizada a través de una Unidad central de Manejo de Datos (DHU) y un terminal de comunicaciones de Banda Ka capaz de transmitir datos a 125 Mbit/s, la velocidad de datos más alta jamás soportada por la Red de Espacio Profundo de la NASA.

La Unidad de manejo de datos está construida alrededor de una computadora de una sola tarjeta SEAKR Athena-3 y comprende varias tarjetas para facilitar su procesamiento y funciones de interfaz. El elemento central del DHU es un procesador de escala libre de 1066 MHZ con 1 GB de RAM y hasta 4 GB de memoria Flash. Se encarga de las tareas primarias de procesamiento de imágenes y construye la interfaz de comando/datos con la nave espacial. Una Matriz de compuertas Programable de campo Virtex-5 se encarga de las tareas adicionales de procesamiento de la cámara. Tres tarjetas de Búfer de estado sólido con un total de 192 GB de Flash construyen el almacenamiento masivo de datos; y una tarjeta de conmutación de potencia de entrada/salida analógica controla la potencia del instrumento, mientras que una tarjeta de fuente de alimentación dedicada condiciona la potencia de DHU.

La secuencia de imágenes típica empleada por TESS opera la cámara Detectores CCD a un tiempo de exposición de 2 segundos y estas imágenes se envían a la Placa de Procesamiento de imágenes, donde se suman en grupos consecutivos de 60 para obtener una exposición efectiva de dos minutos. Estas imágenes se procesan luego en productos de datos que representan una colección de subarrays, ventanas de típicamente 10 x 10 píxeles centradas en las estrellas objetivo. La extracción de los valores del subarrays se completa con el Protón 400 k antes de la compresión y el almacenamiento en la memoria de masa. Las imágenes de fotograma completo también se apilan cada 30 minutos y se almacenan en el SSB.

Los enlaces descendentes de datos solo se completan una vez cada 13.órbita de 7 días cuando TESS pasa el perigeo para permitir velocidades máximas de datos a través del enlace de Banda Ka, creando una interrupción de 16 horas de las operaciones científicas para facilitar el desplazamiento de la nave espacial a la orientación apuntando a la Tierra, un enlace descendente de cuatro horas a través de la Red del Espacio Profundo y el desplazamiento de regreso a la posición de servicio operacional.

TESS está equipado con una antena parabólica de banda Ka de 0,7 metros, instalada en uno de los paneles laterales de la nave espacial. Funciona con una potencia de transmisión de 2 Vatios y alcanza velocidades de datos de hasta 125 Mbit/s. Un par de antenas omnidireccionales de banda S se utilizan para el enlace descendente de telemetría y el enlace ascendente de telecomando, lo que también permite las comunicaciones a mayores distancias si se necesita el mando mientras TESS no está cerca del perigeo.