Voor het eerst werden twee ruimtevaartuigen in een baan om de aarde op de millimeter nauwkeurig in formatie uitgelijnd en behielden ze hun relatieve positie gedurende enkele uren zonder enige controle vanaf de grond. De Proba-3 missie van het Europees ruimteagentschap ESA heeft zijn ambitieuze doel bereikt toen de twee ruimtevaartuigen, de Coronagraph en de Occulter, 150 meter uit elkaar vlogen in een perfecte formatie, waardoor een enkel gigantisch ruimtevaartuig werd gesimuleerd. Eerder dit jaar werd de eerste stap van de missie succesvol afgerond.
Het operatieteam, bestaande uit ingenieurs van ESA en haar nauw samenwerkende industriële partners, kwam samen in het European Space Security and Education Centre van het Agentschap in Redu, België. Met behulp van een set plaatsbepalingsinstrumenten konden ze de twee ruimtevaartuigen in formatie uitlijnen en controleren terwijl ze autonoom hun relatieve positie behielden. Nu, na meer finetuning en testen, heeft het team de gewenste precisie bereikt, waardoor Proba-3 's werelds allereerste missie van precisie-formatievliegen wordt. De missie is gebaseerd op verschillende innovatieve technologieën, waarvan vele technologiedemonstraties zijn die zijn ontwikkeld via ESA's General Support Technology Programme (GSTP). “Om iets te doen wat nog nooit eerder is gedaan, moesten we nieuwe technologieën ontwikkelen,” merkt Esther Bastida Pertegaz, systeemingenieur bij Proba-3, op. “De formatievlucht wordt uitgevoerd wanneer de ruimtevaartuigen zich meer dan 50 000 km boven de aarde bevinden,” legt Raphael Rougeot, systeemingenieur van Proba-3, uit. “Hier is de aantrekkingskracht van de zwaartekracht van de aarde klein genoeg, zodat er heel weinig stuwstof nodig is om de formatie in stand te houden. Daarna wordt de formatie verbroken en moet ze opnieuw worden opgebouwd tijdens de volgende baan, in een herhaalde cyclus.”
Het uiteindelijke doel is dat de twee ruimtevaartuigen op één lijn staan met de zon, zodat de 1,4-m grote schijf van de Occulter een schaduw van 5 cm werpt op het optische instrument van de Coronagraph, waardoor deze de zwakke corona van de zon kan bestuderen. Teodor Bozhanov, ingenieur van het formatievliegsysteem, legt verder uit: “Het initiëren van deze herhalingssequentie van formatievliegen wordt uitgevoerd door het grondcontrolecentrum, waarbij het operatieteam positie-informatie verkrijgt om de exacte locatie van de twee satellieten in de ruimte te bepalen. De stuwraketten van de missie worden dan gebruikt om ze dichter bij elkaar te brengen. “Al de rest gebeurt autonoom. De ruimtevaartuigen meten en controleren hun relatieve positie met behulp van het Visual Based System, dat bestaat uit een groothoekcamera op de Occulter die een set knipperende LED-lampjes op de Coronagraph volgt.
“Zodra de satellieten dicht genoeg bij elkaar komen, maakt een camera met een kleine hoek die zich op dezelfde set lichten richt een nauwkeurigere positionering mogelijk.” Raphael beschrijft de laatste stap die nodig is om de precisiekloof te dichten: “Hoewel we eerder in staat waren om formatievluchten uit te voeren met alleen de camerasystemen aan boord, misten we nog steeds de gewenste precisie. “Twee grote prestaties waren de sleutel tot het ontsluiten ervan. Ten eerste de kalibratie van het laserinstrument aan boord en de integratie ervan in de volledige formatievlieglus.” “Dit laserinstrument, genaamd de Fine Lateral and Longitudinal Sensor (FLLS), maakt relatieve positionering tot op de millimeter nauwkeurig mogelijk,” voegt Jorg Versluys, Proba-3 payloads manager, toe. “Het bestaat uit een laserstraal die wordt afgevuurd vanaf het Occulter-ruimtevaartuig en in de retroreflector van de Coronagraph wordt teruggekaatst naar de Occulter, waar hij wordt gedetecteerd.”
“De tweede cruciale prestatie was het succesvolle gebruik van de schaduwpositiesensor,” vervolgt Raphael. “Een algoritme aan boord, gebaseerd op de meting van de lichtintensiteit rond de coronagraafopening, zorgt ervoor dat het Coronagraph-ruimtevaartuig in de schaduw blijft die wordt geworpen door het Occulter-ruimtevaartuig.” Esther merkt op: “Door al deze sensoren te combineren en dankzij de software aan boord die alle ruimtevaartsystemen beheert en navigatie-, geleidings- en besturingsfuncties biedt, is de formatie boven verwachting stabiel.” Damien Galano, Proba-3 projectmanager, concludeert: “We hebben het over millimetrische nauwkeurigheid in bereik en submillimetrische in de laterale positie. We kunnen niet wachten op de voltooiing van de kalibratie van het instrument en het eerste bewerkte beeld van de corona van de zon.” De Proba-3 missie wordt geleid door ESA en samengesteld door een consortium onder leiding van het Spaanse Sener, met deelname van meer dan 29 bedrijven uit 14 landen en met belangrijke bijdragen van GMV en Airbus Defence and Space in Spanje en Redwire Space en Spacebel in België. Het coronagraaf-instrument is afkomstig van het Belgische Centre Spatial de Liège (CSL) en de wetenschappelijke gegevens zullen worden verwerkt door de Koninklijke Sterrenwacht van België. De missie werd op 5 december 2024 gelanceerd met een PSLV-XL draagraket vanaf het Satish Dhawan Space Centre in Sriharikota, India.
Bron: ESA
