Projekt Morpheus
 Logotyp för Project Morpheus
| |
| Ursprungsland | Förenta staterna |
|---|---|
| Sista flygningen | 15 december 2014 |
| Designer | NASA |
| Tillverkare | NASA/JSC |
| Ansökan | Planet- och månlandare |
| Status | Avslutad |
| Flytande bränslemotor | |
| Drivmedel | flytande syre / metan |
| Prestanda | |
| Sticka | 24 000 N |
| Specifik impuls | 321 s |
| Brinntid | testad: 123 s |
| Används i | |
| Morpheus Lander | |
| References | |
| Referenser | |
Project Morpheus var ett NASA- projekt som började 2010 för att utveckla ett testfordon för vertikal start och vertikal landning ( VTVL ) som kallas Morpheus Lander . Det är avsett att demonstrera ett nytt icke-toxiskt drivmedelssystem för rymdfarkoster (metan och syre) och en autonom landnings- och riskdetekteringsteknik. Prototypen planetarisk landare kan flyga autonomt, inklusive vertikal start och landningar. Fordonen är NASA-designade robotlandare som kommer att kunna landa och lyfta med 1 100 pund (500 kg) last på månen . Prospektet är en motor som går tillförlitligt på drivmedel som inte bara är billigare och säkrare här på jorden, utan även kan tillverkas på månen och Mars . (Se: Resursutnyttjande på plats .)
Alpha-prototyplandaren tillverkades och monterades vid NASA:s Johnson Space Center (JSC) och Armadillo Aerospaces anläggning nära Dallas. Prototypen av lander är en "rymdfarkost" som är cirka 12 fot (3,7 m) i diameter, väger cirka 2 400 lb (1 100 kg) och består av fyra silversfäriska drivmedelstankar toppade av flygelektroniklådor och en väv av trådar.
Projektet prövar kostnads- och tidsbesparande tekniska metoder för "lean development". Andra projektaktiviteter inkluderar lämplig markdrift, flygoperationer, räckviddssäkerhet och anstiftande av rutiner för mjukvaruutveckling. Landningsplattor och kontrollcentraler byggdes också. Från projektstarten i juli 2010 spenderades cirka 14 miljoner USD på material under de följande fyra åren; så Morpheus-projektet anses vara magert och billigt för NASA. Under 2012 sysselsatte projektet 25 heltidsanställda teammedlemmar och 60 studenter. Vid varje tidpunkt arbetade i genomsnitt 40 personer med projektet. Project Morpheus utformade och använde strömlinjeformade processer och metoder. Morpheus Landers sista flygning var i december 2014. Eftersom det inte fanns några medel för ytterligare flygningar returnerades landaren till JSC i februari 2015. Sex formella dokument producerades av projektet. I slutet av projektgranskningen den 12 mars 2015 uppskattades det att 50 miljoner dollar hade sparats genom lean utvecklingsmetoder, minimera dokumentation, "Beg and Borrowing"-artiklar och köpa delar från hemdepåbutiker.
Historia
Projektet Morpheus startade i juli 2010 och fick sitt namn efter Morpheus , den grekiska drömmarnas gud. Rymdfarkosten Morpheus härleddes från den experimentella landaren som producerades av Project M med hjälp av Armadillo Aerospace . Project M (NASA) var ett NASA-initiativ för att designa, utveckla och landa en humanoid robot på månens yta på 1000 dagar. Arbetet med några av landarsystemen började 2006, när NASA:s Constellation-program planerade en mänsklig återkomst till månen.
Samma år 2006 gick Armadillo Aerospace in i den första Pixel-raketlandaren i Lunar Lander Challenge- delen av NASA:s Centennial Challenges .
Morpheus #1 Unit A-testfordonet varmbrändes första gången 15 april 2011.
Morpheus nya motor på 4 200 pund (19 000 N) tillät NASA att flyga längre tider genom att lyfta upp mer drivmedel i luften. Motorn uppgraderades igen 2013 till 5 000 lbf (22 000 N) och nådde slutligen 5 400 lbf (24 000 N). En ny design av landningsställ var en del av de mekaniska förändringarna. NASA ersatte också flygelektroniken - detta inkluderade kraftdistribution och lagring, instrumentering, flygdatorn, kommunikation och programvara. Det förbättrade landningssystemet tillåter Morpheus, till skillnad från Pixels, att lyfta, flyga och landa utan hjälp från en pilot.
För räckviddssäkerhetsändamål faller Morpheus#1-prototypen i kategorin styrd suborbital återanvändbar raket.
I juli 2012 skickades prototyplandaren till Kennedy Space Center för gratis flygtestning och media bjöd in att se Morpheus Lander. Den 9 augusti 2012 kraschade prototypen Morpheus #1 Unit A (Alpha) lander vid start, medan den utförde sin andra obundna flygning vid Kennedy Space Center. Ingen person skadades och ingen egendom skadades, men fordonet skadades omöjligt att reparera. Projektet undersökte orsaken och fortsatte med att bygga enhet B. Under andra halvåret 2012 slogs Team Morpheus och ALHAT samman.
Den 7 februari 2013 bloggade Project Morpheus-teamet att de har byggt fordonen Morpheus 1.5B och 1.5C. Fordonen genomgick en serie av statisk het eld och dynamiska tjudrade flygtest vid Johnson Space Center våren 2013 som förberedelse för en återgång till friflygningstestning vid Kennedy Space Center senare samma år.
Den 1 maj 2013 var den nya Morpheus #1.5 Unit B-testbädden Hot Fireed på Johnson Space Center. Ersättningens förbättringar inkluderar en 5 400 pund kraft (24 000 N) huvudmotor och integrerat syre/metan reaktionskontrollsystem (RCS), vilket gör det till det första syrgas/metanfordonet med huvud- och RCS-motorer som drar drivmedel från samma tankar och första fordon att använda ett kryogent RCS-system. Den 14 juni 2013 demonstrerades snabb återanvändbarhet genom att två flygningar använde samma landare på samma dag. I juli 2013 integrerades ALHAT-utrustningen i och testades med landaren. Den 26 september 2013 utförde fordonen 20 korta motoravfyrningar vid olika förhållanden medan de var fästa vid marken.
I november 2013 togs Bravo Lander till Kennedy Space Center (KSC), Florida för gratis flygtestning. 750 000 dollar i delar köptes för att göra ersättningslandern. KSC begränsade bullervibrationerna på landern när den lyfter genom att designa en mobil startplatta med inbyggd flamdike.
Free Flight 9 den 11 mars 2014 var den sista flygningen innan integrationen av ALHAT-sensorer på Bravo-fordonet. Free Flight 14 den 28 maj 2014 utfördes på natten med ALHAT som det främsta vägledningssystemet. Riskerna i farofältet undveks automatiskt.
I maj 2014 utgjorde NASA Project Morpheus en del av referensmaterialet för NASA:s Lunar CATALYST- initiativ.
Ett dokument publicerades 2013 som avslöjar lärdomarna under utvecklingen, vilket kan vara användbart för framtida projekt. Under 2014 publicerades ett dokument som beskrev den integrerade testkampanjen, inklusive gratisflygen.
En artikel som ger en kort historik över projektet trycktes i RocketSTEM den 11 juli 2014.
I november 2014 försågs Morpheus Lander med ytterligare ALHAT-sensorer. Den nya optiken tillåter Navigation Doppler Lidar att noggrant mäta fordonets hastighet i förhållande till marken.
Mål
De primära målen för Morpheus-projektet var att visa:
- det integrerade systemets prestanda för det autonoma systemet för vägledning, navigering och kontroll (GN&C),
- sensorer för undvikande av terrängrisker,
- kopplingen av sensorerna med GN&C,
- utnyttjandet av ett integrerat framdrivningssystem för flytande syrgas och flytande metan i Main/RCS-motorn.
Specifikt, Morpheus-projektet och Autonomous Landing Hazard Avoidance Technology ( ALHAT)-projektet ger tekniska grunder för nyckelkomponenter som är nödvändiga för att transportera människor bortom låg omloppsbana om jorden .
Testbädden kan valfritt utrustas med upp till 1000 lb last, vilket möjliggör montering av ALHAT-utrustningen (Autonomous Landing Hazard Avoidance Technology) på 400 lb , som tillåter landningar utan operatörsinteraktion. ALHAT tillåter landaren att flyga till en specificerad plats med hög noggrannhet och att automatiskt undvika faror inklusive sluttningar större än 5 grader och stenblock högre än 30 cm.
I juni 2013 kommenterade teamet på potentialen att skala upp 500 kg nyttolastlandaren till en som kan landa en beboelig modul med en besättning på platser som Månen.
Hårdvaruspecifikationer
| Beskrivning | Storlek | Ref |
|---|---|---|
| Nyttolast | 500 kg | |
| Torr massa | ~1100 kg | |
| Drivmedel | metan / LOX | |
| Drivmedelsmassa | 2900 kg | |
| Drivmedelstankar | 4 av | |
| Trycksättning | helium | |
| Höjd | 3,7 m | |
| Diameter | 3,7 m | |
| Huvudmotor | HD5 | |
| Primärt RCS-drivmedel | metan/LOX | |
| RCS dragkraft | 22–67 N | |
| Backup RCS-drivmedel | helium (han) | |
| Valfri hårdvara | ALHAT | |
| Klass av lasrar i ALHAT | IV |
| Beskrivning | Storlek | Ref |
|---|---|---|
| Sticka | 24 000 N | |
| Specifik impuls | 321 s | |
| Maximal förbränning (testad) | 123 s | |
| Drivmedel | metan / LOX | |
| Gasspjällsområde | 4:1 | |
| Bränsleblandningsförhållande | ( TBD ) | - |
| Munstycksförhållande | ( TBD ) | - |
| Luftstartbar | ja | |
| Motor omstartbar | ja |
|
| Maximal livslängd | ( TBD ) | - |
| Vikt | ( TBD ) | - |
| Kammartryck | ( TBD ) | - |
| Tillverkning | NASA JSC | |
| Minimum jord till munstycke under tändning | ~15 fot | |
| Tillverkningskostnad per motor (2013) | $60 000 |
Project Morpheus-fordonet 'Morpheus' är ett fullskaligt fordon som NASA avser att kunna landa Robonaut eller en liknande nyttolast till månens yta. Rymdfarkosten kommer att utföra alla förbränning av drivmedel efter transmåninjektionen.
Navigeringen är helt autonom från Lunar Orbit till touchdown. Navigationsuppdateringar kommer från TRN Laser altimetri och stjärnspårare efter deorbit burn. Deep space navigation bygger på radiometriska och stjärnspårare.
För att spara pengar och tid är prototypen av Morpheus-landare "ensträngade" prototyper, det betyder att till skillnad från ett rymdskepp som är klassat för faktiska rymdflyg, har de inte redundanta system. Undantagen anges nedan.
- Morpheus #1.5 Enhet A
- Motorn förbränner de miljövänliga drivmedlen metan och syre, trycksatt av helium
- Morpheus HD4-motorn producerade 4 200 pounds-force (19 000 N) dragkraft kompatibel med Altairs uppstigningssteg (senare uppgraderad för enheterna B och C, se nedan)
- Motorn har en maximal specifik impuls (Isp) under rymdfärd på 321 sekunder.
- Den tryckmatade kryogena motorn stöder 4:1 gaspådrag och använder en injektordesign med stötande element.
- Motorn är kardanförsedd av två ortogonala elektromekaniska ställdon (EMA) för att tillhandahålla dragkraftsvektorstyrning av sidotranslation och stigning och gir.
- Har fyra tankar med en diameter på 48 tum (1 200 mm), 2 för flytande metan och 2 för flytande syre - kan innehålla cirka 2 900 kg (6 400 lb) drivmedel
- Den ungefärliga torrvikten är 2 400 lb (1 100 kg).
- Storlek ca 12 fot x 12 fot x 12 fot ( 3,7 mx 3,7 mx 3,7 m ).
- Version 1.5-landaren, med sin HD5-motor, kan landa 1 100 lb (500 kg), detta inkluderar att utföra alla drivmedelsförbränningar efter translunarinjektionen.
- De primära Reaction Control System (RCS) thrusters, som används för att kontrollera landarens rullning, använder metan och LOX från huvudtankarna. Den producerade dragkraften är 5–15 pundskraft (22–67 N).
- Backup-RCS använder helium (He).
- Huvud- och RCS-motorerna designades och byggdes på NASA/JSC och provskjuts vid NASA/JSC, NASA/SSC och NASA/KSC
- Ett Aitech S950 CompactPCI-kort med en PowerPC 750-processor används som huvuddator.
- Upp till 16 GB data kan lagras ombord.
- Databussar inkluderar RS-422, RS-232, Ethernet och MIL-STD-1553.
- Under flygning kyls flygelektroniken och kraftenheten (APU) med flytande metan, och eventuell ånga ventileras sedan ut.
- På marken används flytande kväve för avionikkylning. Före flygning rensas flygelektroniken från vatten med hjälp av gasformigt kväve.
- Inbyggda kameror.
- Telemetri returneras med hjälp av trådlös kommunikation med spridningsspektrum.
- Elektrisk ström tillförs av 8 litiumpolymerbatterier.
- GN&C sensorsvit inklusive:
- Javad Global Positioning System (GPS) mottagare
- International Space Station (ISS) version av Honeywells Space Integrated GPS/INS (SIGI)
- Litton LN-200 tröghetsmätenhet (IMU)
- Acuity laser höjdmätare.
- Goddard Space Flight Centers (GSFC) Core Flight Software (CFS) tillhandahåller arkitekturen för fordonets programvara.
- Vart och ett av de fyra benen har en fotkudde täckt med brandbeständigt material för att mjuka upp landningar.
- De fristående accelerometerenheterna byggdes med hjälp av Modular Instrumentation System (MIS) designat av Johnson Space Center
- Valfri ALHAT-hårdvara. ALHAT-utrustningen och dess massa anses vara en del av nyttolasten.
Kommandon kan skickas med hjälp av separata ultrahögfrekventa (UHF) radioapparater till dragkraftsavslutningssystemet (TTS). Användning av TTS by range safety kommer att stänga två motoriserade ventiler som stänger av flödet av flytande syre och metan till motorn - och därmed avslutar motorns dragkraft. Dessa TTS-ventiler är helt oberoende av övriga fordonssystem. TTS stoppar också lasern i ALHAT:s Hazard Detection System från att avfyras - eftersom typ IV-lasrar inte är ögonsäkra.
För ytterligare detaljer, se "Morpheus: Advancing Technologies for Human Exploration" uppsats.
- Morpheus #1.5 Enhet B
Prototypen Morpheus #1 Unit B lander använder samma design som prototypen Morpheus #1.5 Unit A lander med följande ändringar:
- Backupsystem för tröghetsmätenheten lades till
- 70 olika uppgraderingar av fordonet och marksystemen för att både ta itu med potentiella bidragsgivare till testmisslyckandet, och även för att förbättra driftbarhet och underhållsbarhet. Dessa inkluderar:
- avancerad motorprestanda,
- förbättrade kommunikationsprotokoll,
- redundant instrumentering där så är lämpligt,
- ökade strukturella marginaler,
- och mildrade lanseringsvibroakustiska miljöer.
- De uppgraderade HD4- och HD5 Morpheus-motorerna ger en dragkraft på 5 400 pund (24 000 N).
- Projektet uppskattar att den nya motorn skulle kunna lyfta uppstigningsstadiet för en bemannad landare med 3-4 personer till månbanan
- Kontakterna ersattes av militärspecifika versioner.
- Snabb återanvändbarhet som tillåter flera flyg på en dag.
- Lander klarar vindar på cirka 10 miles per timme (16 km/h).
- För att minska vibroakustiska uppskjutningsproblem under tjuttestning lyftes landaren 15 fot (4,6 m) över marken och en lätt sladd som smälter användes för att hålla ner landaren.
- Enhet B kallas även för Bravo-fordonet.
- Morpheus #1.5 Enhet C
Prototypen Morpheus #1 Unit C lander använder samma design som prototypen Morpheus #1.5 Unit A lander med följande ändringar:
- Förbättringar enligt enhet B ovan. Detta fordon har aldrig flugits.
Teknik för att undvika autonom landningsrisk
Den valfria ALHAT-utrustningen (Autonomous Landing Hazard Avoidance Technology) tillåter landningar utan operatörens inblandning. ALHAT tillåter landaren att flyga till en specificerad plats med hög noggrannhet och att automatiskt undvika faror inklusive sluttningar större än 5 grader och stenblock högre än 30 cm. De aktiva sensorerna inkluderar en blixt LIDAR , en lidar-dopplerhastighetsmätare och en laserhöjdmätare.
programvara
Projekt Morpheus lean utvecklingsfilosofi resulterade i att en blandning av ny och tidigare existerande mjukvara användes. Programvaran används i:
- den vertikala testbädden (lander). NASA-Goddard-Space-Flight-Center-utvecklade Core Flight Software (CFS) har förbättrats med specifik applikationsprogramvara och anpassade sensor- och I/O-applikationer.
- hårdvaruutveckling. Inklusive användning av OVERFLOW-paketet (och vindtunneltester).
- markmiljön, inklusive uppdragskontroll. Mission Control Technologies har använts för att visa drivmedelstanktryck och andra parametrar under provskjutning.
- ALHAT - systemet.
- flygsimulering, både offline och ansluten till flyghårdvara. Paket som används inkluderar JSC Trick Simulation Environment, JSC Engineering Orbital Dynamics (JEOD)-paketet och JSC generiska modeller Valkyrie-paketet. Parametrarna har justerats för att återspegla Morpheus flyghårdvara såsom ställdon och data som erhållits från de bundna testflygningarna.
- Microsoft SharePoint-paketet användes av ingenjörer och chefer för att planera, dela dokument och för att tillhandahålla en metod för kontroll av konfigurationsändringar.
- dokument skrevs ofta med hjälp av Microsoft Office.
Testa sängtester
- 2011
Från och med april 2011 är testbäddens primära fokus att demonstrera ett integrerat framdrivnings- och tröghetsbaserade styr-, navigerings- och kontrollsystem ( GN&C ) som kan flyga en månnedstigningsprofil och därigenom utöva teknologin för autonom landning och riskavvikelse (ALHAT) ), säkra landningssensorer och slutet flygkontrollsystem. i
Ytterligare mål inkluderar teknikdemonstrationer som tankmaterial och tillverkning, reaktionsstyrpropeller, förbättringar av huvudmotorns prestanda, heliumtrycksystem, markdrift, flygoperationer, räckviddssäkerhet, mjukvara och flygelektronikarkitektur.
Vertical Test Bed (VTB) Flight Complex vid JSC har framgångsrikt använt programvaran Mission Control Technologies (MCT) skriven på NASA Ames för att kontrollera testflygningarna av Morpheus-landaren. De parametrar som visas inkluderar trycket i drivmedelstanken.
En uppsättning integrerade fordonstestflygningar inklusive hot-fire, tjudrade svävningstester och obundna "fria flygningar" utformades för Morpheus-fordonet.
För att ge utrymme för fordonets avgasplym under tester med heta eld, var landaren tjudrad 20 fot (6,1 m) över marken. En höjd av 15 fot (4,6 m) användes för det tjudrade testet.
Testerna, testresultaten och utrustningsmodifieringarna som utfördes under 2011, till och med Tethered Test 6, publicerades i konferensrapporten för 2012 IEEE Aerospace Conference på Big Sky, MT
- 2012
Videor av testflygningarna har lagts ut på Morpheus Lander Channel på YouTube. Detta inkluderar 2012 års regressionstestflygningar med den kraftfullare V1.5-motorn medan landaren är kopplad, och den problematiska tidiga testflygningen som visar "Det är därför vi testar".
Den 10 maj 2012 klarade testbädden sina tester för svävning och mjukavbrytning, som visas i videon "Morpheus Tether Test 15". Landaren returnerades till verkstaden för att få ALHAT-utrustningen monterad. Reaction Control System (RCS) propeller monterades också.
Under sommaren 2012 överfördes Morpheus Lander V1.5 Unit A till Kennedy Space Center i Florida för ett obundet flygtest. Dessutom byggdes ett "riskfält" som innehöll faror som stenar och kratrar byggda i slutet av rymdfärjans bana för att testa att ALHAT -systemet automatiskt kan navigera till en tydlig landningsplats. Som kan ses på fotografiet tillåter Kennedys vida öppna ytor att hela flygbanan inklusive landningsbanan och riskfältet omges av en brandpaus som består av en vallgrav fylld med vatten.
Riskfältet på 330 gånger 330 fot (100 gånger 100 m) inkluderade fem potentiella landningsplattor, 311 högar med stenar och 24 kratrar som efterliknar ett område på månens sydpol.
Den 20 juli 2012, 43-årsdagen av Apollo 11-månlandningen, anlände Morpheus testfordon till Kennedy Space Center (KSC) för avancerade tester. Den högpresterande HD5-versionen av Morpheus-motorn prestandatestades på Stennis Space Center sommaren 2012. Testningen och byggandet av riskfältet bekostades av NASA:s Advanced Exploration Systems Program (AES).
- 2013
Under hösten 2012 och början av 2013 testades en fjärde och en femte generationens Morpheus metan/LOX-raketmotor vid Stennis Space Center . En lyckad långvarig bränning varade i 123 sekunder. Andra tester verifierade kapacitet och gasnivåer.
ALHAT - utrustningen testades med en helikopter på KSC:s riskfält. Flera flygningar gjordes med hjälp av Morpheus-liknande banor, som var tvungna att ta hänsyn till vindriktningen.
Bränsletankar för landaren genomgick en serie inspektioner och tester, inklusive kontroll av svetsar för defekter och cykling av tanktryck för att fastställa en minimicykellivslängd för tankarna. Den maximala tryckförmågan verifierades genom att trycksätta en offertank tills den sprack.
Den 1 maj 2013, vid JSC, avfyrades den ersättningsenhet B Morpheus testbädden i 50 sekunder medan den var helt bunden. Det integrerade metanreaktionskontrollsystemet (RCS) och jetstrålarna för dragkraftsvektorkontroll (TVC) avfyrades också. Många förbättringar hade införlivats i fordons- och marksystemen.
Den 16 maj 2013, vid JSC, avfyrades testbädden medan den var fäst vid marken, och senare förankrad 3 fot (0,91 m) över marken, följt av några reaktionskontrollsystemtester. En liten läcka reparerades, vilket gjorde att testningen av effekterna av vibrationer kunde vara nominell. Som förberedelse för testerna hade brandplatsen runt testområdet asfalterats och en mini "flamedike" grävts.
Den 24 maj 2013, vid JSC, var V1.5B-testbädden högtjudrad. Det var bra tändning och stigning. En mjuk avbrytning avslutade flygningen när fordonet överskred en internt inställd gräns när det försökte stabilisera sig.
Den 6 juni 2013, vid JSC i Tethered Test 22, flög en tjud testbädd framgångsrikt i 74 sekunder. Hoveren varade i 60 sekunder och var jämn. Använde den primära IMU.
Den 11 juni 2013, i ett tjudrat test vid JSC, klarade backup-tröghetsmätenheten (IMU) sitt flygtest. Flygningen varade i 27 sekunder inklusive 17 sekunders svävning.
Den 14 juni 2013 genomfördes två bundna flygningar. Den första eldningen avbröts mjukt när fordonet överskrider sin säkerhetszon på grund av obalans i bränslebelastningen. Den andra skjutningen lyckades. Detta räknas som en omstart av motorn. Under den andra flygningen bytte fordonet framgångsrikt från att använda sin primära tröghetsmätenhet (IMU) till den sekundära IMU.
Den 2 juli 2013 utfördes integrationstester med en ALHAT kopplad till Morpheus Lander. Dessa tester inkluderade "tilt"-tester där landarens ben höjdes på olika höjder av block så att inställningen är från vertikal.
Den 11 juli 2013 utfördes det första tjudrade flygtestet av Morpheus-fordonet "Bravo" med Autonomous Landing & Hazard Avoidance Technology (ALHAT) lasersensorer integrerade ovanpå. Vid det andra försöket var det en bra tändning, men under uppstigningen övergick fordonet neråt och överskred den internt inställda säkerhetsgränsen för räckvidden (+/−4 m) för tjudertest, vilket utlöste en automatisk mjuk avbrytning.
Den 23 juli 2013 genomfördes Tethered Test 26 framgångsrikt. Landaren och ALHAT flög till och svävade på två olika höjder. Både den primära RCS (metan/LOX) och backup-RCS (He) användes, vilket gav en lyckad "landning" i slutet av tjudet. Sidoexkursionen var maximalt endast ~0,2 m. ALHAT:s spårning och avbildning var nominella och lyckades identifiera riskmålet.
Den 27 juli 2013 fungerade det kombinerade Morpheus/ALHAT Tethered Test 27. Landaren lyfte, utförde ALHAT-avbildning och sedan en lateral translation.
Den 7 augusti 2013 genomfördes Tethered Test 28 framgångsrikt. Under en flygning som varade ~80 sekunder utförde fordonet en motortändning, uppstigning, en 3-meters sidoförskjutning över simulerad Mars-jord, 40 sekunders svävning vid spetsen och en lutande nedstigning till "landning" med hjälp av fri flygledning. Den Mars-simulerade jorden tillhandahölls av Jet Propulsion Laboratory (JPL) som en del av en plymstudie.
Den 23 augusti 2013 genomförde Bravo lander framgångsrikt Tethered Test 29 på JSC. Under den ca 50 sekunderna flygningen inkluderade Bravos handlingar tändning, uppstigning och en 3-meters lateral translation. Det var en 10 sekunders svävning vid spetsen och en lutande nedstigning till kranen "landning" med hjälp av gratis flygledning.
Den 29 augusti 2013 genomförde Bravo lander framgångsrikt ~63 sekunders Tethered Test 30-flygning vid JSC. Efter en stigning på 5 meter med 15 sekunders svävning vid spetsen, utfördes en 3-meters sidotranslation bakåt. Följt av ytterligare 15 sekunders svävning och en lutande nedstigning framåt.
Den 18 september 2013, i starka vindar, utförde Bravo-landaren framgångsrikt Tether Test 31. Denna flygning var en snabb vändning efter att föregående dags testning hade skrubbats. Olika problem löstes av teamet.
Den 24 september 2013 sjösattes Lander från marken. Flera problem upptäcktes som resulterade i en abort. Problemen inkluderade en falsk "motormunstycke genombränning"-varning och instabil motorstart. Den 26 september 2013 genomfördes test HF10. Detta involverade 20 korta avfyringar av motorn på samma dag vid en mängd olika tryck, temperaturer och effektnivåer. Undersökningen syftade till att undersöka motorns instabilitetsgränser under start.
Den 29 oktober 2013 utförde landaren och dess raketmotor metan/LOX sex av 600 ms brännskador medan de var på toppen av diket vid JSC. Det fanns inga instabiliteter. Den 1 november 2013, med alla förbättringar av mjukvara och hårdvara inkluderade, genomförde landaren framgångsrikt ett tjudrat flygtest. Fordonet utförde en luftstart samtidigt som det stöddes av tjuret. Den 7 november 2013 slutförde projektet testet av landaren vid JSC med ett marktest för start och landning (GTAL). Fordonet flög nominellt och landade inom 1 tum (2,5 cm) tväravstånd och 6 tum (15 cm) nedåt från dess avsedda mål. GTAL-testet karakteriserade fordonets prestanda när det gällde att lyfta från uppskjutningsställen på marken, flyga till en höjd av 21 fot (6,4 m), sväva och sjunka ner profilen och landa tillbaka på marken vid en separat pad 10 fot (3,0) m) från dess startpunkt. Detta tyder på att de fel som avslöjades av Incident 2 nedan den 9 augusti 2012, nu har hittats och åtgärdats.
Den 6 december 2013 klarade det integrerade fordonet Tether Test 33 vid Kennedy Space Center i Florida. Detta var en upprepning av Tethered Test 29. Testet utfördes primärt för att verifiera att Bravo-landaren var OK efter att ha transporterats från Texas. Den 10 december 2013 genomfördes den första fria flygningen av en Morpheus prototyplandare framgångsrikt vid Kennedy Space Centers Shuttle Landing Facility. Det 54 sekunder långa testet började med att Morpheus lander sjösattes från marken över ett flamdike och gick upp ungefär 50 fot och sedan svävade i cirka 15 sekunder. Landaren flög sedan framåt och landade på sin pad cirka 23 fot från startpunkten och cirka 6 tum från målpunkten.
Den 17 december 2013 utförde Morpheus Lander framgångsrikt Free Flight 4. Den förplanerade banan flögs felfritt och landade inom 3,5 tum från det avsedda målet. Morpheus steg upp från marken över flamgraven till en höjd av cirka 164 fot ( 50 m ), efter att ha pausat kort vid 82 fot ( 25 m ) för att upprätthålla måluppstigningshastigheterna. Fordonet flög sedan framåt och täckte cirka 47 meter på 30 sekunder , innan det gick ned och landade på en dedikerad landningsplatta inne i ALHAT-riskfältet.
- 2014
Den 16 januari 2014 genomfördes Free Flight 5 framgångsrikt på KSC Shuttle Landing Facility. Bravo-fordonet flög högre och snabbare än under alla tidigare flygningar. Den förplanerade banan innebar att man snabbt gick upp till 57 m ( 187 fot ), korsade 47 m ( 154 fot ) när man gick ner och sedan landade ungefär 11 tum från det avsedda målet i Hazard Field ungefär en minut efter uppskjutningen. Den 21 januari 2014 utförde Bravo Free Flight 6. Under en flygning som varade i 64 sekunder steg fordonet till 305 fot (93 m) och flög sedan framåt 358 fot (109 m) på 25 sekunder. Som planerat landade Bravo i Hazard Field, 0,38 m ( 15 tum ) från målet. Den maximala uppstigningshastigheten var 11,4 m/s ( 25,5 mph ).
Den 10 februari 2014 flögs Free Flight 7 på KSC. Bravo flög till 467 fot ( 142 m ) höjd och korsade sedan 637 fot ( 194 m ) på 30 sekunder innan han landade i riskfältet. Fordonet flög sin förplanerade bana felfritt, nådde en maximal uppstigningshastighet på 13 m/s och landade på sitt avsedda mål 74 sekunder efter lanseringen. Ingenjörerna anger att höjden under tester inte är den viktiga delen, utan den erfarenhet som gjorts, inklusive alla faser av utcheckningen, marklastning, flygning och återhämtning.
Den 14 februari 2014 och 3 mars 2014 utfördes varmbrandtestning av landarens Roll Control System (RCS) med en mängd olika korta och långa pulser vid KSC. Multicenter Morpheus Team genomförde framgångsrikt Free Flight 8 vid Kennedy Space Center (KSC) Shuttle Landing Facility (SLF) onsdagen den 5 mars 2014. Bravo-fordonet flög till en höjd av 467 fot (142 m) och korsade sedan 637 ft (194 m) på 36 sekunder, inklusive omläggning av kursen mitt i flygningen, innan landning i riskfältet 56 ft (17 m) från sitt ursprungliga mål (simulerar riskundvikande). Fordonet nådde en maximal uppstigningshastighet på 13 m/s och landade cirka 10 tum från sitt avsedda mål 79 sekunder efter lanseringen.
Tisdagen den 11 mars 2014 genomförde Morpheus-teamet framgångsrikt Free Flight 9 (FF9) på KSC SLF. Detta var Morpheus högsta (177 m (581 fot), högre än VAB & Washington Monument), snabbaste (13,4 m/s (30 mph) vertikalt och horisontellt) och längst bort (255 m (837 fot)) hittills.
Under resten av mars 2014 sattes ALHAT-hårdvaran in igen, vilket möjliggjorde ett framgångsrikt tjudrat test av sammansättningen den 27 mars 2014. Tether Test 34-flygbanan liknade TT33 och TT29 med två svävningar och en 3 m (9,8 fot) översättning under en stigning på 3,25 m (10,7 fot). Free Flight 10 (FF10) ägde rum den 2 april 2014, med ALHAT i öppet läge. ALHAT avbildade Hazard Field och beräknade navigationslösningar i realtid. Morpheus steg upp till en maximal höjd av cirka 804 fot (245 m), flög sedan framåt och nedåt initialt i en 30-graders glidbacke, och planade sedan ut och täckte totalt cirka 1334 fot (406,5 m) horisontellt på 50 sekunder medan han avledde till en landningsplats 78 fot (23,8 m) från sitt ursprungliga mål, innan den går ned och landar på en dedikerad landningsplatta framtill (söder) av ALHAT Hazard Field. Den totala flygtiden var ~96 sek, den längsta flygningen hittills. Free Flight 11 den 24 april 2014 var en upprepning av Free Flight 10 med några ändringar av ALHAT. 30 april 2014 Free Flight 12 var en upprepning av FF10 men med ALHAT som valde landningsplats.
Den 22 maj 2014 i Free Flight fastställde ALHAT en säker plats i farofältet, landningsplatsen och flög landaren till den.
Morpheus/ALHAT-teamet genomförde framgångsrikt Free Flight 14 (FF14) vid KSC SLF onsdagen den 28 maj 2014, Bravos 12:e och ALHAT:s 5:e gratisflygning – och den första nattflygningen någonsin. Initiala data indikerade nominella prestanda för alla fordonssystem. ALHAT Hazard Detection System (HDS) fungerade bra, men identifierade en säker plats bara 0,5 m (1,6 fot) utanför de konservativt fastställda gränserna runt mitten av landningsplattan. ALHAT navigerade sedan fordonet i slutet slinga-läge genom hela inflygningen, med fordonet som tog över navigeringen under nedstigningsfasen av banan när ALHAT redan var dödräkning. Hade mindre konservativa positionsfelgränser tillåtit ALHAT att fortsätta att navigera till landning, skulle fordonet fortfarande ha landat säkert på plattan.
Teamet övervann några preflight-problem, inklusive en misslyckad tändning på grund av att en icke-kritisk temperatur överskred dess gräns, vilket korrigerades för det framgångsrika andra försöket.
Den 19 november 2014 testade Morpheus Lander vid KSC. ALHAT-hårdvaran hade förbättrats med ny optik som tillåter Navigation Doppler Lidar att exakt mäta fordonets hastighet i förhållande till marken. Testet avbröts på grund av ett fel i fjärrkontrollsystemet. Hittills har motorn brunnit i totalt 1 134 sekunder. Tether Test 36 (TT36) på KSC SLF tisdagen den 2 december 2014 var ett regressionstest. Bravo-fordonet följde sin planerade 40 sekunders bana felfritt, även om en handfull avvikelser identifierades. Data granskades för att bedöma dessa avvikelser och säkerställa att fordonet och marksystemen var redo att stödja ett gratis flygtest.
Den 15 december 2014 svävade prototyplandaren 800 fot ovanför den norra änden av Shuttle Landing Facility vid Kennedy Space Center i Florida på gratisflygtest nr 15. Under det 97 sekunder långa testet undersökte ALHAT riskfältet för säker landningsplatser, ledde sedan landaren framåt och nedåt till en lyckad landning.
- Slutsats
Från och med februari 2015 har planerade tester genomförts. Landaren fördes tillbaka till JSC. Projektgenomgången, inklusive testning, hölls den 12 mars 2015.
Testutrustning och markdrift
Utöver de vanliga tekniska verktygen tillverkades eller anskaffades flera testutrustningar. Dessa inkluderar kranar insvepta i skärmning mot värme och skräp, en tjuder, en bungee för att kontrollera tjudet och en energiabsorbent. Energiabsorbatorn var ett metallrör fyllt med en brandsäker bikaka av aluminium.
Utskjutnings- och landningsplattor av betong byggdes. Vid Kennedy Space Center grävdes en liten eldgrav för markuppskjutningar nära riskfältet (konstruerad för att testa ALHAT). Kameror och inspelningsutrustning installerades. Datorer och radiokommunikationsutrustning som används.
Vagnar för att flytta landaren, batterier och förbrukningsmaterial användes. Skyddskläder och ögonskydd mot kategori IV-LASER utfärdades.
En typisk testdag arbetar markoperationspersonalen cirka 10 timmar från utrullning tills Morpheus är tillbaka i hangaren. De olika delarna av dagen är säkerhetskort och fordonsutrullning, förfyllningsutcheckning, drivmedelsladdning (flytande syre och flytande metan), läckagekontroll, slutförberedelse, flygning och eftertest. Aktiviteterna är uppdelade mellan Pad Crew och Control Center. Förutom de elektriska landerbatterierna för markkraft behöver kranar, lastceller och drivmedelstankfartyg rullas ut till uppskjutningsställen.
Samarbeten
NASA:s Johnson Space Center samarbetade med flera företag, akademiska installationer och andra NASA-centra medan de byggde och testade Alpha och Bravo prototyp Morpheus landare.
För Morpheus och ALHAT har JSC partnerskap med Kennedy Space Center (KSC) för flygtestning; Stennis Space Center (SSC) för motortestning; Marshall Space Flight Center (MSFC) för motorutveckling och landningsexpertis; Goddard Space Flight Center (GSFC) för utveckling av kärnflygprogramvara; och Langley Research Center (LaRC) och Jet Propulsion Laboratory (JPL) för ALHAT-utveckling. Kommersiella partnerskap med företag som Jacobs Engineering, Armadillo Aerospace, Draper Labs och andra har förstärkt utvecklingen och driften av många aspekter av projektet."
Purdue Universitys Zucrow Labs hjälpte till med designen av en tidig Morpheus-motor. Tester utfördes vid Zucrow Labs i West Lafayette, Indiana 2014, inklusive flera framgångsrika bränningar av motorn. Detta arbete gjordes under ledning av Dr. William Anderson och flera master- och doktorander.
Hälso- och säkerhetsfrågor
Även om blandningen av flytande syre/flytande metan är betydligt enklare och säkrare att hantera än hydrazin , kan drivmedlen fatta eld och kryogena bränsletankar och Dewars kan explodera.
Incidenter
- Den 1 juni 2011 orsakade ett test av Morpheus-landaren en stor gräsbrand på Johnson Space Centers område . En mindre incident: ingen skadades och Landern mådde bra. Därefter grävdes ett 10 fot (3,0 m) brett brandskydd runt testområdet för att förhindra spridning av eventuella gräsbränder.
- Den 9 augusti 2012 tippade landaren, kraschade, fattade eld och exploderade två gånger under sitt första friflygtest vid Kennedy Space Center . Branden släcktes efter att tankarna hade exploderat. Ingen person skadades men fordonet var inte i återvinningsbart skick. Efter olyckan gjordes ett 70-tal olika uppgraderingar av fordonsdesignen och marksystemen, inklusive att lägga till en del redundant instrumentering och mildra den vibroakustiska miljön för lanseringen. Militärklassade kabelanslutningar och busskopplingar har monterats på ersättningsfordonen samt skapat en flamgrav på startplattan för att minska vibrationerna. Ett dokument som fungerar som en utredningsrapport publicerades vid American Institute of Aeronautics and Astronautics: SPACE 2013-konferensen.
Status
Framdrivningssystemet Morpheus prototyp flytande syre och metan (LOx/metan) visade fördelar i prestanda, enkelhet, tillförlitlighet och återanvändbarhet. LOx/Metan ger nya möjligheter att använda drivmedel som är tillverkade på Mars-ytan för att återvända uppåt och för att integreras med kraft- och livsuppehållande system. Det fastställdes att Lox/Metan är utbyggbart till mänskliga rymdfarkoster för många transportelement i en Mars-arkitektur. Drivmedlen ger betydande fördelar för tillförlitlig antändning i ett rymdvakuum och för tillförlitlig säkrande eller rensning av rymdfarkoster. "Genom detta test erhöll NASA nivå 6 av Technology Readiness Level (TRL) relaterad till planetlandningstekniken"
Morpheus landerflygdemonstrationer ledde till förslaget att använda LOx/Methane för ett Discovery Program- uppdrag, kallat Moon Aging Regolith Experiment (MARE) för att landa en vetenskapsnyttolast för Southwest Research Institute på månens yta. Detta uppdrags landare kallas NAVIS (NASA Autonomous Vehicle for In-situ Science).
Tekniken som utvecklats tillämpas också på månlandaren Nova-C , som föreslås landa på månen i början av 2022.
Se även
- Grönt drivmedelsinfusionsuppdrag
- Lunar KATALYSATOR
- Mäktig örn
- Nova-C
- Quad (raket)
- Raptor (raketmotorfamilj)
- VTVL
Anteckningar
a. ^ Metan är ett miljövänligt (dvs. ogiftigt) drivmedel som NASA hoppas ska minska transportkostnaderna genom att göras på plats ( ISRU ). Till exempel Sabatier-reaktionen användas för att omvandla koldioxid (CO 2 ) som finns i Mars atmosfär till metan, antingen genom att använda väte hittat eller transporterat väte från jorden, en katalysator och en värmekälla. Väte kan tillverkas av vattenis, som förekommer på både jordens måne och Mars.