De langste corridor in de grootste vestiging van ESA werd omgevormd tot een testlocatie voor een van de meest ambitieuze toekomstige missies van het Agentschap. Proba-3. De twee satellieten die deel uitmaken van deze missie zullen zo opgesteld staan ​​dat de ene een schaduw op de andere werpt, onthullende binnenste regionen van de spookachtige atmosfeer van de zon. Maar zo'n nauwkeurig formatievliegen zal alleen mogelijk zijn via een op zicht gebaseerd sensorsysteem waarmee de ene satelliet op de andere kan worden vergrendeld.

Het Proba-3-paar zal op een nominale afstand van 144 m vliegen voor coronale waarnemingen, terwijl ze bovendien formatie-herconfiguratiemanoeuvres uitvoeren die hun afstand tot 25 m zullen veranderen, en tot 250 meter.

Het testen van dit sensorsysteem om dit mogelijk te maken, vond plaats in het technisch centrum ESTEC van ESA in Noordwijk, Nederland, met behulp van de 230 m lange hoofdgang, die projectbureaus verbindt met technische laboratoria en het satelliettestcentrum van de vestiging.

De lichten werden gedimd en tentoonstellingsstukken werden verwijderd om testversies van de camera's in staat te stellen een vluchtachtig doelwit te observeren met LED-displays over de hele lengte van de gang.

"Dit op zicht gebaseerde sensorsysteem is de eerste manier waarop de twee satellieten formatie verwerven, en het eenmaal per baan opnieuw verwerven, " legt Damien Galano uit, ESA's Proba-3 projectmanager.

"Het is ontworpen om het paar in staat te stellen elkaar te vinden en hun relatieve positie tot op enkele millimeters nauwkeurig in te schatten, over afstanden van 20 tot 250 m, waardoor het ruimtevaartuig autonoom in formatie kan manoeuvreren. Dus we hadden een lange ruimte nodig om het te testen, en een binnenruimte als deze is veel beter beheersbaar dan buiten, waar wind en andere storingen de opstelling zouden verstoren."

Gepland voor lancering in 2023, De twee meter-schaal satellieten van Proba-3 zullen zo opgesteld staan ​​dat de ene - de "Occulter" - de verblindende zonneschijf voor de andere "Coronagraph" blokkeert. of 'corona, " normaal verborgen in intens zonlicht, behalve tijdens korte zonsverduisteringen.

"De twee satellieten zullen samen vliegen in een langwerpige of zeer elliptische baan van 19,6 uur, " zegt Raphael Rougeot, Proba-3 mi

"Actief in formatie vliegen in deze baan zou onpraktisch zijn. In plaats daarvan vliegen de satellieten alleen in formatie gedurende de zes uur rond de 60.000 km hoogtetop - of 'apogee' - van hun baan. De rest van de tijd worden ze gemanoeuvreerd in een vrij vliegende relatieve baan die de veiligheid van de missie garandeert. die uit de bodem van hun baan komen - of 'perigeum' - moeten ze elkaar opnieuw verwerven."

Er zal een set camera's aan boord zijn van de Occulter-satelliet, let op pulserende LED's op de Coronagraph - één in elke hoek plus een kleiner vierkant patroon aan de rechterkant, bedoeld om de satellietoriëntatie te onthullen en nabijheidsoperaties mogelijk te maken.

Raphael voegt toe:"Er zijn twee camera's met verschillende gezichtsvelden nodig. De eerste camera heeft een breed gezichtsveld van 15 graden, gebruikt om de coronagraaf te vinden. De tweede heeft een smaller gezichtsveld om de noodzakelijke nauwkeurigheid op millimeterschaal te bieden. Een andere sensor maakt het synchroniseren van hun beeldacquisities met de LED-pulsen mogelijk. Zo'n nauwkeurige synchronisatie - tot op een kwestie van 10 miljoenste van een seconde - is nodig omdat het licht van de LED's anders verloren zou kunnen gaan in de valse reflectie van de zon op de coronagraaf, of in de heldere aarde op de achtergrond. In aanvulling, de camera's zullen ook een filter hebben dat is geoptimaliseerd voor het nabij-infrarood LED-licht."

Testen van het camerasysteem en een LED-dragend doelwit van vierkante meter werden met tussenpozen van 30 m over de lengte van de gang verspreid, veelbelovende resultaten opleveren. Om strooilicht op zonne-energie te simuleren, een specifieke lamp met de juiste spectrale eigenschappen werd gebruikt. Deze lamp is speciaal voor deze test gekarakteriseerd door ESTEC's Optics Laboratory.

Als vervolg, een kleinere versie van het LED-doel werd gemonteerd op een op een rail gemonteerde robotarm in ESTEC's Guidance Navigation and Control Rendezvous, Aanpak- en landingssimulator, of GRALS. Deze 33 meter lange faciliteit wordt gebruikt om naderingen van dichtbij te simuleren, rendez-vous en docking tussen ruimtevoorwerpen.

Jonathan Grzymisch, Proba-3 Begeleiding Navigatie- en besturingssysteemingenieur, legt uit:"De robotarm bewoog het LED-doel langs een voorgeprogrammeerd patroon terwijl de camera's toekeken, waardoor de instrumentsoftware zijn relatieve dynamische traject continu kan berekenen. Dit stelt ons in staat om de sensorprestaties te karakteriseren op een deterministische dynamische basis. Beide testen deden het goed, dankzij de medewerking van Facility Management van ESTEC en de relevante technische afdelingen."

Het op vision gebaseerde sensorsysteem van Proba-3 is ontwikkeld door de Technische Universiteit van Denemarken (DTU). Het team kon niet persoonlijk aanwezig zijn op ESTEC vanwege COVID-19-beperkingen, maar ondersteunde het testen op afstand terwijl ESA-technici de test voorbereidden en uitvoerden.