欧空局的Hera小行星任务及其两颗立方体卫星在荷兰的麦克斯韦测试室内泡沫金字塔形的墙壁内进行交互,就像在太空中一样。三颗卫星相互通信,共享数据和测距信息,同时Hera母舰从位于德国达姆施塔特的欧洲空间运营中心的任务控制员那里接收指令。

Hera及其立方体卫星与任务控制中心对话

测试在麦克斯韦电磁兼容室内进行,该室是欧洲航天局ESTEC测试中心的一部分,也是欧洲最大的航天器测试设施。麦克斯韦9米高的金属墙可使其免受所有外部无线电干扰,而其内部的泡沫金字塔可吸收正在测试的空间系统发出的所有无线电波。最终,该位置模拟了无限的太空空间。

“一旦麦克斯韦的门关闭,这里就成为我们唯一可以自由安全地操作Hera和它的两个立方体卫星的天线的地方,”Hera立方体卫星工程师FrancoPerezLissi解释道。

“在任务的其余测试程序中,遥控指令是通过电缆发送到航天器的。我们已经有关于与地球的连接以及卫星之间的卫星间链路如何工作的详细模型,但这次测试使我们能够根据实际情况验证这些模型。”

测试延伸至ESOC,允许驻扎在那里的Hera操作团队远程操作航天器,并通过Hera直径1.13米的高增益天线下行遥测和数据,就像Hera进入太空后一样。同时,Hera及其立方体卫星也通过专用的卫星间链路进行通信。

图片来源:欧洲航天局

Hera的高增益天线由德国和罗马尼亚的HPS公司制造,可将其X波段信号增强4000多倍,以便到达遥远的地球。连接Hera和其立方体卫星的S波段卫星间链路要弱得多,与家庭wifi相当。

这些卫星间链路基于软件定义无线电,由葡萄牙的Tekever提供,天线来自法国的Anywaves,它们具有双重功能:不仅可以与Hera交换数据(作为传回地球的中继),还可以提供测距信息,让三颗卫星随时知道它们相对于彼此的位置,从而最大限度地降低发生碰撞的风险。

通过这些卫星间链路提供的多点多普勒数据也将使我们能够比Hera自身更精确地测量Didymos和Dimorphos小行星的重力场。

“通过让所有信号直接通过空气传输,我们证明了所有链路都可以互不干扰地运行,”Hera通信系统工程师PaoloConcari解释道。“我们实际上预计会出现一些轻微的衰减,但实际上并没有发现任何衰减——这被称为‘耦合因子’,相邻天线可以相互接收——因此最终获得了非常好的性能。”

测试活动还进行了从Hera顶部小行星甲板部署立方体卫星的初始部分工作:一对立方体卫星将依次从深空部署器中伸出,但仍将与Hera保持连接,直到测试确认它们的运行和与Hera的无线电链路正常。

关于Hera

Hera是ESA的首个行星防御任务。Hera将于今年10月发射,它将飞往深空的Didymos双小行星系统,对围绕主星运行的Dimorphos小卫星进行近距离勘测。2022年,NASA的DART任务将撞击大金字塔大小的Dimorphos,使其成为第一个因人类活动而改变轨道的太阳系天体,这已经具有历史意义。

Hera旨在为科学家收集有关Dimorphos的关键缺失数据,以便将DART的大规模实验转变为一种易于理解且可能可重复的行星防御技术。为了增加数据产量,Hera携带了ESA的首批深空立方体卫星,这些立方体卫星携带了额外的仪器,计划比主航天器更靠近小行星表面飞行,然后最终着陆。

JuventasCubeSat携带一台雷达仪器,用于首次对小行星的内部结构进行雷达探测,同时还携带一台重力探测仪。MilaniCubeSat携带一台多光谱成像仪,用于勘测小行星表面矿物学以及尘埃勘测仪。