Asteroidenmission Procyon 2014

Es gibt gegenwärtig u.a. bei NASA und JAXA die Diskussion in wie weit kleine Sonden, d.h. >100 kg, für interplanetarische Missionen geeignet wären. Um die Sache mal zu testen startet JAXA zusammen mit Hayabusa 2 die Asteroidensonde Procyon. Procyon ist dabei nur 59 Kilo schwer und soll an bis zu 3 Asteroiden vorbei fliegen. Der erste Vorbeiflug soll im Januar 2016 erfolgen. Getestet werden soll dabei u.a. auch ein kleiner Ionnen-Antrieb sowie Hitzekontrolle, Kommunikation usw. Getestet werden soll dabei auch eine präzise Navigation.  Das Stichwort hierbei ist das Delta-DOR-Verfahren.

http://space.skyrocket.de/doc_sdat/procyon.htm
(Unten ist ein Link zu einer PDF)

Nachdem Procycon andere Ziele besucht als Hayabusa 2 ist es sinnvoll beide getrennt voneinander zu behandeln.

Das voraussichtliche Ziel von Procyon ist der Asteroid 1999 JV 6. Dieser ist mehrere hundert Meter groß, über die genaue Größe liegen anscheinend keine Angaben vor.
Procyon stehen dabei nur 2 Kilo an Treibstoff und ein sehr kleines Ionentriebwerk mit einem Schub von nur 0,3 mN zur Verfügung.  Sollte nach dem Vorbeiflug noch Treibstoff vorhanden sein will man ein weiteres Ziel ansteuern. Procyon basiert im Wesentlichen auf den kleinen Erdbeobachtungssatelliten Hodoyoshi 1 bis 4.
https://dnnpro.outer.jhuapl.edu/Portals/35/ISSFD24_Abstracts/ISSFD24_abstract_S2-4_Ozaki.pdf

Sehr interessante Mission. Zum einen Technologiedemonstration, zu anderen vielleicht interessante Bilder von Asteroiden Fly-bys.

Weitere Infos gibt's in zwei Konferenzbeiträgen der 28th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites:
"50kg-class Deep Space Exploration Technology Demonstration Micro-spacecraft PROCYON" http://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=3102&context=smallsat
und zum Antriebssystem "Unified Propulsion System to Explore Near-Earth Asteroids by a 50 kg Spacecraft"  http://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=3105&context=smallsat

Dort werden die zwei Ziele der Mission wie von tul schon genannt mit 1. der Domonstration des Micro-Spacecraft Bus von Hodoyoshi für Deep space exploration und 2. der Demonstration eines erfogreichen nahen Asteroiden Fly-bys.

Der größte Unterschied zu dem bei den Hodoyoshimissionen verwendeten Bus ist die Verwendung von Cold gas Thrustern zur Lagekontrolle. Diese wird eigentlich von 4 Reaktionsrädern übernommen, können aber nur bis zu einem gewissen Grad einen durch zB das Ionentriebwerk erzeugten Drehimpuls kompensieren. Um ein Schwungrad zu "entladen" werden im LEO bei kleinen Satelliten Magnettorquer (http://de.wikipedia.org/wiki/Magnettorquer) genutzt, die natürlich nur funktionieren, wenn ein äußeres Magnetfeld vorhanden ist. Für diese Deep Space Missionen ohne planetare Magnetfelder werden also acht 30mN, 24s ISP Kaltgartriebwerke genutzt.

Das interessante dabei ist, wie in dem oben genannten zweiten pdf beschrieben, dass für Ionen- und Kaltgastriebwerke das gleiche Xenongas genutzt wird. Das System heißt I-COUPS (Ion Thruster and COld-gas Thruster Unified Propulsion System). Das 300µN, 1000s IPS Ionentreibwerk soll bei etwa einem halben Jahr Betrieb und 0,47kg Xenonverbrauch 95m/s delta-V für den gravity assist erzeugen.
Die Hodoyoshi-Missionen und das dort verwendete Miniature Ion Propulsion System (MIPS) sind hier ganz gut beschrieben:
http://www.nanosat.jp/4th/pdf/Day1-1_OpeningSession1_Nakasuka/Opeining_Prof.Nakasuka.pdf
und hier: "Engineering Model of the Miniature Ion Propulsion System for the Nano-satellite: HODOYOSHI-4" https://www.jstage.jst.go.jp/article/tastj/12/ists29/12_Tb_19/_pdf

Das gesamte I-COUPS soll etwa 9,5kg wiegen, davon 2,5kg Xenon bei 80bar in einem 2l Tank. Die Kaltgastriebwerke werden bei etwa 3bar betrieben, für das Ionentriebwerk ist ein Niedrigdrucktank bei 0,3bar angeschlossen.

Procylon wird zunächst in eine erdresonanten Trajektorie gestartet und bei dem Swing-by an der Erde etwa ein Jahr später Ende 2015 wird die Trajektorie für den Asteoiden Fly-by angepasst. Es wird extra der Begriff "retargeting" genannt, da das Delta-V der Triebwerke zu gering ist um die Geschwindigkeit der Sonde nennenswert zu ändern. der angesteuerte Asteroid soll daher auch erst nach dem Start genannt werden, da der Starttermin und die das Ansetzten durch die Trägerrakete zu ungenau sind. Der Fly-by soll in 50km Distanz und mit weniger als 10km/s Relativgeschwindigkeit zu Asteroiden stattfinden.
Welcher Asteroid angeflogen wird
Die Beobachtung des Asteroiden durch das mitgeführte Teleskop wird über einen beweglichen Spiegel ermöglicht, der Sondenkörper wird während der verschiedenen Phasen des Fly-bys nicht entsprechend auf den Asteroiden ausgerichtet.

Infos zu dem Telescop Laica "Development of Lyman Alpha Imaging Camera (LAICA) geocorona imaging device for PROCYON, ultrasmall deep space probe" hier: http://planetary.s3.amazonaws.com/assets/resources/JAXA/PROCYON_camera_dev_LAICA.ppt
Ob das nur ein Teil der Ausrüstung ist, oder die einzige Kamera ist mir allerdings nicht klar.

Als Sekundärnutzlast mit Hayabusa 2 gestartet, meldet die Universität von Tokio und JAXA, dass auch Procyon in den geplanten interplanetaren orbit erreicht hat. Die Sonde ist nun in der initialen Operationsphase.
http://global.jaxa.jp/press/2014/12/20141204_procyon.html

Die nur 67kg schwere Sonde soll einen Asteroiden Fly-by durchführen, der Zielasteroid muss aber noch ermittelt werden.

Einige Bilder von: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/p/procyon







Das kombinierte Ionen- und Kaltgastriebwerkssystem, was den gleichen Xenontank nutzt:


Bei einer Größe der Sonde von 0.55 m x 0.55 m x 0.67 m müssen alle Bauteile miniaturisiert werden:



Ein Artikel auf http://news.mynavi.jp/articles/2014/11/13/procyon/ zeigt noch weitere Fotos von der Sonde vor dem Start oder bei Tests des Ionentriebwerks und der schwenkbaren Kamera zur Beobachtung des Asteroiden.

Infos zu dem Telescop Laica "Development of Lyman Alpha Imaging Camera (LAICA) geocorona imaging device for PROCYON, ultrasmall deep space probe" hier: ...
Ob das nur ein Teil der Ausrüstung ist, oder die einzige Kamera ist mir allerdings nicht klar.

Ich vermute stark, dass es sich um mindestens 2 verschiedene Kameras handelt:
 - LAICA ist empfindlich im Lyman-Alpha-Spektralbereich (121,5 nm), also im extremen UV-Bereich , mit MicroChannelPlates (MCP) vor dem eigentlichen Detektor; diese Kamera ist tageslicht-blind (!).  LAICA soll die Exosphäre der Erde (nicht des Asteroiden) und den daraus "fliehenden" Wasserstoff untersuchen.
-  eine nicht näher beschriebene "Telescope"-Kamera, mit beweglichem Planspiegel vor der eigentlichen Optik,  mit dem der Asteroid im Blickfeld gehalten werden kann, ohne den ganzen Satelliten schwenken zu müssen.

Laut japanischer Presse ist das Ziel 2000 DP107, ein Doppelasteroid bestehend aus einen 800 Meter und einen 300 Meter Asteroiden.

http://en.wikipedia.org/wiki/(185851)_2000_DP107

Nun kann man doch aber nicht unbegrenzt Schüsselgröße und Senderleistung verkleinern? Die Grenze bei der irdischen Empängerempfindlichkeit ist doch wohl auch nahe oder?

JAXA meldet Triebwerksprobleme bei PROCYON:
der Ionenantrieb ist seit einigen Tagen ausser Funktion; vermutlich hat sich ein Metallpartikel zwischen die elektrostatischen Beschleunigungsgitter gesetzt und verursacht dort einen Kurzschluß. JAXA wird in den nächsten Tagen vorsichtig versuchen, dieses Teilchen wieder zu lösen, durch (a) ein thermal cycling (die unterschiedliche thermische Ausdehnung könnte das Teilchen lösen), (b) ein attitude-Manöver (Beschleunigung/Abbremsen der Rotation von Procyon und dadurch Losschütteln des Teichens), (c) ein "Wegbrennen" des Teilchens durch Anlegen von Hochspannung trotz Kurzschluß.
Das Problem muß bis Ende April 2015 gelöst werden, sonst verpaßt Procyon die geplante Bahn für das Earth Swing-By- Manöver, das für Dezember 2015 vorgesehen ist...
Ziel von PROKYON ist der binäre Asteroid "2000 DP 107" .

   Quelle: http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2015/04131009-procyon-update.html

   Gruss    HHg

Die Pannenserie der Japaner hält anscheinend immer noch an. 

Beziehst Du Dich da auf Hayabusa 1?

Richtig, und außerdem noch auf Akatsuki.

Richtig, und außerdem noch auf Akatsuki.

Das sind falsche Erwartungen. Wenn man wie bei Hayabusa etwas versucht, was noch nie jemand vor gemacht hat und es dementsprechend auch keine Erfahrungen gibt, dann sollte man nicht erwarten dass es ohne massive Schwierigkeiten abläuft. NASA hatte ja auch zugegeben, dass sie ohne die Erfahrungen mit Hayabusa mit Osiris-Rex genau in die selben Fallen getappt wären. Bei Akatsuki ist Kritik allerdings angebracht, nachdem man hier wesentlich umfangreichere Tests hätte durchführen müssen.

Procyon ist aber auch nicht Hayabusa 2, sondern nur ein kleiner Mitflieger, der ausgesetzt wurde und an Procyon 2014 vorbeifliegen soll. Hayabusa 2 scheint bisher zu funktionieren ...

Vielleicht verwirrt das auch etwas.

Hallo Daniel,

Zitat von Dir: "Procyon ist aber auch nicht Hayabusa 2, sondern nur ein kleiner Mitflieger, der ausgesetzt wurde und an Procyon 2014 vorbeifliegen soll..."

Das Ziel des Mikrosatelliten PROCYON ist der Doppelasteroid 2000 DP107, der nach einem Swingby-Manöver an der Erde ( geplant für den 3. Dezember 2015 ) am 12. Mai 2016 erreicht und passiert werden soll. 

Schöne Grüße aus Hamburg - Mirko

Upps, was habe ich denn da beim schnellen Lesen zusammengewürfelt ... danke für die Korrektur.

Das sind falsche Erwartungen. Wenn man wie bei Hayabusa etwas versucht, was noch nie jemand vor gemacht hat und es dementsprechend auch keine Erfahrungen gibt, dann sollte man nicht erwarten dass es ohne massive Schwierigkeiten abläuft. NASA hatte ja auch zugegeben, dass sie ohne die Erfahrungen mit Hayabusa mit Osiris-Rex genau in die selben Fallen getappt wären. Bei Akatsuki ist Kritik allerdings angebracht, nachdem man hier wesentlich umfangreichere Tests hätte durchführen müssen.

In die genaue Fehleranalyse wollte ich überhaupt nicht einsteigen, aber die Japaner hatten halt ein paar Pannen bei ihren Missionen.

Das Problem mit dem Ionentriebwerk konnte nicht rechtzeitig gelöst werden: http://www.jiji.com/jc/c?g=soc&k=2015050800602
Das zum Erreichen vom Asteroiden 2000 DP107 nötige Swing-by Manöver kann nicht mehr durchgeführt werden.

Wie es nun weitergeht wird noch überlegt. Ob ein weiterer Asteroid angeflogen werden kann hängt sicher sehr stark davon ab, ob und wann man das eine Ionentriebwerk überhaupt wieder in Gang bekommt. Sollte das nicht der Fall sein, kann man den Kleinsatelliten wohl nur noch als Trainigseinheit zur Lagekontrolle nutzen...

Ebenso wie Hayabusa2 ist auch Procyon auf dem Rückweg zur Erde (nur zum swing by  ).
Da das Ionentriebwerk leider vermutlich aufgrund eines Metallspritters zwischen den Elektroden ausgefallen ist, kann das eigentliche Ziel eines Asteroiden-Fly-Bys nicht mehr erreicht werden.
Alle weiteren Systeme scheinen dennoch voll funktionsfähig.

Bilder des sich nähernden Erde-Mond Systems:



in 3.3 Mio km Entfernung am 29. Dezember aufgenommen.


4 Tage bis zum closest approach.

Auf der Facebookseite gibt es auch ein Video der Erdbeobachtung, dass ich hier irgendwie nicht einbinden kann. Daher hier der Link

Credit: University of Tokyo JAXA/ISAS

in 3.3 Mio km Entfernung am 29. Dezember aufgenommen.

"November" meintest Du bestimmt.

Anscheinend hat JAXA jetzt den Kontakt zu PROCYON verloren :

@elakdawalla
Contact has been lost with PROCYON mini-satellite; I think this says JAXA will  attempt contact for 1-2 months. http://www.isas.jaxa.jp/j/topics/topics/2015/1211.shtml …

PROCYON ist wirklich eine Pechvogel-Mission...

Zuerst der defekte Antrieb und nun das! 

Japanische Missionen sind irgendwie kein Selbstläufer.   

Spätes Ergebnis der PROCYON-Mission:

Die Lyman-alpha-Kamera (LAICA) an Bord von PROCYON hatte im September 2015, 2 Monate vor dem plötzlichen Verstummen von PROCYON, Aufnahmen der Koma des Kometen 67 P/C-G angefertigt.
Die Auswertung dieser Daten, jetzt im Januar 2017 veröffentlicht (http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/153/2/76, zeigt die Ausdehnung der Wasserstoff-Koma des Kometen, die zB ROSETTA nicht selbst beobachten konnte, da sie bereits sich innerhalb der Koma befand.
Mit etwas Geduld lassen sich also auch aus einer von so vielen Pannen geplagten Mission noch nützliche Erkenntnisse gewinnen.

Quelle: http://www.centauri-dreams.org/?p=37012