VEGA TVS – űrszonda fedélzeti képfelvevő és követő rendszer

A Halley üstökös magját fényképezni és róla képeket küldeni a Földre

A rendszer teljes neve:

VEGA űrszonda fedélzeti képfelvevő és követő rendszer

Alkalmazás területe:
Alakfelismerés, kép- és jelfeldolgozás
Tudományos kutatás, fejlesztés (R&D)
Űrkutatás
Fejlesztő intézmény(ek):

MTA KFKI RMKI (KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet)

KFKI MSZKI (KFKI Mérés- és Számítástechnikai Kutatóintézet)

MTA KFKI MSZI (KFKI Műszaki Szakigazgatás)

BME

Fejlesztés/kibocsátás/követés ideje:
     

Fejlesztés : 1980-tól;
űrszonda fellövés: 1984;
üstökössel "találkozás": 1986

Fejlesztő személy(ek):

Szegő Károly (a projekt fő irányítója magyar részről)

Szabó László (helyettes irányító)

Szalai Sándor (projekt-vezető)

Balázs András, Bangó György, Dénes Ervin, Gárdos Miklós, Kanyó Miklós, Kovács Géza, Mannó István, Nyitrai Zoltán, Redl Richard, Pintér György, Rusznyák Péter, Szabó Béla, Szűcs Károly, Várhalmi László, Zsenei Márton

Felhasználó intézmény(ek):

Szovjet Űrkutatási Intézet (IKI) (Moszkva)

A rendszer leírása

A kiemelten fontos megbízhatóság miatt a szonda is "tartalékolt" volt (két szonda készült azonos műszerezettséggel). A fontos műszerek önmagukban is tartalékolt megoldásúak voltak, köztük a TVS is. A Budapesti Műszaki Egyetem a kisfeszültségű tápellátó egységet fejlesztette. A képfelvevő és követő rendszer három technológiailag eltérő rendszert tartalmazott, ezek a súlykorlátozás miatt csökkenő felbontással és pontossággal tudták a feladatot teljesíteni. Összesen három optikai egysége volt, amelyek egy-egy fényosztó révén két-két fényérzékelőt világítottak meg: egy 1200 mm fókusztávolságú (kis látószögű NAC) tükrös optika; a másik kettő 150 mm fókusztávolságú (nagy látószögű WAC1 és WAC2) lencsés optika. A NAC és WAC1 képérzékelői 512x576 elemű szovjet gyártmányú töltéscsatolt (CCD) mátrixok; a WAC2-é nyolcszegmensű fényérzékeny diódák voltak, és analóg áramkör követte. A WAC1 egyik CCD-je televíziós üzemmódban dolgozott, a többi CCD elektromechanikus zárral volt ellátva. A televíziós üzemmódban működő CCD jelét videó jelfeldolgozó egység követte. A három zárral dolgozó CCD képeit a mikroprocesszor alapú digitális főrendszer dolgozta fel. A digitális rendszerben két 8 bit-es mikroprocesszor volt. Az egyik a képfelvételt irányította és a Földdel kommunikált (értelmezte a parancsokat és letöltötte az adatokat), míg a másik az üstökös felismerésével és követésével, a platform mozgatásával foglalkozott. A nyolcvanas évek nyolcbites mikroprocesszorának működésének gyorsítására a mag felismerését céláramkörök segítették. A két számítógép legérzékenyebb és legkritikusabb részeit (memória és óragenerátor) meleg-tartalékolással készültek. A követést a két tartalék analóg rendszer is megvalósította hideg tartalék módon. A tartalék rendszerek műszaki megvalósítása eltért a főrendszerben alkalmazottól annak érdekében, hogy egy esetleges tervezési vagy alkatrészgyártási hiba csak az illető alrendszert bénítsa le és ne az egész rendszert.

Technikai jellemzői
Hardver környezet

A képérzékelők vezérlő elektronikáival duplikált vezetékes volt a kapcsolattartás. A rendszer hozzávetőleg 800 db CMOS digitális integrált áramkört tartalmazott (többségében MSI és LSI elemeket). A feldolgozó egysége két mikro-számítógépet tartalmazott. Az első számítógép feladata a tudományos képkészítés és a gyors telemetrián (65 kbit/s) keresztül a Földdel való kapcsolattartás volt. Képeket, technológiai paramétereket és a rendszer egyes elemeinek működőképességére jellemzőadatokat továbbított a Földre, valamint értelmezte az onnan érkező parancsokat. A második számítógép feladata az üstökös felismerése a képi információ alapján és a követés biztosítása. A két mikroszámítógép kapcsolatban volt egymással, de bármelyik meghibásodása nem eredményezte volna a másik működésképtelenségét. A két processzor közötti kapcsolat párhuzamos és szimmetrikus felépítésű volt. A feldolgozó egység egy analóg orientációs egységet is tartalmazott, amely TV-üzemmódban dolgozó CCD képének felhasználásával állított elő vezérlő jelet a platform számára a követéshez.
A CCD vezérlő elektronikája úgy volt megoldva, hogy mindig 512 x 512 pixel került kiolvasásra. A videojel digitalizálása 7 bitre történt. A számítógépek egy NSC 800 típusú CMOS mikroprocesszorra épültek. A képérzékelő 512×512 pixel méretű képet szolgáltatott, a képmemória viszont csak 128×128 byte kapacitású volt, ezért egy speciális célhardver gondoskodott arról, hogy ez a csökkentett méretű „ablak” kerüljön a képmemóriába.

Szoftver környezet

Az Intel típusú processzorra házi fejlesztésű dedikált gépi kódú operációs rendszer készült, biztosítandó a véletlen események sokfeladatos valósidejű kiszolgálását. Mindkét processzoron a real-time monitorok (RTM) és az egyes feladatok (taszkok) felépítése azonos volt. Időzítő rendszer (watch-dog) figyelte a taszkok számára szükséges idő esetleges túllépéseit, és ekkor kilép a hibás állapotból. Az egyes taszkokhoz prioritásokat rendeltek, amelynek megfelelően futhattak a processzoron. A képfeldolgozó processzor tíz taszkot, míg a követő vagy orientációs processzor 12 taszkot kezelt. Az üstökös megkeresésének algoritmusa tartalmazta a platform irányának beállítását és a követési algoritmusnak kezdeti értékeit. A pálya prediktálás távoli szakaszban (0,5 millió km-ig) lineáris predikciós elven működött; a közeli szakaszban Kálmán szűrő segítségével valósult meg a relatív pálya meghatározása.
Az űrszonda teljes telemetria-idejének fele állt a TVS rendelkezésére, azaz átlagosan 32 kbit/s.

Használat

1986. márciusban a VEGA-1 űrszonda – kozmikus méretekben nagyon kis távolságban – mindössze 8890 km, a VEGA-2 pedig 8030 km távolságban repült el a Halley-üstökös mellett. A képfelvevő és követő rendszer a Halley-üstökössel való találkozásnál hibátlanul működött, és közel 1500 képet küldött a Földre. A televíziós rendszer a történelemben először adott közelképeket egy üstökös magjáról. Ez a rendszer az űrkutatás történetében először önállóan – földi utasítások nélkül – valósidejű fedélzeti képfeldolgozás alapján kereste meg és követte az üstökös magját, valamint ráirányította az irány-érzékeny mérőműszereket. A közel 1500 felvétel és a mérések alapján sikerült kidolgozni az üstökös-mag háromdimenziós dinamikus modelljét, továbbá új, alapvető felismerések születtek az üstököst körülvevő plazmáról.

Történeti érdekeségek
  • A máig legnagyobb magyar űrfizikai vállalkozás, a nemzetközi együttműködésben indított szovjet Vénusz-Halley programban való részvétel 1980-ban kezdődött. A program feladata a 76 évente közelünkbe kerülő Halley-üstökös sokoldalú tanulmányozása volt (VEGA – a Vénusz és Halley orosz nevének rövidítéseiből származik).
  • Az üstökösök magját a Naprendszer legősibb, legprimitívebb képződményének tartják, ezért a kutatásuk jelentősen hozzájárul a Naprendszer keletkezésének megismeréséhez. Ebben a programban nyújtott teljesítményért többen Állami Díjban részesültek.
  • Először készült kép üstökös-magról, mivel a magot a földi megfigyelés elöl az üstököst körül vevő gáz és por eltakarja.
  • Félvezető alapú képérzékelők először kerültek felhasználásra.
  • Az űrkutatás történetében először történt valós-időben fedélzeti képfeldolgozáson alapuló közvetlen vezérlés.
  • Pontosítani lehetett az üstökösről ismert pályaadatokat, amely alapján az ESA Giotto szondáját később a maghoz közelebb lehetett irányítani.
Források
  • Apáthy I., Gombosi T., Gschwindt A., Kozma Gy., Rényi I., Szabó L., Szalai S., Szegő K.: A VEGA nemzetközi űrkisérlet, XXI. Ipari elektronikus mérés és szabályozás szimpozium. Balatonszéplak, l984, p. 167-175.
  • Balázs A., Bangó Gy., Breuer P., Dénes E., Gárdos M., Hamza E., Kanyó M., Kovács G., Mannó I., Pintér Gy., Pongrácz J., Rényi I., Rusznyák P., Szabó L., Szalai S., Szegő K., Várhalmi L., Zsenei M.: Televiziós rendszer a VEGA kisérlethez, XXI. Ipari elektronikus mérés és szabályozás szimpozium. Balatonszéplak, 1984, p. 177-187.
  • Apáthy I., Bereczki P.-né, Endrőczy G., Gombosi T., Gcshwindt A., Lohonyai L., Kozma Gy., Náday I., Rényi I., Somogyi A., Szabó L., Szalai S., Szegő K., Varga A.: A VEGA nemzetközi űrkisérlet a Halley-üstökös megfigyelésére, Mérés és Automatika, 33. évf., 1985.1-2 szám, 1-8. old.
  • Balázs A., Bangó Gy., Gárdos M., Hamza E., Kanyó M., Kovács G., Nyitrai Z., Redl R., Rusznyák P., Szabó L., Szalai S., Szücs K., Szabó B.: Televiziós rendszer a VEGA kisérlethez. Mérés és Automatika, 33. évf., 1985. 1-2 szám, 9-12. old.
  • Balázs A., Breuer P.,Erényi I., Gárdos M., Hamza E., Kovács G., Pongrácz J., Rényi I., Szalai S.: A VEGA TV-rendszer földi támogatása. Mérés és Automatika, 33. évf., 1985. 1-2 szám, 38-52. old.
  • Apáthy I., Bereczki P.-né, Endrőczy G., ifj. Erő J., Gombosi T., Gschwindt A., Lohonyai L., Kozma Gy., Náday I., Rényi I., Somogyi A., Szabó F., Szabó L., Szalai S., Szegő K., Varga A., Zalán P.: Magyar eredmények a Halley-üstökös  kutatásban, Mérés és Automatika, 35. Évf. l987. 3. szám,73-84 old.
  • R.Z. Sagdeev, F. Szabó, G.A. Avanesov, P. Cruvellier, L. Szabó, K. Szegő, A. Abergel, A. Balázs, I.V. Barinov, J.L. Bertoux, J. Blamont, M. Detaille, E. Demarelis, G.N. Dulnev, G. Endrőczy, M. Gárdos, M. Kanyó, V.I. Kostenko, V.A. Krasikov, T. Nguyen-Trong, Z. Nyitrai, I. Rényi, P. Rusznyák, V.A. Shamis, B. Smith, K.G. Sukhanov, S. Szalai, V.I. Tarnapolsky, I. Tóth, G. Tsukanova, B.I. Valnicek, L. Várhalmi, Yu.K. Zaiko, S.I. Zatsepin, Ya.L. Ziman, M. Zsenei, B.S. Zhukov: Television observation of comet Halley from VEGA spacecraft, Nature Vol. 321, 15 May 1986, p. 262-266.

Dr. Szalai Sándor szíves közlése alapján (2019. nov.)


Létrehozva: 2019.12.02. 00:53
Utolsó módosítás: 2020.01.25. 11:10