afk. v. Astronomische Nederlandse Satelliet, satelliet die is ontwikkeld en gebouwd in opdracht van het Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart (NIVR). door het Industrieel Consortium ANS(ICANS) in het kader van een nationaal ruimtevaartprogramma. Het is een kleine, technologisch geavanceerde satelliet met uitrusting voor een drietal wetenschappelijke experimenten.
De hoofdafmetingen van de satelliet zijn: hoogte 1,23 m, breedte 0,61 m (zonnepanelen opgevouwen) of 1,44 m (zonnepanelen opengeklapt) en de diepte is 0,73 m. De oppervlakte van de zonnepanelen is 0,97 m2. De satelliet weegt 129,3 kg, waarvan 43,1 kg door de apparatuur van de experimenten wordt ingenomen.
Lancering.
De ANS is door NASA gelanceerd van de lanceerbasis Western Test Range, Californië in de Verenigde Staten op 30 augustus 1974.
De draagraket was een viertraps-Scout met een Algol III als eerste trap, die ten hoogste 131 kg in de nominale baan van de ANS kan brengen. Deze nominale baan is een bijna cirkelvormige zonsynchrone baan (zie Baanmechanica) met een inclinatie van 97,8°, waarvan de hoogte varieert van 510...560 km. In deze baan blijft de satelliet meer dan 7 maanden achtereen voortdurend in het zonlicht, waardoor de uitvoering van het energievoorzieningssysteem niet zo zwaar behoeft te zijn. Tevens kan in een half jaar elk deel van de hemel worden waargenomen.
Doordat de besturing van de draagraket niet geheel juist functioneerde, is de satelliet in een afwijkende baan gebracht; deze baan is meer elliptisch met het oorspronkelijk apogeum. Vlak na de lancering bedroeg de apogeumhoogte ca. 1163 km, de perigeumhoogte ca. 265 km; het apogeum was in januari 1975 reeds gezakt tot 1093 km. De omlooptijd is ca. 95 min. Daar de afwijkende baan zich gedeeltelijk in de stralingsgordels bevindt is minder waarnemingstijd beschikbaar dan oorspronkelijk was verwacht en moest het meetprogramma worden aangepast. Tevens wordt in de omgeving van het perigeum de satelliet door de dampkring sterker afgeremd dan in de nominale baan, waardoor hij sneller hoogte zal verliezen en tenslotte in de dampkring zal verbranden (ca. 2½ jaar na de lancering). De satelliet is zodanig ontworpen dat hij minimaal zes maanden kan functioneren; deze levensduur wordt door de afwijkende baan niet in gevaar gebracht.
Volgen en besturen.
De satelliet wordt door de NASA- en ESRO-grondstations gevolgd. Het ESRO-grondstation te Redu (België) wordt gebruikt om de boordcomputer uit te lezen en nieuwe programma’s te laden. De NASA verzorgt de baanbepaling en eventueel het extra uitlezen van het computergeheugen; het uitlezen van de computer behelst zowel de gegevens van de wetenschappelijke experimenten als de huishoudelijke gegevens van de satellietsystemen. De telemetrieverbinding werkt bij 137,89 MHz met 4096 of 128 bits s−1, de telebediening bij 148,25 MHz met 400 bits s−1. Een kabelverbinding verzorgt het contact tussen Redu en ESOC (zie ESRO) te Darmstadt (W.-Duitsland) waar een Nederlands team bestaande uit personeel van het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR) de operaties leidt. De digitale boordcomputer regelt het waarnemingsprogramma, geeft commando’s aan het standregelsysteem en verwerkt de waarnemings- en systeemgegevens. Deze gegevens worden opgeslagen in een kerngeheugen met een capaciteit van 28.000 woorden van 16 bits.
Standregeling.
Om waarnemingen te kunnen verrichten moeten de vast aan de satelliet verbonden instrumenten op de gewenste sterren gericht worden. De stand van de satelliet is zo, dat de positieve z-as steeds op de zon gericht blijft. De positieve x-as kan door draaiing om de z-as op het waar te nemen object gericht worden. Ten behoeve van de actieve standregeling bevinden zich aan boord de volgende standregelaars en sensoren. De sensoren leveren de informatie waaruit de boordcomputer de stand bepaalt. Uit deze standgegevens en het waarnemingsprogramma wordt de gewenste bekrachtiging van de standregelaars berekend. Door de hoekversnelling van de drie, onderling loodrecht geplaatste reactiewielen worden verstorende koppels gecompenseerd en wordt de satelliet in de gewenste richting gedraaid. Wanneer de omwentelingssnelheid van de reactiewielen te groot wordt, worden deze ontladen met behulp van drie, onderling loodrecht geplaatste, elektrische spoelen. Het aardmagnetische veld oefent een moment uit op de satelliet door interactie met het magnetische veld, dat wordt opgewekt door de spoelen.
De laatste trap van de Scout-draagraket is tolgestabiliseerd. Hierdoor roteert de satelliet aanvankelijk met een snelheid van ca. 2,5 omw s−1. Met een jo-jo-systeem wordt deze draaiing in korte tijd teruggebracht tot een langzaam tuimelen. De grove zonnesensoren en de magnetometers leveren de informatie om de satelliet in enkele uren stil te zetten met behulp van de spoelen. De positieve z-as wordt daarbij op de zon gericht binnen 30°; vervolgens worden de zonnepanelen uitgeklapt. Met behulp van de signalen van de middelfijne zonnesensor kan de z-as met een nauwkeurigheid van één graad op de zon worden gericht. Nog nauwkeuriger, binnen één boogminuut, kan de z-as gericht worden met behulp van de twee fijne zonnesensoren. De stand om de z-as kan worden gestuurd met behulp van de informatie uit de horizonsensor. Om de z-as kan zodanig gedraaid worden, dat de positieve x-as (de kijkrichting van de instrumenten) een vaste hoek houdt met de lokale verticaal, zodat tijdens een omloop van de satelliet een strook aan de hemel wordt afgetast (scanning). De satelliet kan ook trager of sneller om de z-as worden gezwenkt bijv. om op een bepaalde ster te richten (slewing). Om nauwkeurig op een ster gericht te blijven (pointing) bevindt zich een stersensor aan boord, welke is samengebouwd met het uv-experiment; de bereikbare richtnauwkeurigheid bedraagt 0,005°.
Energievoorziening.
Gedurende de eerste fase kort na de lancering wordt de energie geleverd door een Ni/Cd-batterij van 6 A h, 20 V. Nadat de satelliet op de zon gericht is, werden de beide zonnepanelen met elk 1025 zonnecellen uitgeklapt, waarmee een vermogen van 81 W wordt verkregen. Het boordnet wordt door een parallelregeling constant op 20 V gehouden. Eén omvormer levert een nauwkeurig constante spanning van 5 V voor de logische schakelingen. Wanneer de spanning van het boordnet beneden de 20 V daalt wordt de batterij weer ingeschakeld om de systemen die voor het behoud van de satelliet onmisbaar zijn, zoals het commando- en telemetriesysteem en de computer, van energie te voorzien. Een dergelijke situatie kan zich bijv. voordoen wanneer een deel van de baan zich in de aardschaduw bevindt.
Structuur.
Het skelet van de satelliet is opgebouwd uit een aantal aluminium sandwichpanelen (zie Vliegtuigconstructie) welke aan elkaar gelijmd zijn.
De instrumenten en apparaten zijn met deze centrale constructie verbonden. De huid en de zonnepanelen worden eveneens gevormd door dunne sandwichpanelen. Aan de onderzijde bevindt zich een ring voor het jo-jo-systeem en daar onder een aanpasring voor de bevestiging van de ANS aan de vierde trap van de Scout. Het ontvouwen van de zonnepanelen, het in werking stellen van het jo-jo-mechanisme en het verwijderen van de beschermkap van de uv-telescoop gebeurt door middel van explosieve bouten.
Temperatuurregeling.
De baan en de standregeling heeft tot gevolg dat de ANS eenzijdig warmte toegevoerd krijgt door bestraling door de zon en de aardalbedo (zie Albedo); bovendien wordt warmte toegevoerd door de warmtedissipatie van de apparatuur in de satelliet zelf. De satelliet kan slechts warmte kwijtraken door straling naar de ruimte, terwijl de invallende straling geweerd kan worden door reflecterende oppervlakken. De temperatuurregeling van de ANS is passief. De verticale huidplaten zijn bedekt met isolerende, sterk reflecterende thermische dekens (thermal blankets) met een dikte van ca. 1 cm. Deze dekens bestaan uit vierentwintig lagen geperforeerd en gealuminiseerd Mylar met een buitenste deklaag van gealuminiseerd Kapton, dat een hogere temperatuur verdraagt en een betere UV-resistentie heeft. De schaduwzijde van de zonnepanelen is bedekt met een verflaag met een hoge emissiecoëfficiënt om een zo groot mogelijk deel opvallende zonnestraling dat in warmte is omgezet weer uit te stralen. De behuizing van de apparatuur en de inwendige panelen zijn voorzien van verflagen die gemakkelijk warmte uitstralen. Doordat de negatieve x-zijde van de satelliet praktisch altijd naar de aarde is gekeerd kan het warmteoverschot slechts aan de positieve x-zijde worden uitgestraald. De temperatuur van het inwendige is gemiddeld ca. 20°C, de temperatuur van de zonnepanelen is ca. 65°C. Op een aantal kritieke plaatsen zijn verwarmingselementen aangebracht (heater mats). In noodgevallen, wanneer de temperatuur op die plaatsen beneden de toegelaten waarde daalt, kunnen deze elementen vanuit het grondstation worden ingeschakeld.
Experimenten.
Aan boord van de ANS bevindt zich instrumentarium om met drie experimenten UV- (ultraviolet-) en röntgenstraling van astronomische objecten waar te nemen.
UV-experiment.
Het uv-experiment is ontwikkeld en gebouwd voor en onder toezicht van de Werkgroep voor Ruimteonderzoek van de Rijksuniversiteit te Groningen. Het doel van dit experiment is het meten van de intensiteit van de UV-straling van een groot aantal, voornamelijk jonge hete sterren met een helderheid tot mv = 10 (zie Sterrenkunde). De resultaten worden o.a. gebruikt om het bestaande fotometrische classificatiesysteem uit te breiden met vijf banden in het spectrale gebied 150...330 nm. Het instrument bestaat uit een kleine cassegraintelescoop met een primaire spiegel met een diameter van 23 cm, gevolgd door een traliespectrometer. De spectrometer bestaat uit een convex reflecterend rooster met 2400 lijnen per millimeter, gevolgd door vijf diafragma’s die ieder een band met een breedte van ca. 10...20 nm doorlaten uit het afgebogen spectrum. De banden bevinden zich om 155 nm, 180 nm, 220 nm, 250 nm en 330 nm. De straling wordt gedetecteerd met vijf fotomultiplicatorbuizen, voor iedere band één. Bij 155 nm kan gekozen worden uit twee diafragma’s: één met een bandbreedte van 5 nm en één van 15 nm. De stersensor is met het UV-experiment samengebouwd en ziet de sterren door de UV-telescoop. Ten behoeve van de planning van de waarnemingen met het UV-experiment worden door de Onderafdeling van de Technische Hogeschool Delft wekelijks nauwkeurige baanvoorspellingen geleverd.
Zachte-röntgenstralenexperiment.
Het experiment is gebouwd door het Laboratorium voor Ruimteonderzoek, verbonden aan de Rijksuniversiteit te Utrecht. De taak van dit experiment is het waarnemen van zachte röntgenstraling van bronnen uit de ruimte. Het Utrechtse experiment bestaat uit twee instrumenten. Het ene instrument meet de intensiteit van de straling in het golflengtegebied van 4,4...5,5 nm. Het bestaat uit een spiegeltelescoop (zie Telescoop) die gebruik maakt van het principe van scherende inval (grazing incidence telescope). In het brandvlak bevindt zich een diafragma met daarachter een gasgevulde proportionele detector (zie Detector). Het detectorvenster (3 cm2) is zo dun, dat het niet volledig gasdicht is. Om de afname van de druk ten gevolge van het weglekkend gas te compenseren is een gasfles met vulsysteem opgenomen. Het tweede instrument meet röntgenstraling in de golflengtegebieden van 0,15...1,2 nm en van 2,7...3,5 nm. Het golflengtegebied van 0,15...1,2 nm is verdeeld in vijf kanalen, terwijl het gebied van 0,15...0,35 nm op commando in tien kanalen kan worden gesplitst indien de waargenomen bron sterk genoeg is. Het bestaat uit een pijpcollimator, opgebouwd uit een groot aantal evenwijdig naast elkaar geplaatste rechthoekige pijpen, met een gezichtsveld van één bij twee graden. Onmiddellijk daarachter bevindt zich eveneens een gasgevulde proportionele detector met een oppervlak van 150 cm2. Ook voor deze detector is een fles reservegas opgenomen om het door het dunne venster weglekkende gas aan te vullen.
Harde-röntgenstralenexperiment.
Dit is afkomstig van twee samenwerkende instituten uit de Verenigde Staten: American Science and Engineering (AS & E) en Massachusetts Institute of Technology (MIT). Het experiment bestaat eveneens uit twee delen: het ene meet de straling in het golflengtegebied van 0,03...1,2 nm, verdeeld in vijftien kanalen. Het bestaat uit een pijpcollimator met een gezichtsveld van een kwart graad bij drie graden gevolgd door twee gasgevulde detectoren, elk met een vensteroppervlak van 100 cm2. Het andere instrument meet de straling in twee zeer smalle banden om 0,62 nm en 0,67 nm waar karakteristieke straling van het element silicium kan worden verwacht. Het bestaat uit een pijpcollimator met daarachter een braggspectrometer, bestaande uit twee kristallen, ieder gevolgd door een proportionele gasgevulde detector. De intreevensters van de detectoren zijn van beryllium. Ze zijn voldoende dik (0,025 mm), zodat niet gecompenseerd behoeft te worden voor weglekkend gas.