ОПТОС
![]() Спутник в стартовой конфигурации | |
Тип миссии | Демонстрация технологий, научные эксперименты. |
---|---|
Оператор | ПОКА |
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 2013-066E |
САТКАТ нет. | 39420 ![]() |
Продолжительность миссии | 3 года |
Свойства космического корабля | |
Производитель | ПОКА |
Сухая масса | 3,8 кг |
Размеры | 10 х 10 х 34,5 см |
Власть | 7,2 Вт |
Начало миссии | |
Дата запуска | 21 ноября 2013 г. |
Ракета | Dnepr |
Запуск сайта | Домбаровский |
Конец миссии | |
Последний контакт | 17 декабря 2017 г. |
Полезная нагрузка | |
APIS, FIBOS, GMR, ОДМ | |
OPTOS — испанский наноспутник , спроектированный и разработанный INTA при поддержке Европейского сотрудничества по космической стандартизации (ECSS) в качестве недорогого демонстратора технологий . Он был запущен в эксплуатацию в 2013 году и имел срок службы три года. [ 1 ]
Миссия
[ редактировать ]ОПТОС был задуман как испытательная платформа для проверки национальных возможностей по созданию действующего спутника с ограниченным временем разработки и бюджетом (около 1,5 миллиона евро ). Эти требования были призваны предоставить легкий доступ к космосу как испанскому научному сообществу, так и частному бизнесу. [ 2 ] Особое внимание было уделено безопасности и наземным испытаниям перед запуском, в результате чего спутник был сертифицирован как ECSS, принадлежащим ЕКА , так и INTA с использованием специально созданного иммитационного испытания миссии.
Кроме того, на спутнике было проведено четыре научных эксперимента: [ 3 ]
- APIS (атермализованный панхроматический датчик изображения), на ранних стадиях разработки он также был известен как ОПТОКАМЕРА.
- FIBOS (волоконные брэгговские решетки для оптических датчиков)
- Система GMR (гигантское магнитосопротивление), иногда называемая GMR-S (гигантский датчик/система магнитосопротивления)
- Система ODM (OPTOS Dose Monitoring), на раннем этапе разработки она также была известна как OPTORAD.
На спутнике также активно использовались экспериментальные технологии, чтобы проверить их жизнеспособность в космосе. [ 4 ] Некоторыми примерами являются распределенная подсистема OBDH (встроенная обработка данных), CPLD (сложные программируемые логические устройства) и подсистема оптической беспроводной связи (OBCom) с уменьшенной сетью контроллеров. Хотя проектный срок службы ОПТОС составлял 1 год, большинство его подсистем оставались работоспособными более 3 лет. [ 5 ]
Тело
[ редактировать ]Корпус спутника был сформирован путем соединения трех спутников CubeSat с квадратным основанием в конфигурации 3U, в результате чего образовалась призма размером 10 x 10 x 34,5 см. [ 6 ] Для экономии веса конструкция состояла из алюминиевого корпуса, предоставленного Pumkin Inc., и внутренней конструкции из углеродного волокна, разработанной INTA, в результате чего окончательный вес спутника составил 3,8 кг, что отнесло его к категории пикоспутников . Четыре боковые поверхности были покрыты солнечными панелями для обеспечения электроэнергией на орбите, кроме того, две из них могли развертывать крылатые панели, чтобы удвоить свою поверхность. [ 7 ]
Внутри спутник содержал несколько подсистем, разработанных INTA. Некоторые из них были: [ 8 ]
Подсистема определения и контроля отношения
[ редактировать ]Эта подсистема отвечала за точное измерение и корректировку положения спутника на орбите. Его положение определялось двумя датчиками TNO Sun, до 2 градусов прикрепленными к граням -Y и -Z, которые обменивались данными о направлении и интенсивности получаемого солнечного света. Эти датчики могли определять положение Солнца с погрешностью . Положение относительно Земли измерялось 3-осевым феррозондовым магнитометром , который действовал как высокоточный компас . Устройство было основано на сильно модифицированном Honeywell Aerospace HMC-1043. Дополнительный датчик Солнца был расположен на стороне +Z и действовал в качестве сторожевого таймера как для блоков определения ориентации, так и для эксперимента APIS.
Приводы были предоставлены Astro und Feinwerktechnik Adlershof GmbH и представляли собой набор реактивных колес . Пять дополнительных магниторкеров, предоставленных AAC Clyde Space, были расположены на всех вершинах спутника, кроме одной, и встроены в печатную плату, принадлежащую солнечным панелям, в целях экономии веса. Весь блок управления был запрограммирован SENER и должен был обеспечивать свободу вращения с непрерывным контролем крутящего момента и способность стабилизировать самолет по трем осям. Магнитоторкеры также использовались для перехода между режимами работы и при необходимости помогали обесцвечивать реактивные колеса. [ 9 ]
Подсистема электроэнергетики
[ редактировать ]Все солнечные панели представляли собой GaAs , развернутые на цепочке длиной 6 ячеек и шириной 4 ячейки. В рабочих условиях они будут обеспечивать мощностью 7,2 Вт мощность EOL , которая будет храниться и использоваться для питания спутника. До использования электричество будет храниться в литий-ионной батарее , которая сама будет подключена к плате регулирования заряда , разработанной AAC Clyde Space, работающей как источник питания, способный обеспечивать 3-6 В регулируемого напряжения и до 12 В. V нерегулируемый. Каждая подсистема также была подключена к преобразователям постоянного тока для обеспечения адекватного уровня мощности. [ 10 ]
Подсистема бортовой связи
[ редактировать ]OBCom во многом основывался на системе OWLS (также разработанной INTA и использовавшейся на более ранних спутниках, таких как Nanosat-01 ). [ 11 ] Следовательно, для внутренней связи использовались рассеянные инфракрасные лучи и основная шина беспроводной сети контроллеров (CAN) TM/TC. По умолчанию шина CAN предоставляет шестнадцать настраиваемых выходных линий, которые можно использовать в качестве дискретных выходов или тактовых импульсов, три аналоговых канала и 10-битный аналого-цифровой преобразователь.
Использование инфракрасной связи позволило свести к минимуму количество проводов и, таким образом, сэкономить место и вес, обеспечивая при этом более высокую скорость передачи. Каждая подсистема имела свой собственный независимый модуль OBCom, основанный на сложных программируемых логических устройствах (CPLD), работающих по короткому протоколу связи CAN, совместимому со всеми космическими кораблями ЕКА. Каждый излучатель состоит из двух SFH4205. [ 12 ] работают параллельно, а приемниками являются два TEMD5110 с ИК-фильтром [ 13 ] фотодиоды . [ 14 ]
Встроенная подсистема обработки данных
[ редактировать ]
Подсистема OBDH отвечала за сбор и обработку всех данных, собранных различными модулями спутника, поэтому она работала в тесной связи с OBCom, разделяя как аппаратное, так и программное обеспечение, сохраняя при этом некоторую степень резервирования в случае сбоя системы. Это позволило создать очень компактную конструкцию (25 х 15 х 14 мм), легкую (общий вес 8 граммов) и низкое энергопотребление (менее 50 мВт).
Сердцем OBDH был его ЦП , основанный на архитектуре MicroBlaze и обеспечивающий совместимость с сетями шины CAN благодаря протоколам CPLD / FPGA и рабочим интерфейсам высокого уровня. Последние можно разделить на две группы в зависимости от операции:
- Расширенный блок обработки данных (EPH): основанный на Xilinx Virtex-II Pro, EPH обеспечивает общий интерфейс с различными подсистемами через шину CAN, а также напрямую отслеживает и содержит код как ACDS, так и TTC. [ 15 ] Он был способен получать информацию о состоянии и обрабатывать ее непосредственно от модулей (в основном кадров TM).
- Распределенный терминал OBDH (DOT): по принципу действия аналогичен CPLD Cool Runner II, DOT выступал в качестве общего интерфейса между ЦП и различными экспериментами. Помимо приема и хранения данных, DOT также был способен передавать инструкции и команды от наземного управления через модуль связи. [ 16 ]
Оба режима работали одновременно, чтобы обеспечить интеграцию и взаимодействие всех подсистем, а также достаточную скорость связи (до 125 кбит/с).
Подсистема термоконтроля
[ редактировать ]TCS работает только пассивно и состоит из нескольких слоев многослойной изоляции и изолирующей краски вокруг модулей и рамы. Кроме того, каждая подсистема имеет собственную термопару , которая измеряет ее температуру и передает ее центральному процессору.
Подсистема радиочастотной связи
[ редактировать ]Возле верхней квадратной грани располагались четыре развертываемые монополярные всенаправленные антенны с круговой поляризацией . Кроме того, подсистема имела усовершенствованный полудуплексный транспондер и контроллер терминального узла (TNC). Они работали в диапазоне УВЧ (435 МГц). [ 17 ] и разрешенная скорость восходящей линии связи 4 кбит/с с использованием поднесущей данных (PM/PBSK) и нисходящей линии связи 5 кбит/с с использованием модульных манчестерских импульсов (SP-L) от 3 до 10 кбит/с. [ 18 ]
Вся подсистема была произведена компанией Thales Alenia Space España SA с использованием протоколов ESA, таких как ECSS-E-70-41A, для наземной связи, управления и телеметрии. [ 19 ]
Запуск
[ редактировать ]Спутник был запущен 21 ноября 2013 года МКЦ «Космотрас». [ 20 ] с космодрома «Ясный» в Домбаровском , Россия. Ракетой-носителем был « Днепр» с тридцатью двумя спутниками (основная полезная нагрузка — DubaiSat-2 и STSat-3 ). [ 21 ] ОПТОС был успешно выведен на солнечно-синхронную околокруговую орбиту высотой 600 км, наклонением 97,8° и временем LTDN (местное время на нисходящем узле) в 10:30 часов. [ 22 ] [ 23 ]
В течение всего срока эксплуатации спутник находился под наблюдением INTA из Эль-Ареносильо до последнего контакта, состоявшегося 17 декабря 2017 года.
Эксперименты
[ редактировать ]
Предпусковые испытания
[ редактировать ]Прежде чем спутник был завершен, INTA начала разработку параллельного проекта под названием «Испытание моделирования миссии» (MST) с намерением использовать его в качестве полигона для испытаний и наблюдения за космическим кораблем и его подсистемами. MST был способен моделировать различные орбитальные условия, такие как затмения , электромагнитные помехи и временные потери сигнала, в дополнение к физическим испытаниям (вакуум, вибрации, регулирование температуры...). После успеха MST получил дальнейшее развитие в SIMSAR для тестирования систем SAR , развернутых из космоса, и использовался при разработке как Paz , так и SEOSat-Ingenio . [ 24 ]
Когда в начале 2013 года прототип был завершен, с использованием MST было проведено несколько испытаний полезной нагрузки. Во время этих экспериментов спутник дистанционно контролировался наземным радиочастотным управлением в условиях миссии. Эти испытания имели решающее значение для успеха космического корабля, поскольку они позволили обнаружить несколько недостатков конструкции, в частности низкую эффективность рабочих уровней напряжения и неисправность регуляторов источника питания. Преодоление этих дефектов окажется трудным и потребует корректировок конфигурации полета и размещения солнечных панелей, особенно с учетом ограничений, налагаемых пусковым устройством ISOPOD. [ 25 ] [ 26 ] Между испытаниями полезной нагрузки регулярно проверялась целостность спутника, чтобы гарантировать его поведение. Последнее испытание было проведено на космодроме «Ясный» непосредственно перед его интеграцией в ракету. [ 27 ]
APIS
[ редактировать ]Атермализованный панхроматический датчик изображения — это CMOS-камера, разработанная для изучения сбора изображений и деградации линз в космосе. Для этого нужно было сделать несколько снимков одних и тех же регионов в одинаковых условиях освещения и изучить различия в качестве и цвете изображений. Объектив был преломляющим и защищен от постороннего света набором перегородок. Он отвечал за перенаправление света в фокальную плоскость, где с помощью двумерных массивов фотоэлементов на основе КМОП создавались изображения. Фотоэлементы имели максимальное разрешение 1,3 мегапикселя (6,7 мкм на пиксель), однако при работе ROIC (интегральной схемы считывания) на высоких скоростях можно было достичь только 0,65 пикселей. Фокальная плоскость составляла 4,3 х 3,2 мм. [ 28 ]
APIS был атермальным и первоначально мог обеспечивать качественные изображения в диапазоне температур ±20°C. Чтобы сохранять фокусировку при различных температурах окружающей среды, его линзы были расположены на расстоянии друг от друга и усилены тугоплавкими материалами. Кроме того, камера имела разные режимы и могла использоваться для снимков или программироваться с земли. Его общий вес составил 120 грамм. [ 29 ]
ФИБОС
[ редактировать ]Волоконные брэгговские решетки для оптического зондирования — это устройство, разработанное для изучения поведения и длины волны изменения лазерных лучей при пересечении волоконных брэгговских решеток при различных температурах. Эти изменения позже будут обработаны в блоке обработки, чтобы найти точную корреляцию между изменением длины волны и температурой. Полученные результаты будут сравниваться с термопарами в TCS для оценки достоверности измерений. [ 30 ] две решетки были приварены Чтобы минимизировать помехи, на стальных консольных опорах на противоположных концах спутника , обе из которых имели общий процессорный блок и источник света. Последний представляет собой настраиваемый лазер с косичками, регулируемый независимым входным контролем (DOT). Приемником служил PIN- фотодиод InGaAs (EPM605, разработка JDSU ). [ 31 ]

Окончательная сборка имела размеры 79 x 69 x 15 мм, общую массу менее 120 г и среднее энергопотребление 1,5 Вт.
ГМР
[ редактировать ]Гигантский магниторезисторный датчик — экспериментальный магнитометр, используемый для измерения магнитных потоков Земли вокруг верхних слоев атмосферы. Система была основана на эффекте магнитосопротивления — изменении электрического сопротивления некоторых материалов при приложении направленного магнитного поля. Следовательно, устройство состояло из суперпозиции чередующихся слоев ферромагнитного и амагнитного материалов, образующих сэндвич-структуру. Кроме того, каждый ферромагнитный слой изначально намагничен в направлении, противоположном следующему, поэтому в отсутствие внешнего магнитного поля электрическое сопротивление ГМР очень велико (>1 кОм). Напротив, когда внешнее магнитное поле приложено перпендикулярно, намагниченные слои поворачиваются в направлении внешнего поля, уменьшая его электрическое сопротивление.
GMR был расположен по бокам спутника, разделяя его цепи с другими подсистемами в целях экономии веса. Помимо экспериментов, материалы, соответствующие GMR, также были протестированы на предмет будущего использования в космосе.
ОДМ
[ редактировать ]OPTOS Dose Monitoring представлял собой дозиметр радиации , разработанный для измерения падения космических лучей в верхних слоях атмосферы. Система имела два независимых бортовых узла, каждый из которых имел собственный RadFET, способный поглощать и измерять падение ионизирующего излучения и радиоактивных частиц, а также термистор, отвечающий за измерение температуры окружающей среды. Уровни радиации и температура будут измеряться периодически каждые 10 минут. Оба узла будут размещены на противоположных концах спутника, чтобы сравнить влияние геометрии и положения на приток радиации. [ 32 ]
Собранные данные будут отправлены обратно на Землю и сравнены с теоретическими значениями, полученными с помощью моделей Geant4 и SHIELDOSE CAD , а также других стандартных моделей потоков частиц, таких как AP8 и AE8. [ 33 ] В результате сравнения TID (общая ионизирующая доза), будет получен коэффициент отклонения который будет применен к будущим миссиям. Кроме того, это также поможет INTA накопить опыт в области управления датчиками радиации.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «OPTOS — Каталог eoPortal — Спутниковые миссии» . каталог.eoportal.org . Проверено 3 июля 2020 г.
- ^ «Другие спутники» . ИНТА . 2018.
- ^ Лора, Иван (2007). «Миссия и подсистемы пикоспутника INTA OPTOS» (PDF) . Национальный институт аэрокосмической техники .
- ^ «Запущен наноспутник «Оптос», для которого компания TTI разработала подсистему радиочастотной связи · TTI North » ТТИ Север . 04.12.2013 . Проверено 0 октября 2020 г.
- ^ Сезар, Арза (2017). «ОПТОС Три года опыта работы на орбите» (PDF) . Официальный колледж авиационных инженеров Испании .
- ^ «ОПТОС» . Космическая страница Гюнтера . 2019.
- ^ Гильермо Альбаладехо, Сезар Мартинес, Ева Вега, «Высокоэффективная платформа Cubesat: Проект OPTOS», Труды 59-го IAC (Международного астронавтического конгресса), Глазго, Шотландия, Великобритания, 29 сентября — 3 октября 2008 г., IAC-08 .Б4.6.А3.
- ^ Иван Лора, Дж. А. Колладо, «Пикоспутники INTA OPTOS: миссия, подсистемы и полезная нагрузка», 4-й ежегодный семинар разработчиков CubeSat 2007, Хантингтон-Бич, Калифорния, США, 19–21 апреля 2007 г.
- ^ К. Касорла, Х. М. Фернандес, К. Мартинес, Э. Вега, «Стратегии определения позиции и управления для пикоспутника OPTOS», Конференция выпускников ISU, Барселона, Испания, 1-3 августа 2008 г.
- ^ С. Эстеве, С. Ибармиа, Ф. Сармьенто, А. Арича, И. Лора, К. Мартинес, «Малые спутниковые платформы для мониторинга космической среды и ее последствий», Семинар SEENoTC по обмену данными, экспериментам, возможностям полетов и извлеченным урокам , 13-15 октября 2008 г., Тулуза, Франция
- ^ Ривас Абало, Дж.; Мартинес Отер, судья; Арруэго Родригес, И.; Мартин-Ортега Рико, А.; Минго Мартина-младшего; Хименес Мартин, Джей-Джей; Мартин Водопивец, Б.; Родригес Бустабад, С.; Герреро Падрон, Х. (2017). «СОВЫ как платформенная технология в спутнике ОПТОС» . Космический журнал CEAS . 9 (4): 543–554. Бибкод : 2017CEAS....9..543R . дои : 10.1007/s12567-017-0178-0 .
- ^ «Техническое описание SFH4205 (PDF) — Infineon Technologies AG» . www.alldatasheet.com . Проверено 5 июля 2020 г.
- ^ «Кремниевый PIN-фотодиод TEMD5110X01» (PDF) . Вишай Полупроводники .
- ^ Ривас Абало, Ж.; Мартинес Отер, судья; Арруэго Родригес, И.; Мартин-Ортега Рико, А.; Мартин-Ортега Рико, младший; Хименес Мартин, Джей-Джей; Мартин Водопивец, Б.; Родригес Бустабад, С.; Герреро Падрон, Х. (2017). «СОВЫ как платформенная технология в спутнике ОПТОС» . Космический журнал CEAS . 9 (4): 543–554. Бибкод : 2017CEAS....9..543R . doi : 10.1007/s12567-017-0178-0 – через Гарвард.
- ^ «Руководство пользователя FPGA Virtex-II Pro и Virtex-II Pro X» (PDF) . Ксилинкс . 2007.
- ^ «Информационный листок семейства CPLD CoolRunner-II» (PDF) . Ксилинкс . 2008.
- ^ «Запрос на принятие решения Радиорегламентарным комитетом об аннулировании частотных присвоений спутниковой сети ОПТОС согласно п. 13.6 Регламента радиосвязи» . www.itu.int . Проверено 3 июля 2020 г.
- ^ «Запущен наноспутник «Оптос», для которого компания TTI разработала подсистему радиочастотной связи · TTI North » ТТИ Север . 04.12.2013 . Проверено 0 июля 2020 г.
- ^ «Космическая техника: ECSS-E-70-41A Наземные системы и операции. Использование пакетов телеметрии и телеуправления» (PDF) . Европейское сотрудничество по космической стандартизации . 2003.
- ^ «Кластерная миссия Днепр 2013» . www.kosmotras.ru . Проверено 5 октября 2020 г.
- ^ «Российский «Днепр» осуществил рекордные 32 спутниковых полета» . NASASpaceFlight.com . 21 ноября 2013 г. Проверено 5 июля 2020 г.
- ^ «Технические детали спутника ОПТОС» . N2YO.com — Спутниковое отслеживание и прогнозы в реальном времени . Проверено 3 июля 2020 г.
- ^ «ОПТОС-Орбита» . www.heavens-above.com . Проверено 3 июля 2020 г.
- ^ Гонсалес, MJ; Гомес, Б.; Гарсиа, М.; Веревка, Дж. М.; Кастильо, Ж. дель; Казаль, Н.; Вега, Э.; Альфаро, Н. (Национальный институт аэрокосмических технологий (INTA), 28850, Торрехон-де-Ардос, Мадрид, Испания). SIMSAR: Симулятор поисково-спасательных миссий INTA. Конференция: EUSAR 2010 – 8-я Европейская конференция по радиолокационным системам с синтезированной апертурой. Бреутигам, Б. (Немецкий аэрокосмический центр (DLR), Оберпфаффенхофен, 82234 Веслинг, Германия)
- ^ Нэйсон, Исаак; Кридон, Мишель; Йохансен, Ник (2002). «Требования к развертывателю CUBESATP-Pod» (PDF) . ОХ1СА ОХ2Я .
- ^ «CubeSat — Стандарты развертывания — Каталог eoPortal — Спутниковые миссии» . каталог.eoportal.org . Проверено 17 ноября 2020 г.
- ^ Интервью с Сезаром Мартинесом Фернандесом, главой отдела управления проектами и полетного сегмента Департамента космических программ и систем INTA.
- ^ Гаррансо, Дэниел; Нуньес, Армония; Лагуна, Хьюго; Беленгер, Томас; Мигель, Эдуардо Де; Себолеро, Мария; Ибармия, Серджио; Мартинес, Сезар (2019). «APIS: миниатюрная камера наблюдения Земли на борту OPTOS CubeSat» . Журнал прикладного дистанционного зондирования . 13 (3): 032502. Бибкод : 2019JARS...13c2502G . дои : 10.1117/1.JRS.13.032502 . ISSN 1931-3195 . S2CID 164772682 .
- ^ Гаррансо, Д.; Нуньес, А.; Лагуна, Х.; Беленгер, Т. (2019). «APIS: миниатюрная камера наблюдения Земли на борту OPTOS CubeSat» . Журнал прикладного дистанционного зондирования . 13 (3): 032502. Бибкод : 2019JARS...13c2502G . дои : 10.1117/1.JRS.13.032502 . S2CID 164772682 – через ResearchGate.
- ^ Крамер, Герберт Дж. Наблюдение за Землей и ее окружающей средой: обзор миссий и датчиков . Спрингер Верлаг.
- ^ «Техническое описание EPM605-250 (PDF) — JDS Uniphase Corporation» . www.alldatasheet.com . Проверено 4 декабря 2020 г.
- ^ Мартин-Ортега, Альберто; Родригес, Сантьяго; де Минго, Хосе Р.; Ибармия, Серджио; Ривас, Хоакин; Лопес-Буэдо, Серхио; Лопес-Онгил, Селия; Портела-Гарсия, Марта (12 февраля 2019 г.). «Анализ данных и результаты радиационно-устойчивого коллаборативного компьютера на борту OPTOS CubeSat» . Международный журнал аэрокосмической техники . Проверено 5 октября 2020 г.
- ^ Саммерс, Г.П., Э.А. Берк, П. Шапиро, С.Р. Мессенджер и Р.Дж. Уолтерс, Корреляции повреждений в полупроводниках, подвергшихся воздействию гамма-, электронного и протонного излучений, IEEE Trans. Нукл. Sci., 40 , 1372–1379, 1993.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Официальный сайт INTA (на испанском языке)