Наносат 01
 Реплика Nanosat 01 в Homsec, Мадрид. | |
| Оператор | ПОКА |
|---|---|
| ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 2004-049Б |
| САТКАТ нет. | 28493  |
| Продолжительность миссии | 4 года |
| Свойства космического корабля | |
| Производитель | ИНТА, ЕКА, CSIC |
| Сухая масса | 19 кг |
| Власть | 17 Вт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 18 декабря 2004 г. |
| Ракета | Ариана 5 Г+ |
| Запуск сайта | Гвианский космический центр |
| Орбитальные параметры | |
| Высота | 656,5 км |
| Высота периапсиса | 654,2 км |
| Высота апоапсиса | 658,7 км |
| Наклон | 98,1° |
| Период | 97,7 минут |
| Полезная нагрузка | |
| СКУД, Магнитный наносенсор Земли, Солнечные датчики, СОВ | |
 | |
Nanosat 01, иногда обозначаемый как NanoSat-1 или NanoSat 01 , был искусственным спутником, разработанным Испанским национальным институтом аэрокосмической техники (INTA) и запущенным 18 декабря 2004 года. Считался наноспутником из -за своего веса менее 20 кг. [1] его основная задача заключалась в пересылке связи между отдаленными точками Земли, такими как антарктическая база Хуан Карлос I, из материковой Испании . Это стало возможным благодаря его полярной орбите и высоте 650 км над уровнем моря. Во время эксплуатации данные, полученные в Антарктике, будут загружены на спутник во время его пролета, а затем загружены в Испании, когда спутник достигнет Пиренейского полуострова .
Когда в 2009 году срок его службы подошел к концу, его заменил спутник Nanosat-1B , также разработанный INTA. [2]
Миссия
[ редактировать ]Nanosat 01 представлял собой недорогой демонстрационный наноспутник технологий. [3] Следовательно, основная цель INTA заключалась в том, чтобы принять участие и ознакомиться со всеми аспектами развития нанотехнологий . [4] С учетом этого спутник был оснащен новыми магнитными и солнечными датчиками, модулями связи с промежуточным хранением, а также навигационными и считывающими приборами. Большинство из них соответствуют требованиям ASIC.
Кроме того, находясь на орбите, спутник должен был провести четыре эксперимента:
- Демонстрация функциональности новой АСУ (подсистемы контроля ориентации).
- Выполнение серии измерений магнитного поля Земли с помощью нового золь-гель наносенсора.
- Тестирование солнечных датчиков и панелей питания.
- Поддержание связи между различными точками Земли с помощью OWLS (оптических беспроводных каналов для внутриспутниковой связи).
Тело
[ редактировать ]Спутник имеет призматический корпус, разделенный на две полусферы, каждая из которых имеет собственное шестиугольное основание и шесть трапециевидных сторон, общая структура которых примерно напоминает сферу. Расстояние от основания до основания составляет 600 мм при максимальном радиусе 540 мм. Почти вся его поверхность покрыта солнечными панелями GaAs/Ge для питания различных систем (в среднем 17 Вт , максимум 20 Вт), которые были приклеены к алюминиевым панелям, прикрепленным к конструкции. Кроме того, он также имел литий-ионные аккумуляторы, способные обеспечивать 4,8 Ач энергетическую работу емкостью без воздействия прямых солнечных лучей.
Доступ внутрь Nanosat 01 стал возможен благодаря разделению обоих «полушарий», соединенных центральной шестиугольной шиной, соединяющей все подсистемы. К ним относятся: OBDH (бортовая обработка данных), которая обеспечивала все управление космическим кораблем, вычислительную мощность и интерфейс (на основе микроконтроллера DragonBall MC68332 4 МБ с объемом памяти 8 КБ , PROM , EEPROM 512 КБ , защищенной оперативной памяти 768 КБ ). , [5] PDU (блок распределения питания), радиочастотная связь, ACS (подсистема контроля ориентации), в которой использовались солнечные элементы и магнитометр для определения ориентации и обеспечения стабильности вращения. [6]
Чтобы свести собственный вес к минимуму, INTA в сотрудничестве с ESA разработала экспериментальную замену традиционной проводки с использованием оптических инфракрасных матриц, известных как OWLS, для обмена данными между различными модулями. Итоговый вес спутника составил около 19 кг при прогнозируемом сроке службы 3 года. Однако большая часть его подсистем проработала 4 года.
радиосвязь
[ редактировать ]В подсистеме радиосвязи использовались 4 всенаправленные антенны, расположенные на верхней грани. два цифровых модема В экспериментальных целях были установлены ; один использует один чип DSP , другой основан на конструкции ASIC. Связь с внешним миром осуществлялась с сохранением и пересылкой с использованием диапазона УВЧ (нисходящая линия связи 387,1 МГц , восходящая линия связи 400 МГц с модуляцией GMSK и кодировкой Витерби ). Наземный доступ осуществлялся по протоколу TDMA с использованием Slotted Aloha со скоростью загрузки 24 кбит/с. Система имела возможность самообновления. [7]
Запуск
[ редактировать ]Запуск Nanosat 01 состоялся 18 декабря 2004 года на ракете Ariane-5 G+ (в качестве «контейнерного» запуска ASAP) из Гвианского космического центра . , являющихся основной полезной нагрузкой В запуске участвовало несколько спутников Helios-IIA для DGA , а также 4 микроспутника Essaim (от 1 до 4), PARASOL и Nanosat 01. [8]
Он был выведен на солнечно-синхронную орбиту со средней высотой 656,5 км (654,2 км перигея и 658,7 км апогея), наклонением 98,1° и периодом 97,7 минут, LTAN (местное время на восходящем узле) в 13:00: 00 часов и большая полуось 7027 км. Он также имеет ЭПР 0,2736 м. 2 . [9] [10]
Во время своей активной деятельности за ним следило INTA в штаб-квартире в Торрехон-де-Ардос .
Эксперименты
[ редактировать ]Подсистема управления отношением
[ редактировать ]АСУ была относительно простой, поскольку конструкция спутника делала практически ненужным точное управление ориентацией (панели монтируются на поверхности всего тела, а антенны являются всенаправленными, и никакая другая подсистема не требует точного наведения для достижения своих целей). Тем не менее, он использовал шесть солнечных батарей, три электродвигателя (вооруженных магнитокатушками) и совершенно новый блок датчиков .
Сборка датчика была COTS (готовая для продажи) и миниатюризирована из-за необходимости поддерживать как можно более низкий вес. [11] Он содержал два блока двухосных датчиков, получивших название AMR (анизотропный магнитный резистор), с двумя резервными печатными платами, оснащенными радиационно-стойкой бесконтактной электроникой, и двумя фотоэлектрическими элементами. Несмотря на традиционность, это решение обеспечивало умеренную чувствительность обнаружения (около 3 мВ/В/Гс), хорошее разрешение (3 мкГс) и приемлемый рабочий диапазон измерения геомагнитного поля (0,1 мТл – 1 нТл). Он также был выбран для проверки его возможностей во время космических операций. Состоящий из 4 датчиков Honeywell (HMC1201) кубической конфигурации, AMR был способен проводить измерения с разрешением 1 мг, потребляя менее 2 Вт и имея общий вес 0,22 кг.
В обычных условиях полета АСУ будет поддерживать ось вращения перпендикулярно плоскости орбиты и в направлении против часовой стрелки. Чтобы обеспечить максимально длительный срок службы, была выбрана рабочая скорость вращения от 3 до 6 об/мин с коррекцией положения спутника, вносимой прерывисто раз в неделю. [12]
Магнитный наносенсор Земли
[ редактировать ]
В качестве доказательства концепции INTA спроектировала и разработала магнитооптический компас, основанный на эффекте Фарадея, способный точно измерять магнитное поле Земли. Центральным элементом устройства был золь-гель ротор Фарадея, состоящий из нескольких стержней дисперсии γ - Fe 2 O 3 наночастиц (размером менее 15 нм), подвешенных в решетке аморфного кремнезема . Эти стержни были сложены внутри поляриметрического купола (который сам состоял из нескольких слоев поляризаторов ), отвечающего за направление световых лучей, создаваемых светодиодом, к стержням в продольном направлении. Когда свет распространялся внутри стержней вдоль их оси, магнитное поле, создаваемое наночастицами аустенита, взаимодействовало с ним, вызывая вращение поляризаторов. Это вращение будет восприниматься как изменение интенсивности света, измеряемой четырьмя фотодиодами, расположенными на выходе каждого стержня. Данные, собранные фотодетекторами, затем обрабатывались в OBDH, способном обеспечивать точные показания (до 10 nT ) как от ориентации спутника, так и от величины геомагнитного поля.
Использование композита диоксид кремния/γ-Fe 2 O 3 было обусловлено поиском материала, способного обеспечить хорошие механические свойства с высокой степенью прозрачности , высокой постоянной Верде и суперпарамагнетизмом , чтобы избежать остаточного магнетизма и облегчить измерение интенсивности. света.
Кроме того, он содержал несколько катушек, предназначенных для компенсации возможных изменений постоянной Верде из-за изменений температуры или длины волны внутри датчика. И стабилизированный источник питания для светодиода. Обе подсистемы также использовались при калибровке датчика в полете. Устройство имело диаметр 20 мм, толщину менее 5 мм, общий вес 200 г и потребляемую мощность менее 2 Вт.
Его концепция стала результатом более чем 7-летних совместных исследований Мадридского института науки материалов (подразделение ICMM CSIC ) и INTA. Сообщалось, что это первое применение золь-гель-технологии в аэрокосмической промышленности и важный шаг вперед в дальнейшей миниатюризации спутников. [13]
Солнечные датчики
[ редактировать ]Две независимые группы фотосенсоров, состоящие из Si-ячеек и миниатюрных AsGa/Ge-ячеек, были введены в эксплуатацию, чтобы проверить их производительность и жизнеспособность в дальнейших проектах и обеспечить последовательную основу для определения положения Солнца для стабилизатора вращения. Последнее достигалось путем измерения напряжения (0-10 В), индуцируемого в клетках, поскольку оно было прямо пропорционально падению солнечного света. Ячейки были стратегически распределены в две группы по три вдоль крайних краев, а сигналы контрастировали, чтобы определить точное местоположение Солнца ( погрешность угла нутации до 5° ).
Поскольку оба типа ячеек использовали одни и те же каналы ввода/вывода , они не могли работать одновременно, однако автоматизированная система кондиционирования обеспечивала выбор лучших ячеек в любой момент времени.
Оптические беспроводные линии связи для внутриспутниковой связи
[ редактировать ]
Внутренняя система связи, получившая название OWLS, была разработана совместно с ESA для проверки возможностей диффузной инфракрасной связи и мониторинга BER (частоты битовых ошибок) в космических приложениях. Следовательно, основными задачами были проведение на орбите демонстрации беспроводных приложений, а также наблюдение особенностей рабочей среды и их влияния на систему. Сообщалось, что это первое в истории использование этой технологии в космосе. [14] [15] Система была основана на коммерческих компонентах, сильно модифицированных для адаптации их к миссии, которая была сосредоточена на двух экспериментах: [16]
Первый эксперимент
[ редактировать ]Первая задача заключалась в обеспечении надежной связи между OBDH и ACS, особенно магнитными датчиками Honeywell, поэтому ей было присвоено кодовое название OWLS-HNWLL . Он объединил инфракрасную связь с резервным проводным соединением для сравнения результатов, когда показания вычислялись блоком обработки, что позволило, помимо оценки производительности OWLS, измерить возникновение SET (однократных переходных процессов), то есть кратковременные сбои выходного напряжения схемы, вызванные прохождением ионов через чувствительные узлы схемы, в оптических детекторах из-за падения протонов. [17]
Система беспроводной связи была построена на архитектуре WDMA (множественный доступ с разделением по длине волны) . Приемный фотодиод имеет чувствительность 700 нВт/см. 2 с чувствительной поверхностью 25 мм 2 и полоса пропускания 1,5 МГц. Пиковая оптическая мощность излучателя составляла 15 мВт.
Он был разработан для выполнения преобразований V/F (напряжение-частота) на основе показаний датчиков, а затем передачи информации в виде потока импульсов в течение фиксированного интервала времени. Его размер определялся величиной сигнала. Была добавлена дополнительная строка для имитации нуля на датчике, что дает для сравнения количество и характер импульсов, возникающих в результате взаимодействия нежелательных SET с системой. Это помогло дополнительно понять природу ионизирующего излучения в космосе и фильтровать принимаемый сигнал. [18]
Второй эксперимент
[ редактировать ]известный как OWLS-BER Второй эксперимент, , заключался в создании соединения с обратной связью на шине SPI , принадлежащей OBC. Для этого импульсы данных отправлялись от оптических излучателей к внутренним стенкам спутника, а рассеянный свет собирался приемником. Когда передача закончилась, OBC сравнил полученные данные с расчетами BER. [ нужна ссылка ]
Весь эксперимент проводился в отдельном канале с поддержкой FDMA (множественный доступ с частотным разделением каналов) (4 МГц), оснащенном ASK . Также можно было управлять с земли и в определенной степени фильтровать помехи на скорости передачи данных 100 и 100 кбит/с. [ нужны разъяснения ] [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Wayback Machine: NANOSAT 01» (PDF) . 24 сентября 2015 г. Архивировано (PDF) из оригинала 24 сентября 2015 г. Проверено 20 июля 2021 г.
- ^ «NanoSat-1B — Каталог eoPortal — Спутниковые миссии» . Earth.esa.int . Проверено 10 апреля 2020 г.
- ^ А. Мартинес, И. Арруэго, М.Т. Альварес, Дж. Барберо и др., «Демонстрация технологий наноспутников», Материалы 14-й ежегодной конференции AIAA/USU по малым спутникам, Логан, Юта, 21-24 августа 2000 г. .
- ^ «Другие спутники» . Национальный институт аэрокосмических технологий .
- ^ «Техническое описание 32-битного модульного микроконтроллера MC68332» (PDF) . НХП .
- ^ «Наносат 01» . space.skyrocket.de . Проверено 9 апреля 2020 г.
- ^ «Наносат-1» . ЭОПортал .
- ^ «Ариан 5 G+ | Гелиос 2А, Эссаим-1,2,3,4, ПАРАСОЛЬ, Наносат 01» . nextspaceflight.com . Проверено 9 апреля 2020 г.
- ^ Джонс, Калеб. «Космический запуск сейчас — Ariane 5 G+» . Космический запуск сейчас . Проверено 10 апреля 2020 г.
- ^ «Технические детали спутника НАНОСАТ(1)» . N2YO.com — Спутниковое отслеживание и прогнозы в реальном времени . Проверено 20 июля 2021 г.
- ^ Марина Диас-Микелена, Игнасио Арруэго, Хавьер. Мартинес Отер, Гектор Герреро, «Беспроводной магнитный датчик на основе COTS для малых спутников», IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. Т. 46, № 2, апрель 2010 г., стр. 542-557.
- ^ П. де Висенте-и-Куэна, М.А. Херес, «Система управления ориентацией для NanoSat-01», Труды 57-го IAC/IAF/IAA (Международный астронавтический конгресс), Валенсия, Испания, 2–6 октября 2006 г.
- ^ М. Заят, Р. Пардо, Г. Роза, Р.П. дель Реал, М. Диас-Микелена, И. Арруэго, Х. Герреро, Д. Леви (2009). «Магнитооптическое устройство на основе золь-геля для космической миссии NANOSAT». Журнал золь-гель науки и технологий . 50 (2): 254–259. дои : 10.1007/s10971-009-1953-y . hdl : 10261/343541 . S2CID 96930242 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ И. Арруэго, доктор медицинских наук Микелена, С. Родригес, Х. Герреро, «Орбитальный эксперимент внутриспутниковых оптических беспроводных линий на борту NanoSat-01», Семинар по беспроводной передаче данных на борту космического корабля - технологии и приложения», 14 апреля – 16 октября 2003 г., ESA/ESTEC, Нордвейк, Нидерланды.
- ^ Эктор Герреро, Игнасио Арруэго, Сантьяго Родригес, Майте Альварес, Хуан. Х. Хименес, Хосе Торрес, Патрис Пелиссу, Клод Каррон, Инмакулада Эрнандес, Патрик Планке, «Оптическая беспроводная связь внутри космического корабля», Материалы 6-й Международной конференции по космической оптике (ICSO), ESA/ESTEC, Нордвейк, Нидерланды, июнь 27–30, 2006 г. (ESA SP-621, июнь 2006 г.)
- ^ Контракт ESA 16428/02/NL/EC, Оптические беспроводные линии связи для внутриспутниковой связи. «Валидация оптического физического уровня для бортовой передачи данных в оптическом контексте» (PDF) . ЕКА Мультимедиа .
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Бюхнер, Стивен и МакМорроу, Дейл (2005). «Однособытийные переходные процессы в линейных интегральных схемах» (PDF) . НАСА .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Сантьяго Родригес, Игнасио Арруэго, Никос Карафолас, Патрис Пелису, Франсиско Тортоса, Бернар Элисон, Майте Альварес, Виктор Апестиг, Хоакин Аскью, Хуан Барберо, Клод Каррон, Хорди Каталан, Хосе Рамон Де Минго, Хосе Анхель Домингес, Палома Гальего, Хуан Гарсия-Прието, Хуан Хосе Хименес, Деметрио Лопес, Франсиско Лопес-Эрнандес, Альберто Мартин-Ортега, Хавьер Мартинес-Отер, Джеральд Меркадье, Франциско Перан, Айя Перера, Рафаэль Перц, Энрике Повес, Хосе Рабадан, Мануэль Рейна, Хоакин Ривас, Элен Руо, Хулио Руфо, Клаудия Руис де Галатерра, Денис Шайдель, Кристоф Теруде, Марко ван Уффелен, Хайме Санчес-Парамо, Эррико Армандильо, Патрик Планке, Гектор Герреро, «Оптическая беспроводная связь внутри космического корабля», Труды 7-го ICSO ( Международная конференция по космической оптике) 2008, Тулуза, Франция, 14-17 октября 2008 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Официальный сайт INTA (на испанском языке)
- Космическая страница Nanosat 01 Гюнтера.
