Вторник, 10 Июнь 2014 21:21

Первый российский «Таблетсат» готов к полету

А.Борисов СПУТНИКС

Компания СПУТНИКС закончила создание малого космического аппарата (МКА) «Таблетсат-Аврора», предназначенного для съёмки поверхности Земли, а также лётных испытаний служебных систем микроспутниковой платформы «ТаблетСат». Расчетный срок активного существования спутника составляет 12 месяцев.

Описание спутника

AvroraКорпус аппарата, построенного в форм-факторе «ТаблетСат» и имеющего стартовую массу 26 кг, выполнен в виде шестигранной призмы с боковыми гранями в виде откидных фрезерованных тонкостенных панелей из алюминиевого сплава АК-4. Жёсткость конструкции обеспечивается прежде всего за счет формы корпуса.  На петлях по граням верхнего (зенитного) днища закреплены шесть откидных панелей солнечных батарей, удерживаемых с транспортном положении с помощью пережигаемой нити и переводимых в рабочее положение с помощью пружин. На нижнем (надирном) днище установлена антенна X-диапазона, и выступает объектив камеры ДЗЗ.  К адаптеру ракеты-носителя спутник крепится пирозамками, а отделяется с помощью толкателя. Демпфирование колебаний после отделения аппарата осуществляют магнитные торсионы.

Терморегулирование – пассивное, достигается путем окраски внешних поверхностей спутника в белый цвет и за счет установки локальных нагревателей внутри корпуса. Тепловые расчеты показали, что спутник не будет сильно греться на солнце; скорее возможно некоторое переохлаждение*, вследствие чего экранно-вакуумная теплоизоляция не применяется. Плотная компоновка аппаратуры внутри спутника позволяет обойтись без тепловых труб. Вообще, современные МКА массой менее 50 кг имеют тенденцию скорее к переохлаждению из-за малой мощности бортовой аппаратуры. В «Авроре» имеется несколько источников тепловыделения; при признаках переохлаждения достаточно будет включить какую-нибудь из систем, а при перегреве - выключить или поменять ориентацию.

 

* Например, в тени самая низкая температура (+4 град С) возможна на аккумуляторах

 

AvroraБольшую часть времени (за исключением теневых участков) спутник будет совершать полёт в режиме солнечной ориентации - панелями СБ на Солнце, однако способен менять свое положение в пространстве для выполнения съёмки объектов на поверхности Земли. Предусмотрен также защитный режим (демпфирование угловых скоростей), который, в частности, включается сразу после отделения аппарата от последней ступени ракеты-носителя. При потере ориентации ёмкости аккумуляторных батарей должно хватить на трое суток полёта в защитном режиме.

В состав спутника входят шесть основных подсистем: электроснабжения, ориентации, бортового комплекса управления, радиоканалов X- и УКВ-диапазонов, а также приемника GPS. Каждая из подсистем управляется автономно собственным процессором. В случае нештатных ситуаций (например, сбой работы системы ориентации или просадка по электропитанию) автоматически отключается вся полезная нагрузка, а аппарат переходит в режим демпфирования угловых скоростей, позволяя группе управления на Земле разобраться с ситуацией.

Система электроснабжения, обеспечивающая средневитковую мощность 60 Вт, представлена шестью панелями СБ общей площадью 0.36 м2 и двумя блоками LiFePO4-аккумуляторов общей емкостью 16 Ач.

Система ориентации трехосная, оснащена четырьмя маховиками (три по основным осям и один – запасной – диагональный) и гиродинами собственной разработки. В состав системы входят малогабаритный звездный датчик. Это первый летный образец, разработанный отделом оптико-физических исследований Института космических исследований Российской Академии Наук (ИКИ РАН) под руководством Р.В. Бессонова. Система ориентации обладает высокими характеристиками. Так, погрешность определения ориентации с использованием звёздного датчика - менее 6”, точность удержания ориентации  маховиками - лучше 30', а точность стабилизации – лучше 1'/ сек. Также спутник оснащен парой магнитометров и MEMS-датчиками угловых скоростей. Алгоритмы ориентации и стабилизации разработаны и протестированы специалистами СПУТНИКС совместно с Институтом прикладной математики РАН (группа М.Ю. Овчинникова).

Главная полезная нагрузка спутника - оптико-электронная камера разработки компании «Лептон». Она обеспечивает съемку кадра 40 х 50 км с пространственным разрешением 15 м на пиксел. Съемка будет вестись покадрово в панхроматическом диапазоне. Камера имеет собственное запоминающее устройство объемом порядка 1 Гбайт, позволяющее хранить несколько десятков изображений.

Avrora3DИнформация от полезной нагрузки будет передаваться на уже имеющиеся наземные станции компании СКАНЭКС. Скорость передачи - 70 Мбит/сек. Передача ведется в течение не более пяти минут за один виток, что обусловлено располагаемой энергетикой. Сброс изображений осуществляется по радиоканалу Х-диапазона на частоте 8192 МГц, тип модуляции ФМ2. Мощность передатчика, изготовленного фирмой «Московские Микроволны» - 8 Вт. Экспериментальная антенна X-диапазона, разработанная молодежной конструкторской группой НПО имени С.А.Лавочкина под руководством А. Шаханова, имеет шесть излучателей, угол раствора каждого из которых 60 град, т.е. антенна покрывает полусферу +/-120°.

Телеметрия со спутника сбрасывается на землю по двум независимым радиоканалам УКВ-диапазона (435..436 МГц) через две штыревые антенны. Приёмопередатчики созданы Техническим университетом Берлина (TUB), программное обеспечение под него - компанией СПУТНИКC. Фактическая скорость обмена по линии Земля-борт и борт-Земля составит примерно 1 кбит/сек. Телеметрия накапливается в специальном бортовом накопителе и сбрасывается при необходимости по командам с Земли. При этом она «на лету» может сжиматься с помощью стандарта ZLib, а на Земле также «на лету» распаковываться. Телеметрия организована как очереди данных; при необходимости оператор может запросить информацию о работе каждой системы по отдельности. С Земли на борт закладываются телекоманды по управлению аппаратом в заданный момент времени как для непосредственного выполнения, так и в виде «полетного плана».

Кроме УКВ-приемопередатчиков, на спутнике установлен экспериментальный ретранслятор D-STAR также разработки TUB, предназначенный для радиолюбителей всего мира, работающий на частоте 437.050 МГц с мощностью излучения 0.8 Вт через независимую штыревую антенну.

Бортовой комплекс управления создан совместно с Сибирским государственным авиакосмическим университетом (СИБГАУ, группа В. Х. Ханова), а приемник GPS изготовлен совместно с московской компанией «АИМ Холдинг».

Аппаратура спутника имеет возможности резервирования. В частности, в случае отказа основной системы ориентации на борту имеется резервная подсистема магнитной стабилизации с отдельным модулем-процессором. Если «умирает» один из радиоканалов, вполне можно обойтись резервным. Если отказывает центральный процессор электроснабжения, система имеет возможность работы «мимо процессора». В этом случае оптимального электропитания не будет, но система останется способна поддерживать жизнеспособность спутника.

 

Наземный комплекс

Прием телеметрии и управлением спутником будут осуществляться двумя станциями компании СПУТНИКС, а также станцией Берлинского технического университета, прием целевой информации, как отмечалось выше - станциями компании СКАНЭКС.

antennaЧто касается берлинской станции, то ее предоставляет научный сотрудник Института авиации и космонавтики Берлинского университета Дмитрий Богданов. По словам специалистов СПУТНИКСа, «на аппаратном уровне у нас (СПУТНИКС и TUB) все идентично, а на программном мы можем предложить свою прошивку на любую станцию и работать с ней удаленно (через удаленный COM-Port). Поскольку Берлинский технический университет имеет несколько станций по всему земному шару, теоретически они могут использоваться для приема телеметрии и управления нашим аппаратом».

По словам Дмитрия Богданова, мощность передатчика «Авроры» несколько избыточна («при приеме на обычные антенны достаточно было бы 0.5 Вт»), однако разработчики хотели бы подстраховаться. Сама компания СПУТНИКС имеет в составе аппаратуры Центра управления пару стандартных радиостанций фирмы ICOM и две независимо управляемые позиционируемые антенны.

Телеметрическая информация со спутника обрабатывается с помощью обычного персонального компьютера через специальную программу, интерфейс которой включает двухпанельную консоль.

На левую панель выводятся все команды, доступные для всех подсистем:

1. Система телеметрии и телекоманд;

2. Система ориентации и стабилизации;

3. Энергопитание;

4. Бортовой компьютер со всеми его возможностями;

5. Полезная нагрузка.

uniscanНа правую панель выводятся возможности управления. Сюда переносятся команды, они настраиваются, если имеют возможности настройки. Оператор выдает команду, и она "уходит" в радиоканал. Если спутник воспринимает команду, то в нижней части панели появляется квитанция получения. Здесь же можно составлять полётный план и отправлять его на борт.

Если со спутника приходит телеметрия, то в таблицах переписывается значение параметров (токи, напряжения, параметры ориентации). Выбора момента для съемки объектов на Земле может осуществляться с применением GPS-приемника и на основе баллистического прогноза с использованием TLE-элементов.

Продолжение следует...