Formation Autonomy Spacecraft with Thrust, Relnav, Attitude и Crosslink (или FASTRAC ) представляет собой пару наноспутников (соответственно названных Сара-Лили и Эмма ), разработанных и построенных студентами Техасского университета в Остине . Проект является частью программы, спонсируемой Исследовательской лабораторией ВВС (AFRL), цель которой - возглавить разработку доступных космических технологий. Миссия FASTRAC будет специально исследовать технологии, которые облегчают работу нескольких спутников в строю. Эти обеспечивающие технологии включают относительную навигацию, перекрестную связь, определение ориентации и тягу. Из-за высокой стоимости подъема массы вНа орбите существует серьезная инициатива по уменьшению общего веса космического корабля. Использование групп спутников вместо больших одиночных спутников снижает риск отказа единой точки и позволяет использовать дешевое оборудование.
Имена | FASTRAC 1 («Сара-Лили») FASTRAC 2 («Эмма») |
---|---|
Тип миссии | Демонстрация технологий Любительское радио |
Оператор | Техасский университет в Остине |
COSPAR ID | 2010-062F и 2010-062M |
SATCAT нет. | 37227 и 37380 |
Свойства космического корабля | |
Производитель | Техасский университет в Остине |
Стартовая масса | Всего: 58 кг (127 фунтов) [1] |
Начало миссии | |
Дата запуска | 20 ноября 2010 г., 01:21 UTC [2] |
Ракета | Минотавр IV, рейс 3 |
Запустить сайт | Стартовый комплекс Кадьяк |
Подрядчик | Орбитальные науки |
Конец миссии | |
Утилизация | Списано [3] |
Параметры орбиты | |
Справочная система | Геоцентрический |
Режим | Низкая Земля |
Высота перигея | 641 км |
Высота апогея | 652 км |
Наклон | 72 ° |
В январе 2005 года Техасский университет выиграл программу University Nanosat-3 - грантовый конкурс, в котором участвовали 12 других университетов-участниц. [4] В качестве победителя FASTRAC получила возможность запустить свои спутники в космос. Команда под руководством студентов получила 100 000 долларов от AFRL на конкурсную часть проекта и еще 100 000 долларов на этап реализации. FASTRAC - это первая разработанная студентами спутниковая миссия, включающая в себя относительную навигацию на орбите в реальном времени, определение ориентации на орбите в реальном времени с помощью одной антенны GPS и плазменный двигатель с микроразрядом.
FASTRAC был запущен 19 ноября 2010 года на борту ракеты Minotaur IV со стартового комплекса Кадьяк в Кадьяке, Аляска . [5] Разделение спутников друг от друга и перекрестная связь были успешно выполнены. [6]
FASTRAC был разработан в рамках программы ВВС США научно - исследовательской лаборатории университета наноспутников и занял номер 32 в экспериментах Space Review Board список «s из priortised экспериментов космических аппаратов в 2006 году космический корабль , как ожидается, продемонстрирует глобальная система позиционирования относительно навигации и микро-заряд производительность подруливающего устройства.
Операции
Основная последовательность миссии состоит из шести отдельных этапов: запуск, разделение ракеты-носителя, начальное обнаружение, бортовая относительная навигация с помощью GPS, определение положения на борту с одной антенной GPS и работа плазменного двигателя с микроразрядом, а также радиолюбительские операции. На первом этапе два наноспутника будут запущены в рамках программы космических испытаний Министерства обороны США STP-S26 с пускового комплекса Кадьяк (KLC) в Кадьяке, Аляска. Они будут доставлены на низкую околоземную орбиту с углом наклона 72 градуса и высотой 650 км с помощью ракеты Minotaur IV. Первоначально два наноспутника будут сложены друг над другом. Как только ракета достигнет желаемой орбиты, спутники будут включены ракетой-носителем перед окончательным отделением от ракеты-носителя.
Третий этап начнется после того, как два наноспутника будут выброшены из ракеты. На этом этапе будет 30-минутный период, в течение которого спутники пройдут процесс проверки и инициализации. По истечении этого периода спутники начнут передавать сообщения радиомаяка, содержащие телеметрическую информацию, которая поможет определить статус каждого спутника. На этом этапе наземная станция попытается установить первый контакт со спутниками и выполнить процедуру проверки, чтобы убедиться, что все подсистемы на борту работают правильно. Ожидается, что эта процедура проверки займет несколько часов или даже несколько дней в зависимости от продолжительности сеансов связи с наземной станцией. Как только операторы будут удовлетворены состоянием спутников, спутникам будет дана команда с земли на разделение, завершая третий этап миссии.
Когда спутники успешно разделятся, начнется основная миссия, сигнализирующая о начале четвертой фазы. Во-первых, спутники автономно установят перекрестную связь, или, другими словами, они будут связываться друг с другом через диапазоны UHF / VHF . Затем спутники будут обмениваться данными GPS через эту перекрестную связь для расчета решений относительной навигации на орбите в реальном времени. [7]
Пятая фаза активирует микроразрядный плазменный двигатель малой тяги по команде с земли, который будет работать автономно, когда вектор тяги находится в пределах конуса 15 градусов вектора антискорости. Работа двигателя будет зависеть от решения для определения положения на орбите в режиме реального времени с помощью GPS с одной антенной. По окончании этого этапа команда с наземной станции отключит подруливающее устройство на FASTRAC 1.
Заключительный этап миссии начнется после того, как архитектура связи спутников будет перенастроена с земли для работы с сетью автоматической системы передачи пакетов (APRS). Это сделает спутники доступными для пользователей радиолюбителей по всему миру. Как только наземная станция теряет связь со спутниками, миссия прекращается, и спутники пассивно сходят с орбиты, сгорая в атмосфере. Команда FASTRAC подсчитала, что для успешного достижения целей миссии потребуется шесть месяцев.
Подсистемы
Состав
Конструкция сателлитов FASTRAC представляет собой гексагональную конструкцию изо-решетки, которая состоит из двух титановых переходных пластин, алюминиевых боковых панелей 6061 T-6, шести полых внешних колонн со вставками и шести внутренних колонн. Масса двух наноспутников со всеми включенными компонентами составляет примерно 127 фунтов.
Коммуникационная Архитектура
Архитектура связи основана на системе, работающей на PCSat2 . Реализация FASTRAC состоит из двух приемников, одного передатчика, контроллера оконечного узла (TNC), релейной платы передатчика и релейной платы приемника. На FASTRAC 1 «Сара Лили» используются два УКВ-приемника R-100 и один УВЧ-передатчик TA-451 от Hamtronics. На FASTRAC 2 «Эмма» используются два UHF-приемника R-451 и один VHF-передатчик TA-51 от Hamtronics. Используемый TNC - KPC-9612 + от Kantronics. Релейные платы передатчика и приемника были спроектированы и изготовлены собственными силами.
Команды и обработка данных
Система управления и обработки данных (C&DH) состоит из четырех распределенных AVR, которые были разработаны Университетом Санта-Клары . Каждый AVR имеет микроконтроллер Atmega 128 и управляет отдельной подсистемой на спутнике (например, COM, EPS, GPS и THR или IMU). AVR связываются друг с другом через шину I2C .
Подсистема GPS
Система определения местоположения и ориентации по GPS была разработана и создана студентами-исследователями из исследовательской лаборатории GPS Техасского университета. Система использует измерения кода GPS, а также отношения сигнал / шум антенны (SNR) и измерения 3-осевого магнитометра для получения оценок положения, скорости и ориентации. Каждый спутник будет иметь резервные GPS-приемники ORION, двойные перекрестные антенны с аппаратным переключением и разделением RF.
Система питания
Система питания каждого спутника состоит из восьми солнечных панелей , блока VREG и батарейного блока. Батарейный бокс сделан из черного анодированного алюминия и вмещает 10 D-элементов Sanyo N4000-DRL, предоставленных команде AFRL. И солнечные панели, и плата VREG были спроектированы и изготовлены собственными силами. На каждом спутнике плата VREG распределяет мощность от трех регуляторов напряжения VICOR VI-J00, а также заряжает батареи энергией, полученной от солнечных панелей.
Система разделения
Для спутников FASTRAC существуют две системы разделения, разработанные и изготовленные Planetary Systems Corporation (PSC), которые будут использоваться для отделения спутников в их групповой конфигурации от ракеты-носителя, а затем для разделения двух спутников, пока они находятся на орбите. . Система разделения световых полос PSC состоит из двух подпружиненных колец и моторизованного спускового механизма.
Плазменный двигатель с микроразрядом
Плазменный двигатель с микроразрядом был разработан и изготовлен в UT-Austin. Двигатель малой тяги направляет и перегревает инертный газ через микроканальное сопло, создавая тягу на уровне микроньютонов. Он использует изготовленный на заказ композитный бак от CTD. Работа двигателя будет автоматизирована космическим кораблем C&DH с использованием измерений ориентации, обеспечиваемых системой определения ориентации GPS. После включения двигателя малой тяги с земли он будет активен только тогда, когда одно из двух сопел находится в пределах конуса 15 градусов вектора антискорости. Подсистема подруливающего устройства присутствует только на FASTRAC 1 «Сара Лили».
Инерциальный измерительный блок (IMU)
На FASTRAC 2 «Эмма» вместо подруливающего устройства используется инерциальный измерительный блок (IMU) MASIMU01 от Micro Aerospace Solutions для измерения расстояния между двумя спутниками.
Участие радиолюбителей
Спутники FASTRAC передают и принимают данные (GPS, Health и др.) На любительских радиочастотах. Всем радиолюбителям рекомендуется передавать данные с любого спутника по нисходящей линии и загружать данные в раздел радиооператоров на веб-сайте FASTRAC . [8]
Частоты работы
ФАСТРАК 1 "Сара Лили" | ФАСТРАК 2 "Эмма" | |
---|---|---|
Нисходящий канал | 437.345 MHz FM | 145.825 MHz FM |
Маяк | 437,345 МГц AX.25 1200 AFSK | 145,825 МГц AX.25 1200 AFSK |
Восходящий канал (1200 бод ) | 145.980 MHz FM | 435.025 MHz FM |
Восходящий канал (9600 бод) | 145.825 MHz FM | 437.345 MHz FM |
Рекомендации
- ^ "FASTRAC: Press Kit 2010" (PDF) . Техасский университет в Остине. Архивировано 14 марта 2012 года из оригинального (PDF) .
- ^ Муньос, Себастьян; и другие. (2011). Миссия FASTRAC: сводка операций и предварительные результаты экспериментов . 25-я конференция AIAA / USU по малым спутникам. 9 августа 2011 года. Логан, Юта.См. Также https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2011/all2011/24/ .
- ^ «Прошлые миссии» . Лаборатория космических аппаратов Техаса, Техасский университет в Остине . Проверено 24 октября 2019 года .
- ^ «Обзор проекта FASTRAC» . Техасский университет в Остине. 2010-11-02. Архивировано из оригинала на 2010-11-14 . Проверено 8 ноября 2010 .
- ^ Муньос, Себастьян (2010-11-02). "Архив новостей FASTRAC" . Техасский университет в Остине. Архивировано из оригинала на 2010-11-14 . Проверено 8 ноября 2010 .
- ↑ Первая разработанная студентами миссия, в которой спутники обращаются по орбите и общаются под руководством студентов UT , пресс-релиз Техасского университета в Остине, 24 марта 2011 г.
- ^ Смит, А., Муньос, S., Hagen E., Johnson, GP, и Lightsey, EG (2008, август) «Спутники FASTRAC: реализация и тестирование программного обеспечения» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 декабря 2010 года. 22-я ежегодная конференция по малым спутникам USU / AIAA, Логан, Юта, SSC08-XII-4.
- ^ «Медиа-кит ФАСТРАК» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 20 июля 2011 года . Проверено 8 ноября 2010 .