MidSTAR-1 - это искусственный спутник, произведенный Программой малых спутников Военно-морской академии США . Он был спонсирован Программой космических испытаний (STP) Министерства обороны США и был запущен 9 марта 2007 года в 03:10 UTC на борту одноразовой ракеты-носителя Atlas V со станции ВВС на мысе Канаверал . MidSTAR-1 летал вместе с FalconSat 3 , STPSat 1 и CFESat в качестве вспомогательной полезной нагрузки; основной полезной нагрузкой был Орбитальный экспресс .
Миссия MidSTAR-1 (USNA-5)
MidSTAR - это спутниковая шина общего назначения, способная поддерживать множество космических миссий, легко вмещая широкий спектр космических экспериментов и инструментов. Интеграция экспериментов со спутниковой шиной должна быть выполнена с минимальными изменениями в конструкции спутниковой шины. MidSTAR задуман как относительно недорогая платформа с быстрым откликом, вмещающая небольшие полезные нагрузки, одобренная Советом по рассмотрению космических экспериментов Министерства обороны США (SERB) и ожидающая запуска через STP.
MidSTAR разработан для использования на кольце адаптера вторичной полезной нагрузки EELV (ESPA), разработанном исследовательской лабораторией ВВС (AFRL) для размещения на одноразовых ракетах-носителях Delta IV или Atlas V. MidSTAR - это космический корабль класса D, производимый с минимальными затратами и, соответственно, с более высоким техническим риском при производстве и эксплуатации. Он намеренно прост по конструкции и прочен по конструкции, в нем в максимально возможной степени используются коммерческие готовые компоненты «plug-and-play». Разработка компонентов и проектирование монтажных плат выполняется только при необходимости. [ необходима цитата ]
MidSTAR-1 - первая реализация дизайна. По заказу компании STP был проведен эксперимент со спутником связи через Интернет (ICSat) для SSP и эксперимент с настраиваемым отказоустойчивым процессором (CFTP) для военно-морской аспирантуры (NPS). Кроме того, на MidSTAR-1 установлен блок нанохимических датчиков (NCSU) для Исследовательского центра Эймса Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) ; Eclipse, построенный Eclipse Energy Systems, Inc. для Центра космических полетов имени Годдарда НАСА (GSFC); и Микродозиметрический прибор (MiDN), спонсируемый Национальным институтом космических биомедицинских исследований (NSBRI) и созданный Департаментом аэрокосмической техники USNA. Миссия рассчитана на два года. [ необходима цитата ]
Архитектура миссии
Миссия MidSTAR-1 включает в себя одиночный космический корабль под командованием и контролем единственной наземной спутниковой станции (SGS), расположенной в Военно-морской академии США , Аннаполис, Мэриленд. Наземная станция пересылает файлы данных по нисходящей линии связи главным исследователям через Интернет. В стартовом сегменте для MidSTAR-1 в рамках программы космических испытаний использовалась ракета-носитель Atlas V, которая вывела спутник на круговую орбиту на высоте 496 км и наклоном 46 градусов.
Спутник использует восходящую линию связи на частоте 1,767 ГГц с промежуточной частотой (ПЧ) 435 МГц и линию вниз 2,20226 ГГц. За счет использования модуляции клавиши среднего сдвига по Гауссу связь со спутником достигается на скорости передачи данных 68,4 кбит / с или выше. На спутнике также используется программное обеспечение с открытым исходным кодом на базе операционной системы Linux . MidSTAR-1 не имеет ориентации и определения, активного теплового контроля, а его масса составляет 120 кг. [ необходима цитата ]
Стопроцентным успехом будет успешный запуск и эксплуатация спутника при полной поддержке двух основных экспериментов в течение двух лет. На 50 процентов успешный запуск и эксплуатация спутника при: полной поддержке одного первичного эксперимента в течение двух лет; Полная поддержка обоих первичных экспериментов в течение одного года; или частичная поддержка обоих первичных экспериментов в течение двух лет. Тридцать три процента успеха - это успешный запуск спутника и полная работа спутниковой шины с частичной поддержкой любой комбинации первичной и вторичной нагрузки в течение любого периода времени. [ необходима цитата ]
Журнал миссии
9 марта 2007: MidSTAR-1 совершил полет в рамках миссии STP-1 на космическом корабле United Launch Alliance Atlas V со станции ВВС на мысе Канаверал . Взлет произошел в 03.10 UTC ; отделение космического корабля произошло в 03:32 UTC. USNA SGS успешно установила связь с космическим кораблем во время первого пролета над Аннаполисом MD в 0459 UTC. Корабль работал штатно в безопасном режиме . [ необходима цитата ]
21 марта 2007 г .: CFTP был включен в 22:17 по всемирному координированному времени, чтобы добавить 6 Вт непрерывной мощности к нагрузке системы электроснабжения и, таким образом, снизить нагрузку на батареи.
28 марта 2007 г .: MiDN включился примерно в 24:00 UTC. После этого прохода космический корабль перестал реагировать на все наземные команды.
4 апреля 2007 г .: Первое использование сброса пожарного кода космического корабля примерно в 21:30 UTC. Эта команда переключает переключатель сброса на процессоре MIP-405 и перезагружает операционную систему. Этот сброс привел к выключению экспериментов CFTP и MiDN и очистке всех буферов команд. В 23:24 по всемирному координированному времени космический корабль ответил на команду передатчика . Телеметрия подтвердила, что перезагрузка прошла успешно.
5 апреля 2007: CFTP и MiDN снова включены.
6 апреля 2007 г .: Выборочная загрузка файлов MiDN позволила получить 71 файл по 92 байта каждый, который был доставлен главному исследователю (PI). Это был первый успешный поиск научных данных с космического корабля. На этом этапе MidSTAR-1 удовлетворял критерию 33% успеха миссии.
26 мая 2007: NCSU включен приблизительно 1900 Z .
29 мая 2007 г .: Первый пакет данных доставлен в ГИ NCSU . Все четыре эксперимента продолжаются, и данные передаются ИП.
18 июня 2007: пресс-релиз НАСА объявляет об успехе NCSU.
5 сентября 2007 г .: Компьютер космического корабля завис в результате неизвестных воздействий, скорее всего, вызванных радиацией. Это произошло, когда космический корабль находился на ярком солнце и была отключена мощность (30 Вт), чтобы предотвратить перезарядку аккумулятора. Без компьютера, который мог бы циклически отключать дренажные системы, космический корабль оставался в постоянной отрицательной конфигурации полезной мощности, которая в конечном итоге разряжала батареи. Когда напряжение батареи упало ниже 8 В, электронные переключатели для слива по умолчанию выключились, возвращая космический корабль на положительную полезную мощность и позволяя батареям перезарядиться.
7 сентября 2007 г .: После того, как батареи достаточно зарядились, компьютер успешно перезагрузился. Перезапуск произошел через 48 часов после первоначального события. Никакой телеметрии с космического корабля или каких-либо экспериментов за этот 48-часовой период нет. Телеметрия показывает, что нормальная работа возобновилась, но все эксперименты были остановлены в ожидании анализа событий и разработки плана по их возвращению в оперативный режим.
12 сентября 2007 г .: CFTP перезапущен.
21 сентября 2007 г .: MiDN перезапущен.
Апрель 2009: потеряна связь с MidSTAR-1. Космический корабль прекратил передачу и не ответил на команду с земли. Аномалия связана с выходом из строя аккумуляторных блоков. MidSTAR-1 объявлен неработоспособным. MidSTAR-1 полностью поддерживал все бортовые эксперименты в течение двух полных лет, отвечая критериям 100% успеха. [ необходима цитата ]
Состав
MidSTAR-1 кадр является восьмиугольная структура 32.5 « вдоль длинной оси, включая систему разделения, и 21.2» x21.2" измеряется бок о бок , чтобы в поперечном сечении. Механизм развертывания установлен на отрицательное х лицо. положительная грань x зарезервирована для экспериментов с внешней установкой. Из 38 дюймов вдоль оси x, разрешенных в конверте ESPA , 2-4 дюйма зарезервированы для механизма развертывания (15-дюймовая моторизованная световая лента производства Planetary Systems, Inc.) и 4-6 дюймов зарезервированы для внешних экспериментов. Длина рамы составляет 30 дюймов. Все восемь сторон космического корабля покрыты солнечными элементами, чтобы максимизировать доступную мощность. Восемь дипольных антенн установлены на четырех сторонах космического корабля, которые «срезают углы» оболочки ESPA, и поэтому расположены внутри оболочки ESPA, а не совпадают с поверхностью оболочки.Остальные стороны имеют прорези для снятия перед полетом для подъема и транспортировки во время наземной поддержки.
MidSTAR-1 имеет три внутренние полки, которые обеспечивают пространство внутри спутника для установки компонентов и полезной нагрузки. Их расположение определяется размерами полезной нагрузки и компонентов. При необходимости они могут быть изменены в будущих реализациях модели MidSTAR, пока конструкция остается в пределах требований к центру тяжести . Несущая конструкция восьмиугольника состоит из верхней и нижней палуб, соединенных по восьми углам стрингерами. Боковые панели космического аппарата являются 1/8" алюминиевые панели крепятся к стрингеры с # 10 болтами . [ Править ]
Обработка команд и данных (C&DH)
Задача системы обработки команд и данных (C&DH) - получать и выполнять команды; собирать, хранить и передавать служебные данные; и поддерживать бортовую полезную нагрузку. Бортовой компьютер предназначен для управления спутником и управления данными телеметрии и экспериментов в течение как минимум двух лет.
Система C&DH состоит из модифицированного одноплатного компьютера MIP405-3X, который включает (i) процессор PowerPC 133 МГц; (ii) 128 МБ ECC ; (iii) 4 асинхронных последовательных порта RS-232; (iv) 1 порт Ethernet; (v) автобус PC / 104; (vi) автобус PC / 104 +; и (vi) диск 202-D384-X на микросхеме, обеспечивающий 384 МБ вторичной памяти. Компьютерная плата поддерживается с помощью ККЭС-104 Synchronous Serial Card с 2 синхронными последовательными портами, а также ЕММЫ-8M-XT Серийных платы расширения с 8 RS-232 /422/485 асинхронных последовательные порты и 8 цифровых каналов ввода / вывода. Модифицированная плата сбора данных I0485 обеспечивает 22 аналоговых телеметрических канала и 32 цифровых канала ввода / вывода.
Решение использовать MIP405 на базе PowerPC вместо платы на базе x86 было основано исключительно на низком энергопотреблении платы в сочетании с набором функций. Выбор был ограничен архитектурами процессоров x86, PowerPC и ARM из-за программного решения использовать операционную систему Linux. MIP405 объединяет Ethernet, последовательные порты и интерфейс Disk-on-Chip на одной плате, обеспечивая при этом 128 МБ памяти ECC и мощный процессор мощностью менее 2 Вт. Ближайшая система на базе x86 с сопоставимыми обнаруженными характеристиками потребляла 5 Вт энергии. [ необходима цитата ]
M-Systems Disk-on-Chip был выбран потому, что он был де-факто стандартной заменой жесткого диска с флэш-памятью. Флэш-память была выбрана вместо традиционного жесткого диска для повышения надежности и снижения энергопотребления. Версия на 384 МБ была выбрана для обеспечения хранилища, необходимого для операционной системы, при сохранении достаточного запаса.
Diamond Systems Emerald-MM-8 был выбран для платы с асинхронным последовательным интерфейсом на основании его врожденной гибкости с любым из 8 портов, которые можно настроить как RS-232, RS-422, RS-485.
Плата сбора данных и управления RMV IO485 была выбрана для распределенной системы телеметрии из-за встроенной поддержки последовательного подключения и обработки большого количества плат. Интегрированная расширяемость является фундаментальной для решения будущих проблем телеметрии в более поздних версиях линейки MidSTAR. [ необходима цитата ]
C&DH использует операционную систему Linux с ядром серии 2.4. Для создания открытой архитектуры программного обеспечения был выбран стек протоколов IP для обеспечения межпроцессной, внутриспутниковой и спутниковой связи. Это позволило с минимальными трудностями интегрировать программы, созданные на разных объектах на разном оборудовании. [ необходима цитата ]
Все внутренние и внешние коммуникации используют интернет-протоколы. TCP используется для всей внутренней спутниковой связи; UDP или MDP используется на восходящей и нисходящей линиях связи. [ необходима цитата ]
Смотрите также
- Программа USNA MidSTAR
- eoPortal описывает MidSTAR-1