Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Копия спутника Nanosat 01 на выставке Homsec 2015, Мадрид.

NanoSat 01 был искусственный спутник , разработанный испанской Национальный институт аэрокосмической техники (INTA) и запущен 18 декабря 2004 года Рассмотренный нано спутник его вес менее 20 кг, его главной задачей было экспедиторская связь между далеко идущими точками на Земле , такие как Хуан Карлос I антарктической базы от материковой части Испании . Это стало возможным благодаря его полярной орбите и высоте 650 км над уровнем моря. В ходе оперативного запуска данные, полученные в Антарктике.будет загружен на спутник во время полета, а затем загружен в Испании, когда спутник достигнет Пиренейского полуострова .

Когда в 2009 году подошел к концу срок его службы, его заменил Nanosat-1B , также разработанный INTA. [1]

Миссия [ править ]

Nanosat 01 - это недорогой демонстрационный наноспутник. [2] Следовательно, главной целью INTA было участие и ознакомление со всеми аспектами развития нанотехнологий . [3] С учетом этого спутник был оснащен новыми магнитными и солнечными датчиками, модулями связи с промежуточным накоплением, а также навигационными и считывающими приборами. Большинство из них соответствуют требованиям ASIC.

Кроме того, на орбите спутник должен был провести четыре эксперимента:

  • Демонстрация функциональности новой ACS (Attitude Control Subsystem).
  • Выполнение серии измерений магнитного поля Земли с помощью нового золь-гель наносенсора.
  • Тестирование солнечных датчиков и панелей питания.
  • Поддержание связи между разными точками Земли с помощью OWLS (оптических беспроводных линий связи для внутриспутниковых).

Тело [ править ]

Спутник имеет призматическое тело, разделенное на две полусферы, каждая из которых имеет собственное шестиугольное основание и шесть трапециевидных сторон, а общая структура имеет примерно форму сферы. Почти вся его поверхность покрыта солнечными панелями GaAs / Ge для питания различных систем ( в среднем 17 Вт ), которые были приклеены к алюминиевым панелям, прикрепленным к конструкции. Кроме того, в нем также установлены литий-ионные батареи, способные обеспечить 4,8 Ач энергии без попадания прямых солнечных лучей.

Внутренняя часть Nanosat 01 была доступна путем разделения обоих "полушарий", соединенных посредством центральной шестиугольной шины, 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 с объемом памяти 4 МБ , PROM 8 кБ , EEPROM 512 кБ , защищенной ОЗУ 768 кБ ) , [4] PDU (блок распределения питания), радиочастотная связь, ACS (подсистема контроля ориентации), в которой использовались солнечные элементы и магнитометр для определения положения и обеспечения стабильности вращения. [5]

Чтобы свести к минимуму собственный вес, INTA в сотрудничестве с ESA разработали экспериментальную замену традиционной проводки с использованием оптических инфракрасных массивов, известную как OWLS, для обмена данными между различными модулями. 19 кг при прогнозируемом сроке службы 3 года, что превосходит 2 года его эксплуатации.

Радиосвязь [ править ]

В РЧ связи подсистемы используют 4 всенаправленные антенны , размещенной на верхней стороне. Два цифровых модема были реализованы в экспериментальных целях; один с использованием одного DSP чипа, другой составлены на основании design.Communications ASIC с внешней стороны были хранить и вперед с помощью СВЧ диапазона (387,1 МГц нисходящей линии связи, 400 МГц восходящей линии связи с GMSK модуляции и кодирования Витерби ). Наземный доступ был основан на протоколе TDMA с использованием Slotted Aloha со скоростью загрузки 24 кбит / с. Система была способна к самообновлению. [6]

Запустить [ редактировать ]

Запуск Nanosat 01 состоялся 18 декабря 2004 года на ракете Ariane-5 G + (в качестве "ответного" запуска ASAP) из Космического центра Гвианы . В запуске участвовало несколько спутников, являющихся основной полезной нагрузкой Helios-IIA для DGA , а также 4 микроспутника Essaim (с 1 по 4), PARASOL и Nanosat 01. [7]

Он был выведен на солнечно-синхронную орбиту со средней высотой 661 км, наклонением 98,2º и периодом 98 минут и LTAN (местное время на восходящем узле) в 13:00. [8]

В течение своей активной жизни он находился под наблюдением INTA в его штаб-квартире в Торрехон-де-Ардос .

Эксперименты [ править ]

Подсистема управления отношением [ править ]

ACS была относительно простой, поскольку конструкция спутника делала практически ненужным точный контроль ориентации (панели устанавливаются на поверхности всего тела, а антенны являются всенаправленными, и никакой другой подсистемы, требующей точного наведения для достижения поставленных целей). Тем не менее, он использовал шесть солнечных элементов, три электродвигателя (оснащенных магнито-катушками) и новый датчик .

Сборка сенсора была COTS (коммерческая готовая продукция) и была миниатюрной из-за необходимости сохранять как можно более низкий вес. [9] Он содержал два двухосных сенсорных блока, называемых AMR (анизотропный магнитный резистор), с двумя резервированными печатными платами, оснащенными радиационно-стойкой бесконтактной электроникой и двумя фотоэлементами. Это стандартное решение обеспечивает умеренную чувствительность обнаружения (около 3 мВ / В / Г), хорошее разрешение (3 мкГс) и приемлемый рабочий диапазон для измерения геомагнитного поля (0,1 мТл - 1 нТл). Он также был выбран для проверки его возможностей во время космических операций. Состоит из 4-х Honeywell Для датчиков (HMC1201) в кубической конфигурации AMR был способен выполнять измерения с разрешением 1 мГс, потребляя менее 2 Вт, и имел общий вес 0,22 кг.

В обычных условиях полета САУ будет поддерживать ось вращения перпендикулярно плоскости орбиты и против часовой стрелки. Чтобы обеспечить максимально долгий срок службы, была выбрана рабочая скорость вращения от 3 до 6 об / мин с поправками на положение спутника, которые вносились прерывисто один раз в неделю. [10]

Магнитный наносенсор Земли [ править ]

Эффект Фарадея.

В качестве подтверждения концепции INTA разработала и разработала магнитооптический компас, основанный на эффекте Фарадея, способный точно измерить магнитное поле Земли. Центральная часть устройства была ротора золь-гель Фарадей, состоящий в нескольких стержней дисперсии гамма - Fe 2 O 3 наночастицы (менее 15 нм по размеру) суспендируют в виде аморфного кремнезема решетки. Эти стержни были уложены внутри поляриметрического купола (состоящего из нескольких слоев поляризаторов ), отвечающего за направление световых лучей, создаваемых светодиодом.к стержням в продольном направлении. Когда свет распространяется внутри стержней вдоль их оси, магнитное поле, создаваемое наночастицами аустенита, будет взаимодействовать с ним, вызывая вращение поляризаторов. Это вращение будет восприниматься как изменение интенсивности света, измеряемого четырьмя фотодиодами, расположенными на выходящем конце каждого стержня. Данные, собранные фотодетекторами, затем будут обрабатываться в OBDH, который способен обеспечить точные показания (до 10 нТл ) как относительно положения спутника, так и значения геомагнитного поля.

Использование композита диоксид кремния / γ-Fe 2 O 3 было вызвано 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 полета. Устройство имело диаметр 20 мм, толщину менее 5 мм, общий вес 200 г и потребляемую мощность менее 2 Вт.

Его концепция явилась результатом более чем 7-летних совместных исследований Мадридского института по делам материальных ценностей (подразделение ICMM CSIC ) и INTA. Сообщается, что это первое применение технологии на основе золь-геля в аэрокосмической промышленности и важный шаг вперед в дальнейшей миниатюризации спутников. [11]

Солнечные датчики [ править ]

Две независимые группы фотодатчиков, состоящие из Si-ячеек и миниатюрных AsGa / Ge-ячеек, были введены в эксплуатацию, чтобы проверить их работоспособность и жизнеспособность в дальнейших проектах и ​​обеспечить согласованную основу для определения положения Солнца для стабилизатора спина. Последнее было достигнуто путем измерения напряжения (0-10 В), индуцированного в ячейках, поскольку оно было прямо пропорционально падению солнечного света. Ячейки были стратегически распределены в две группы по три вдоль крайних краев, и сигналы контрастировали, чтобы дать точное местоположение Солнца ( ошибка угла нутации до 5º ).

Поскольку оба типа ячеек использовали одни и те же входные / выходные каналы, они не могли работать одновременно, однако автоматизированная система кондиционирования гарантировала выбор лучших ячеек в любой момент времени.

Оптические беспроводные каналы для внутриспутниковой связи [ править ]

Крупный план фотодиода.

Называемая OWLS, внутренняя коммуникационная система была разработана совместно с ESA для тестирования возможностей диффузной инфракрасной связи и мониторинга BER (Bit Error Rate) в пространственных приложениях. Следовательно, основные цели заключались в демонстрации на орбите беспроводных приложений, а также в наблюдении за особенностями рабочей среды и их влиянием на систему. Сообщается, что это первое использование этой технологии в космосе. [12] [13] Система была основана на коммерческих компонентах, сильно модифицированных для их адаптации к миссии, которая была сосредоточена на двух экспериментах: [14]

Первый эксперимент [ править ]

Первая заключалась в обеспечении надежной связи между OBDH и ACS, особенно магнитными датчиками Honeywell, поэтому ему было присвоено кодовое имя OWLS-HNWLL . Он сочетал инфракрасную связь с резервным проводным соединением, чтобы сравнить результаты, когда показания были вычислены блоком обработки, что позволило, помимо оценки производительности OWLS, измерить возникновение SET (переходных процессов одиночного события), то есть мгновенные сбои в выходном напряжении схемы, вызванные прохождением ионов через чувствительные узлы схемы в оптических детекторах из-за падения протонов. [15]

Система беспроводной связи была построена в архитектуре WDMA (множественный доступ с разделением по длине волны) с приемным фотодиодом, обеспечивающим значение чувствительности 700 нВт / см 2 с площадью чувствительности 25 мм 2 и полосой пропускания 1,5 МГц. Пиковая оптическая мощность излучателя составляла 15 мВт.

Он был разработан для преобразования V / F (напряжение-частота) показаний датчиков, а затем для передачи информации в потоке импульсов в течение фиксированного интервала времени. Его размер определялся величиной сигнала. Дополнительная линия была добавлена ​​для имитации нуля на датчике, таким образом давая для сравнения количество и характер импульсов, возникающих в результате нежелательного взаимодействия SET с системой. Это помогло глубже понять природу ионизирующего излучения в космосе и отфильтровать полученный сигнал. [16]

Второй эксперимент [ править ]

Второй эксперимент, известный как OWLS-BER , 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 была завершена, OBC сравнил полученные данные с расчетами BER. [ необходима цитата ]

Весь эксперимент проводился в отдельном канале с поддержкой FDMA (множественный доступ с частотным разделением каналов) (4 МГц), оборудованном функцией ASK . Также можно было управлять с земли и, в определенной степени, фильтр мешал скорости передачи данных 100 и 100 кбит / с. [ требуется уточнение ] [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Наносат-1Б
  • Спутник связи

Ссылки [ править ]

  1. ^ "NanoSat-1B - eoPortal Directory - спутниковые миссии" . earth.esa.int . Проверено 10 апреля 2020 .
  2. ^ А. Мартинес, И. Arruego, MT Alvarez, J. Барберо и др., «Наноспутников демонстрация технологии,» Труды 14й ежегодной AIAA / УрГУ конференции по малоразмерным спутникам, Logan, UT, август 21-24, 2000 .
  3. ^ "Otros satélites" . Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial .
  4. ^ "Техническое описание 32-разрядного модульного микроконтроллера MC68332" (PDF) . NXP .
  5. ^ "Nanosat 01" . space.skyrocket.de . Проверено 9 апреля 2020 .
  6. ^ "NanoSat-1" . EOPortal .
  7. ^ "Ariane 5 G + | Helios 2A, Essaim-1,2,3,4, PARASOL, Nanosat 01" . nextspaceflight.com . Проверено 9 апреля 2020 .
  8. ^ Джонс, Калеб. «Космический запуск сейчас - Ariane 5 G +» . Космический запуск сейчас . Проверено 10 апреля 2020 .
  9. ^ 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. 46, № 2, апрель 2010 г., стр. 542-557
  10. ^ П. де Висенте-и-Куэна, М.А. Херес, «Система контроля ориентации для NanoSat-01», Труды 57-го IAC / IAF / IAA (Международного астронавтического конгресса), Валенсия, Испания, 2-6 октября 2006 г.
  11. ^ М. Заят, Р. Пардо, Г. Роса, Р. П. дель Реаль, 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. DOI : 10.1007 / s10971-009-1953-у . S2CID 96930242 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ И. Арруэго, доктор медицины Микелена, С. Родригес, Х. Герреро, «Орбитальный эксперимент по внутриспутниковым оптическим беспроводным линиям связи на борту NanoSat-01», семинар по беспроводной передаче данных на борту космических аппаратов - технологии и приложения », 14 апреля - 16, 2003, ESA / ESTEC, Нордвейк, Нидерланды.
  13. ^ Гектор Guerrero, Игнасио Arruego, Сантьяго Родригес, Майте Альварес, Хуан. Х. Хименес, Хосе Торрес, Патрис Пелиссу, Клод Каррон, Инмакулада Эрнандес, Патрик Планке, «Беспроводная оптическая связь внутри космических аппаратов», Труды 6-й Международной конференции по космической оптике (ICSO), ESA / ESTEC, Нордвейк, Нидерланды, июнь 27–30, 2006 г. (ESA SP-621, июнь 2006 г.)
  14. ^ Контракт ЕКА 16428/02 / NL / EC, Оптические беспроводные линии связи для внутриспутниковой связи. «Проверка оптического физического уровня для бортовой передачи данных в оптическом контексте» (PDF) . ЕКА Мультимедиа .
  15. Перейти ↑ Buchner, Stephen & McMorrow, Dale (2005). «Однократные переходные процессы в линейных интегральных схемах» (PDF) . НАСА . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ Сантьяго Родригес, Игнасио Арруэго, Никос Карафолас, Патрис Пелису, Франсиско Тортоса, Бернар Элисон, Майте Альварес, Виктор Апестиге, Хоакин Аскуе, Хуан Барберо, Клод Каррон, Хорди Каталан, Хосе Рамон Де Минго, Хосе Анхель Домингес, Хосе Анхель Домингес, Хосе Анхель Домингес -Прието, Хуан Хосе Хименес, Деметрио Лопес, Франсиско Лопес-Эрнандес, Альберто Мартин-Ортега, Хавьер Мартинес-Отер, Джеральд Меркадье, Франсиско Перан, Аая Перера, Рафаэль Перц, Энрике Повес, Хосе Рабадан, Мануэль Рейна, Хоакин Ривас Руо, Хулио Руфо, Клаудиа Руис де Галатерра, Денис Шейдель, Кристоф Тероуд, Марко ван Уффелен, Хайме Санчес-Парамо, Эррико Армандилло, Патрик Планке, Гектор Герреро, «Оптическая беспроводная внутрикосмическая связь», Труды 7-го ICSO (Международный Конференция по космической оптике) 2008 г., Тулуза, Франция, 14-17 октября 2008 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт INTA (на испанском языке)
  • Nanosat 01 Космическая страница Гюнтера.