"Мы покажем, чем космодром живет сейчас, из чего он состоит и постараемся посетить самые необычные потайные места, куда редко пускают журналистов", - говорится в описании программы.
Съемки проходили на космодроме прошлой осенью и стали продолжением (https://m.tvzvezda.ru/schedule/programs/201412231323-1cpc.ht...) спецрепортажа о "Протоне":
В предыдущих двух материалах мы говорили про сам спутник-сервер RUVDS и сложности, которые возникали в процессе его создания. Для тех, кто подключился к нам только сейчас, это статьи: Космические системы становятся персональными, а серверы — космическими. Зачем RUVDS свой пико-спутник и Сложности проектирования своего пико-спутника. Или спутник разработать — не блинов напечь.
А сейчас отвлечёмся от создания самого спутника-сервера, и перенесём своё внимание на средства его доставки в космос. Ведь в этом проекте новый не только форм-фактор, но и способ его доставки. Спутники тайнисат, как и кубсаты, запускаются с помощью пусковых контейнеров, но основная идея при создании нового форм-фактора заключалась в том, чтобы уменьшить количество новых разработок, которые бы привели к изменению способа доставки спутников в космос.
Так, пусковой контейнер для спутников формата тайнисат — это по сути, «материнский» космический аппарат форм-фактора кубсат. Получается такая «матрёшка». Кубсаты запускаются с помощью своих пусковых контейнеров, которые уже хорошо распространены на ракетах-носителях, как отечественных, так и иностранных. А уже кубсат несёт на себе пусковой контейнер тайнисат.
Рисунок 1. Концепция запуска кластера тайнисатов на орбиту
В этом проекте разработкой миссии по доставке тайнисатов целиком занимается наш давний партнёр — компания «Стратонавтика». Мы проводили с их помощью запуск «сервера» в стратосферу («Сервер в облаках 2.0. Запускаем сервер в стратосферу»), ну а теперь они помогут нам улететь ещё выше — в космос! Наш спутник полетит на орбиту в составе космического аппарата «СтратоСат ТК-1». О нём мы и поговорим в этот раз.
Космический аппарат «СтратоСат ТК-1» готовится к полёту в космос по программе Фонда Содействия Инновациям (Space-π). Космический эксперимент заключается в том, чтобы доставить на орбиту тайнисат, на котором школьники и студенты смогут провести собственные эксперименты. Индустриальным партнёром эксперимента стала наша компания. RUVDS предоставит школьникам-участникам программы Space-π, а также читателям Хабра возможность принять участие в испытаниях сервера. За ходом испытаний смогут наблюдать радиолюбители со всего света. Инструкции о том, как ловить сигнал и расшифровать его, напишем ближе к пуску.
Кроме самой доставки «СтратоСат ТК-1» должен будет заснять момент раскрытия пускового контейнера и «посмотреть» на разделение аппаратов. Во-первых, это нужно для вторичного контроля элементов раскрытия контейнера и расхождения тайнисатов (основной осуществляется контактами разделения). Ну, а во-вторых, это красиво!
Видео с процессом выведения кубсата Phoenix из пускового контейнера с борта МКС. Как пример зрелищных космовидео
Космический аппарат «СтратоСат ТК-1» состоит из спутниковой платформы, разработанной компанией «Геоскан», и самого пускового контейнера. Пусковой контейнер разрабатывается совместно с компанией «Малые Космические Системы». Спутниковая платформа — это уже опытная серия, и первый космический аппарат на базе неё был запущен 09.08.2022 в составе космического аппарата Эдельвейс. Про него мы тоже упоминали, так как подсмотрели у них, где брать солнечные панели (об этом в предыдущей публикации о проекте).
Рисунок 2. КА Геоскан-Эдельвейс. «СтратоСат ТК-1» будет использовать ту же спутниковую платформу
Пусковой контейнер — это совершенно новая разработка, и подходить к его созданию надо точно так же, как к разработке и самого космического аппарата.
Началась разработка с создания концепции пускового контейнера. На этой стадии мы «уторговывали» и размер контейнера, и размер самого тайнисата. И так как нам хотелось сделать пико-спутник максимально возможного размера, доступного для запуска с помощью кубсата, мы отказались от форм-фактора покеткуб, который из-за своей пусковой пластины просто не уместился бы в 1U кубсата, и выбрали размер 5 × 5 × 5 см, то есть ровно 8 тайнисатов на 1U кубсата. Чтобы скомпоновать 8 аппаратов, пришлось максимально задействовать возможности пусковых контейнеров стандарта кубсат. Дело в том, что хотя стандарт CubeSat и приписывает размер спутника в 10 × 10 × 10 см, в пусковом контейнере реально образуются свободные зоны, не занятые элементами конструкции, поэтому поставщики контейнеров допускают некоторые вылеты за стандартный размер. При этом стенки самого контейнера станут частью шасси кубсата-носителя.
Рисунок 3. Ранний прототип пускового контейнера
Мы сделали много разных прототипов контейнера, некоторые из них воплотили в виде моделей, напечатанных на 3D-принтере. И на фото вы видите «победившую» концепцию контейнера. Пришлось отказаться от дополнительных механизмов-толкателей в пользу полезного пространства, ну а функцию толкателей для разделения при этом должны будут играть концевые выключатели на самих тайнисатах, которые также являются первичным датчиком разделения и размыкателем цепи питания тайнисатов на этапе выведения.
Но надо понимать, что печатная 3D-модель нужна именно как концепция, с точки зрения машинной обработки она настолько же точна, как карандашный эскиз перед настоящей живописью. Настоящее устройство, которое должно будет полететь в космос, должно быть точным до «соток», такой точности на бытовом 3D-принтере не добиться. Вообще, очень большой вопрос был в том, а можно ли будет её добиться на фрезерном станке с алюминием. Всё-таки речь идёт о механической сборке с движущимися деталями, а не жёсткой конструкции.
Поэтому помимо «карандашного» наброска в пластике мы изготовили и алюминиевые прототипы. Именно такой макет вы видите на следующем фото, вместе с рамами тайнисатов.
Рисунок 4. Алюминиевый прототип пускового контейнера
Отдельно была проверена вся механика контейнера и устройство пережигания замка
Автономные испытания показали себя хорошо. И теперь всю сборку космического аппарата «СтратоСат ТК-1» вместе с макетом спутника-сервера ждут вибродинамические испытания. Они покажут, сработает ли вся механика в условиях, приближенных к натуральным нагрузкам, которые испытывает ракета. Ну а о самих испытаниях мы расскажем в следующей публикации.
Рисунок 5. Спутник «СтратоСат ТК-1» готов к испытаниям
Друзья, весна в самом разгаре — дни становятся дольше и теплее, а ночи всё чаще бывают ясными, но короткими, а с мая по июль в средних северных широтах ночи будут довольно светлыми. Но до конца апреля мы еще успеем увидеть один из самых интересных и красивых метеорных потоков — Лириды.
Для начала сообщу общую информацию, которая касается всех метеорных потоков, действующих в течении года, а таких нам известно порядка сотни (и это только самые значительные).
С античных времен люди обращали внимание на “падающие звёзды” — неожиданно пролетающие в темном ночном небе искорки, которые через несколько мгновений угасали, но звёзд на небе меньше от этого не становилось. Значит, это не звёзды. Было много гипотез, пытающихся объяснить данное явление, использующих электричество, магнетизм и даже сверхъестественные силы. Но в итоге оказалось, что метеор — именно так правильно называется явление, которое именовали “падающей звездой” — это свечение в верхних слоях атмосферы, вызванное сгоранием небольшого камешка — размером например с горошину, грецкий орех или даже с яблоко, встретившегося на космическом пути нашей планеты. Скорость встречи может быть очень большой — десятки километров в секунду, и трение о воздух разогревает, и даже испаряет такой объект в доли секунды.
В итоге от метеоров не остается ничего, кроме газа и пыли. Постепенно всё это оседает на поверхность нашей планеты, за счет чего Земля “толстеет” на 40 тысяч тонн ежегодно.
У метеоров есть терминологические “братья”
Метеороид — небольшое небесное тело, потенциально способное вызвать явление метеора при встрече с плотной атмосферой той или иной планеты.
Метеорит — выпавший на поверхность планеты остаток метеороида, если ему удалось выдержать взаимодействие с атмосферой.
Болид — экстремально яркий метеор, блеск которого превышает блеск Венеры, нередко сопоставим с яркостью Луны. Пролет Болида может завершиться выпадением метеорита. Но не всегда, конечно.
В некоторый момент астрономы обнаружили, что казавшиеся ранее хаотичными, большинство метеоров можно объединить по некоторым признакам. Во-первых, нашлось немало таких примеров, когда метеоры как-будто вылетали из одной и той же точки на небе. Такую точку называют радиантом. Во-вторых, можно объединить метеоры в группы по видимой скорости и по цвету. Последняя характеристика может говорить о химическом составе метеорных частиц — метеороидов.
Анализируя орбиты метеорных частиц, вылетающих из одной и той же точки на небе — из общего радианта — астрономы отождествили их орбиты с орбитами многих комет. И оказалось, что большинство метеорных потоков порождено кометами. Кометы приближаются к Солнцу, нагреваются солнечными лучами, и ледяное ядро кометы начинает таять. Из ледяного плена высвобождаются более твердые — каменные частицы, и они отправляются в собственное путешествие — становятся метеороидами. Большинство из них продолжает двигаться вдоль орбиты кометы, но конечно, с некоторым разбросом. И получается довольно широкий рой, сопровождающий комету.
Орбиты некоторых комет проходят вблизи орбиты Земли, и именно в точках сближения орбит у “кометных попутчиков” появляется шанс встретиться с Землей.
Теперь можно говорить о конкретном потоке
Их еще называют “Апрельские Лириды”, за то, что период их активности выпадает на апрель — с 16 по 26 число. Максимум активности обычно выпадает на ночь с 22 на 23 апреля, но бывают подвижки плюс-минус одна ночь.
Радиант потока расположен вблизи границы созвездий Лиры и Геркулеса, но всё-таки на территории Геркулеса. И это кажется противоречием. Но когда-то давно не было однозначных границ, и к какому созвездию отнести тот или иной поток, астрономы решали по ближайшей яркой звезде. Ближайшая к радианту этого потока была яркая звезда — Вега. А она возглавляет созвездие Лиры. Вот и поток к этому созвездию отнесли. А когда в 1922 году наконец навели порядок с границами созвездий, Лириды оказались в Геркулесе.
Впрочем, радиант не покоится на одном месте, а медленно перемещается в течение периода активности потока. И в последнюю ночь активности Лирид радиант всё-таки входит в пределы созвездия Лиры.
Первое упоминание о “звездном дожде”, истекающем со стороны яркой звезды “Тянь Сунь” (“Внучка Императора Неба”), приходит к нам из древней китайской астрономии, и датируется VII веком нашей эры. Регулярность потока была установлена в середине XIX века, а чуть позже — в 1861-м году была открыта комета, объявленная виновницей “Лирических звездопадов” — C/1861 G1 Тэтчер.
Период обращения кометы Тэтчер равен 415 лет, и следовательно именно с такой периодичностью случается аномально высокая активность потока, когда могут наблюдаться тысячи или даже десятки тысяч метеоров в час. Но такое случится теперь не скоро, ведь в следующий раз комета Тэтчер к нам прилетит только в конце XXIII века. А остальные годы по этой логике поток должен проявлять умеренную активность — порядка 20 метеоров час.
Но не все оказалось так просто. Выяснилось, что помимо Земли метеороидный рой вдоль орбиты кометы Тэтчер сближается с некоторыми планетами-гигантами, которые своим тяготением перенаправляют частицы ближе к Земле. В первую очередь в этом замешан Сатурн. В итоге, раз в 60 лет активность Апрельских Лирид должна усиливаться.
Так и оказалось. Аномальные вспышки активности (до сотни метеоров час) были отмечены в 1922 и 1982 годах — следующую вспышку активности надо ждать около 2040 года.
А сейчас Лириды — спокойный поток. В ночи максимума он может принести до 20 метеоров в час. Наблюдать их надо за городом — там, где нет яркого уличного освещения, а еще лучше — в горах.
Как правило, метеоры Лирид не слишком быстрые (скорость встречи их с нашей планетой 45 км/сек), и не слишком яркие, — как-будто ограничены 2-й звездной величиной — заметить такой метеор не всегда удается. Вроде бы 2-я звездная величина соответствует яркости звезд в Ковше Большой Медведицы. Но когда звезда светит постоянно, увидеть её легко. Когда же объект вспыхивает на доли секунды и проносится по небу, то — существенно сложнее. И при наблюдении метеоров очень важно уметь охватывать широкую часть небосвода вокруг созвездия Лиры целиком, не фокусируясь на какой-то одной звезде.
Правда, случаются и более яркие метеоры, даже болиды. Это вопрос везения, но все же Лириды и на такое способны. Есть даже отдельное название для исключительно ярких метеоров этого потока — «Файерболы Лирид». Иногда от них на небе остается светящийся след на несколько минут. Если вам повезет увидеть нечто подобное, значит Вам улыбнулась удача.
В ночи ближайшего максимума потока Лириды — 22 и 23 апреля 2023 года — Луна не будет мешать наблюдениям, ведь новолуние случится 20 числа (а вместе с ним и затмение — Вы в курсе?).
Актуальное время для наблюдения Апрельских Лирид наступает после полуночи, когда созвездие Лиры поднимается над восточной частью горизонта. Начинать наблюдения можно с 1-2 часов ночи, и продолжать до начала утренних сумерек, которые в средней полосе России могут наступить уже в 3 — 3:30 утра — всего-то полтора-два часа удовольствия. Не пропустите его.
Предыдущий пост: Космические системы становятся персональными, а серверы — космическими. Зачем RUVDS свой пико-спутник
Инженерная разработка, или в данном случае опытно-конструкторская разработка по созданию пико-спутника-космического сервера, гораздо ближе к исследовательской деятельности (недаром ОКР часто объединяют с научным исследованием, чтобы получился НИОКР), чем к производству.
Классическое планирование «водопадом» тут не работает. Программисты это давно поняли и перешли на гибкие методологии разработки, а вот космическая техника до сих пор под гнётом нормативной документации, которая в лучшем случае похожа на «спираль».
Когда вы печёте тысячный блин, вы можете уверенно сказать, сколько у вас это займёт времени. Да, будет вариативность в сроках поставки ингредиентов, нагрев плиты займёт какое-то время, но всё равно процесс довольно прогнозируемый. Другое дело — создание космического аппарата, где «вновь открывшиеся обстоятельства» в виде очередного инженерного расчёта диктуют переделку всей конструкции и меняют все запланированные ранее работы.
Вот и мы рассчитывали к концу января уже получить опытный образец спутника для испытаний, а получили очередную итерацию разработки. Но при этом считаем своим долгом рассказать читателям о прогрессе в нашем проекте.
▍ Проектный облик спутника
Как бы то ни было, за два прошедших с предыдущей публикации месяца был полностью сформирован проектный облик спутника. Тайнисаты получили свой типоряд. Как уже писали в первой статье, они унаследовали логику модулей у стандарта кубсат, но чтобы не путаться, мы называем такие модули tiny Unit/tU.
Рисунок 1. Типоряд шасси тайнисатов от 1tU до 3tU
Можно сказать, с этой стандартизацией и возникла самая большая сложность. Размера самого маленького кубика недостаточно для установки самого популярного солнечного элемента 40×80 (напомню, размер 1tU = 1/8 U = 5 × 5 × 5 см). Его можно было бы установить на тайнисат размером в 2 tU, но что делать с торцевыми панелями? И проблема незанятого места сохраняется для спутников дальше по типоряду. Поэтому командой разработчиков из Малых космических систем было принято решение унифицировать солнечные панели.
Помимо нашего космического сервера, в первый космический полёт в образовательных и научных интересах отправятся ещё 5 тайнисатов 4 × 1tU и ещё один 2 tU. Вместе с нашим они составят полезную нагрузку космического аппарата СтратоСат-ТК1.
Благодаря унификации солнечных панелей эта составная часть тайнисатов стала практически серийной. Но чтобы ей стать, нужно было найти надёжный солнечный элемент. Но об этом чуть дальше.
Начинка нашего аппарата в общих чертах описана ещё в предыдущей статье, а сейчас конкретику писать сложно, так как было сказано во вводном слове, изменение одного узла может привести к изменению остального, и мы не уверены, что до запуска ничего не поменяется. Однозначно про состав аппарата можно будет сказать только когда он будет передан на пусковую кампанию.
▍ Сложности проектирования
В поисках солнечных элементов мы отсмотрели чуть ли не все запущенные ранее покеткубы. На всём, что длиннее 5 см, конечно же, обнаружились стандартные элементы 40×80.
Рисунок 2. Слева — QubeScout S1, Справа — Unicorn-2
На кубиках же поменьше начала появляться вариативность, например, на таких аппаратах, как SMOG-1 или ATL-1 установлены подозрительные «половинки» от 40×80. Как показали наши изыскания, некоторые элементы действительно имеют два диода на кристалле и могут быть разрезаны. Нюанс в том, что так можно разрезать не каждый элемент, и те, что мы могли бы купить в России, так разрезать не получится. В отечественных тоже два диода, но делятся они на два «треугольника», а не пополам.
Рисунок 3. Слева — ATL-1, справа — SMOG-1
Мы смотрели и другие покеты, и просто отдельно солнечные элементы. Большинство из них нам не подходили конструктивно по толщине, но чаще они не подходили, потому что их просто не отгружают в Россию.
Тогда мы пошли несколько другим способом и начали смотреть, что ставят на маленькие спутники в России, но так как у нас пико-спутников ещё не запускали, то смотрели мы кубсаты. И среди кубсатов, разумеется, варианты не стандартного размера 40×80.
Рисунок 4. Кубсат 1,5U Ярило
Кубсаты Ярило разработки МГТУ им. Баумана использовали ФЭПы, которые в большом количестве можно найти на Алиэкспресс. Там ли они закупали свои элементы или нет, неизвестно, но очень похожи. Такие элементы мы тоже рассматривали, но отказались, потому что:
• они или без защитного покрытия, или со слоем эпоксидной смолы большой толщины;
• без всяких гарантий для работы в космическом пространстве.
Похожего типоразмера элементы также производит компания Телеком-СТВ.
Рисунок 5. Солнечные панели Телеком-СТВ
Но нам они тоже не подошли по толщине. Телеком-СТВ производит панели сразу на текстолитовой подложке, а нам нужны были именно элементы.
В итоге помощь пришла от коллег по программе Space-π, которые производят платформу для миссии СтратоСат-ТК1, на которой полетит наш пико-спутник. Они познакомили нас с производителем своих панелей.
Рисунок 6. Эдельвейс
И в отличие от зарубежных поставщиков, коллеги оказались совсем рядом. Научно-технический центр Тонкоплёночных технологий расположен в Санкт-Петербурге. Коллег заинтересовал наш проект, и мы провели серию экспериментов по подбору подходящего размера ячеек.
Рисунок 7. Тестовые конфигурации солнечных панелей
В результате этих экспериментов и родилась та самая солнечная панель, которую вы видите на проектном облике спутника RUVDS.
Рисунок 8. Проектный облик тайнисата RUVDS
Пока же наш космический аппарат выглядит как-то так.
Рисунок 9. Составные части пико-спутника
Блины блинами, водопад водопадом, а дедлайны есть даже в космических проектах, и в нашем случае он продиктован датой пуска миссии, которая на текущий момент запланирована на конец мая. Поэтому дожидаемся из производства оставшиеся составные части, собираем космический аппарат и на испытания! Ждите продолжения и новых публикаций — нам не терпится показать вам наш космический сервер в сборе.
Статья с хабра.
Вступление
Хостинг-провайдер RUVDS и компания «Малые космические системы» разработают спутник-сервер, размер которого составит 5 на 5 см. Об этом сообщили ТАСС в компании RUVDS.
Так вот, я ко-фаундер или как теперь стоит говорить соучредитель Малых космических систем и хочу вам рассказать подробнее о том, что это за спутник TinySat размером 5 на 5 см (Забыли ещё один размер — 5 × 5 × 5 см, так что речь о кубике, а не о квадратике).
Все знают, что такое кубсаты, было масса материала и на хабре и вообще их запуски — это уже обычное дело. Только РФ за последние 3 года запустила 9 кубсатов:
05.07.2019 — «Сократ», «АмурСат» и «ВДНХ-80». МГУ, АмГУ и МГУ соответственно. Ну ВДНХ, ок, можно не считать он не очень-то и студентческий;
28.09.2020 — «Декарт», «Норби» и «Ярило». МГУ, НГУ, Бауманка;
22.03.2021 — CubeSX-HSE и CubeSX-Sirius-HSE. ВШЭ и центр «Сириус».
Рисунок 1. Состав студенческой группировки Универсата
И если кубсаты — это нано-спутники массой от 1 до 10 кг. Хотя вполне встречаются кубсаты и тяжелее 10. То вот TinySat это уже однозначно пико-спутник. Пико спутники весом от 0,1 до 1 кг.
Форм-фактор кубсатов стал настолько популярным, что практически стал катализатором NewSpace экономики и доступа частных компаний-стартапов в космос. Каждый второй кубсат, запущенный в космос, теперь коммерческий. Но родился то этот формат ради науки! А тут пришли коммерсанты, и давай выкупать все места на ракетах.
Учёные люди пытливые, и в ответ на эти непотребства решили придумать форм-фактор ещё меньше. И придумали PocketQube. По размеру он ещё меньше кубсата, и занимает примерно 1/8 часть. Это кубик с гранью 5 см весом до 250 граммов. На самом деле придумали его не вчера, а ещё в 2009 году (Через десятилетие после кубсата), первые покеткубики полетели в 2013 году, и с тех пор их было запущено не более десятка.
Иначе говоря, если провести аналогии, то традиционные геостационарные аппараты — это десятки миллионов долларов, традиционные низколёты — просто миллионы, кубсаты — это сотни тысяч, а вот покеткубы — это уже десятки тысяч, а то и тысячи долларов. Например, мой самый любимый проект $50Sat — это именно покеткуб. Стоить он должен был судя из названия — 50$, но обошёлся в 200$, что лишь подтверждает тенденцию космических проектов увеличивать бюджеты в четыре раза даже для таких маленьких проектов.
В рядах пико-спутников ещё нет де-факто стандарта такого как кубсат, но покеткубы, как претендент — лидирует в этом форм-факторе. Хотя встречаются и кубсаты размером меньше 0,5U, которые тоже попадают в эту весовую категорию.
Посмотрим на парочку примеров.
Это мой любимый пример, потому что в нём чувствуется дух старой школы. Такой настоящий спутник из гаража. Это именно то, что мы хотели бы принести своим стандартом, но о нём попозже.
Рисунок 2. Внешний вид $50Sat
Основная цель проекта 50$Sat — создание доступной по цене платформы для получения студентами реальных навыков работы с космическим аппаратом. КА был успешно выведен на орбиту РН Днепр 21.11.13 в составе КА UNISAT-5 (МКА, который, в свою очередь, нёс на себе несколько кубсатов и покеткубов).
Вся документация по КА открыта и доступна на сайте проекта.
У компании Swarm очень интересная история. Сначала FCC (Американская комиссия по коммуникациям) не хотела давать им разрешение на пуск аппарата, так как на тот момент это был самый маленький спутник и были опасения, что его невозможно будет отследить.
Тогда компания в обход запрета на пуск запустила спутники с индусами. За что была оштрафована, но тем не менее продемонстрировала и то, что спутники прекрасно отслеживаются, и то, что в таком форм-факторе реально собрать спутники для коммерческого использования.
По факту у компании Swarm сейчас самые маленькие спутники, которые уже оказывают коммерческую услугу — ¼U (11 x 11 x 2.8 cm, размеры чуть больше привычных 10×10, потому что они ловко используют возможности пусковых контейнеров. Видно на фото).
Рисунок 3. Внешний вид КА SpaceBEE 0.25U CubeSat компании Swarm
Про этот проект есть подробная статья на хабре, поэтому про него много писать не буду.
Что же тогда из себя представляет TinySat, и почему мы говорим о нём как о стандарте/форм-факторе, а не просто как об экземпляре пико-спутника?
Узкое горлышко многих пико-спутников — это доставка в космос. Сам-то спутник можно сделать за копейки (В космических масштабах), а трудности возникают, когда хочется отправить его в космос. Решение с половинами или четвертинами кубсатов достаточно удачное и могут использовать существующую инфраструктуру запуска кубсатов, но не всем проектам подходит плоская компоновка.
А первый по популярности форм-фактор покеткуб для запуска использует направляющую пластину и поэтому требует собственного пускателя. Такой есть у английской компании Alba Orbital и у института Гаус, который собирает образовательные кубсаты и покеткубы и запускает их с космического аппарата-носителя. Это серия космических миссий Unisat (Не путать с нашим универсатом! См. часть про $50Sat).
Собственно наше «ноу-хау» состоит в том, что мы придумали использовать для запуска пико-спутников кубсат-носитель и его пусковую инфраструктуру, а по размеру сделать стандарт, совместимый с покеткубом. Поэтому возможностей запуска станет столько же, сколько у кубсатов. Т.е. если не на каждой ракете, то на каждой второй. И спутник по-прежнему можно будет сделать в гараже.
Рисунок 4. Процесс доставки тайнисатов при помощи материнского спутника CuneSat
Первый такой кубсат отправится в космос в 2023 году с грузом образовательных тайнисатов, полезную нагрузку для которых придумывали школьники в рамках проекта Space-π Фонда Содействия Инновациям. И сейчас большую его часть составляет, вполне обыкновенный кубсат. Во-первых, можно рассматривать его как некую космическую лабораторию, которая будет с минимального расстояния контролировать первые тайнисаты, во-вторых, это же и видео-оператор, который должен заснять процесс доставки первых тайнисатов. В-третьих, он может выполнять функции ретранслятора, если в расчёте или реализации бортового радио были допущены ошибки.
В последующем соотношение доставляемых тайнисатов к бортовым системам кубсата-носителя будет сокращаться, вплоть до заполнения всего объёма кубсата тайнисатами, а управляющая электроника отправится на боковые стенки. Мы тоже умеем хитро использовать доступное пространство в пускателях кубсатов.
Несмотря на размер, спутник включает функционально все системы, которые есть у спутника.
Рисунок 5. Общий вид базовой комплектации Тайнисата
Это и бортовой компьютер, и система ориентации, и система питания и радио и управление полезной нагрузкой и средства обеспечения теплового режима.
Да, конструктивно они сильно проще, чем у «взрослых» братьев, но для проектирования их все надо иметь в виду.
В качестве платы управления полезной нагрузкой используется готовый компьютер NanoPi NEO. Поэтому свои идеи вы можете реализовывать в стиле проекта на Распбери Пи. Ну и чтобы не скучно было, в базовую конфигурацию включена простенькая камера. Такая идея.
Дальше пару слов о подсистемах, но без конкретики. Не то чтобы это была большая тайна, но просто мы сами пока окончательно не определились с составом. В наш первый полёт помимо самого сервера RUVDS полетит три версии базового блока. Кроме того, идеология стандарта и родство с покеткубом как бы приглашает взяться за какой-то из узлов и сделать его самостоятельно.
В качестве бортового компьютера рассматриваются микроконтроллеры общего назначения. На трёх демонстрационных тайнисатах будут варианты как с ардуино, так и с популярным микроконтроллером семейства СТМ.
Главное отличие от более взрослых спутников тут скорее в том, что весь спутник рассматривается как один прибор, и, соответственно, для обмена между подсистемами применяются интерфейсы I2C, SPI, UART, а не более сложные CAN, RS и т.д.
В базовой комплектации мы рассматриваем три основных варианта ориентации. Первый самый простой — её отсутствие. Второй — пассивная магнитная ориентация, когда на спутник устанавливается постоянный магнит таким образом, чтобы спутник был сориентирован в магнитном поле Земли нужным образом в регионе с наземной станцией. И третий — активная магнитная ориентация.
Этот вариант хорошо зарекомендовал себя в кубсатах и вполне реализуем и в тайнисатах. Так как места в спутнике не сказать, что много, то магнитные катушки вытравлены в печатных платах солнечных панелей.
В дальнейших планах есть идеи использовать и маховики. Такие опыты уже проводили с покеткубами, значит, и с тайнисатами получится. Тут главное помнить, что аппарат весит меньше килограмма, поэтому и маховики для его ориентации нужны довольно миниатюрные. Не нужно представлять себе колёса размера даже как у кубсатов. Скорее надо представить себе моторчики самых маленьких квадрокоптеров.
Также можно подумать и об использовании различного рода движителей. Опять же, для покеткубов такие эксперименты проводились. И именно для этого нужны пико-спутники — снизить цикл разработка–наземные испытания–натурные испытания в космосе. После которого уже можно масштабировать технологии на бОльшие космические аппараты.
Тут отличий от кубсата практически нет. В качестве генератора электрической энергии используются солнечные панели, хранится энергия в литий-ионных аккумуляторах. Но если на кубсатах распространены 18650, то в тайнисат такой аккумулятор не влезет. Но среди стандартного типоряда есть элементы 18350, которые уже влезают без всяких препятствий.
Хотя стоит признаться солнечные панели — это одна из самых сложных частей всего проекта. Потому что в базовый кубик стандартные космические призмы 40×80 не влезают. А это самый массовый элемент. Зато он прекрасно влезает на спутник размером в два кубика.
Всё чаще мы видим, что в качестве бортового радио на покеткубах применяются чипы для IoT американской компании Semtech с применением протоколов IoT. Мы тут не стали исключением, так как управляться первые спутники будут в радиолюбительских диапазонах, то такие SDR-на-чипе, как SX1278 — подходят отлично.
Это одна из самых вырожденных систем на нано- и пико-спутниках, так как они невелики по объёму и по массе. Тем не менее в составе спутников есть литиевые элементы, которые совсем не заряжаются при отрицательных температурах. Поэтому все средства обеспечения сводятся к двум вещам:
Моделированию теплового режима, который подтверждается тепло-вакуумными испытаниями. И настройка подогрева аккумуляторов.
Ну и напоследок самое вкусное. А какие же задачи могут выполнять такого рода спутники? Понятна их ценность как DIY-комплекта, готового для сборки в гараже и запуск просто потому, что это круто!
Сюда же можно отнести и работу со спутником как таковым, т.е. обучение процессу разработки, изготовления, испытания, эксплуатации и вывода из эксплуатации спутниковой системы. Тайнисат — это дешёвая альтернатива, на которой аэрокосмические инженеры могут выполнять свои дипломные проекты. Так, первая партия тайнисат запускается в образовательных и исследовательских целях.
Рисунок 6. Полный жизненный цикл космической техники «из гаража»
Но в то же время на примере покеткуба мы видим, что в таком форм-факторе уже есть спутники для съёмки земли, спутники для связи и, в частности, интернета вещей. Масса технологических экспериментов. Как говорил классик И. В. Гёте: «Лишь в ограничении познаётся мастер» 😊
Как контроллер, на базе которого разрабатываются полезные нагрузки, взята Raspberry-Pi’подобная плата — NanoPi NEO. Конечно, хотелось бы использовать прямо RPI, но в базовый кубик она не помещается. А NanoPi идеально подходит по габаритам и достаточно хорошо описан.
Индустриальным партнёром одного из тайнисатов первого пуска стала компания RUVDS.
Космический сервер — это хороший пример космического эксперимента, в котором проверяется концепция и функционал, а не конструкция. Очевидно, что это не сервер в 19 дюймовой стойке. Но на NanoPi вполне возможно будет поднять простенький веб-сервер, запросить страничку с которого сможет любой радиолюбитель. Опытные радиолюбители разберутся сами, а для новичков мы опубликуем дальше всё то, что нужно сделать, чтобы собрать станцию у себя дома. По сути, это проект приёмника на RTL-SDR.
Почему компания отказалась от предыдущего плана провести космический эксперимент на отдельном кубсате? По той же причине. Ни тайнисат, ни кубсат не смогут в полной мере заменить профессиональное серверное оборудование, а проверить функциональные решения на тайнисате можно гораздо дешевле. Тем более в случае с кубсатом функции пришлось бы делить с другими полезными нагрузками спутника, а в случае пико-спутника моделируется ситуация полноценного спутника, который целиком выделен для решения поставленного космического эксперимента.
Однако, так как главным требованием в сервере, пусть и не очень мощном, является аптайм — для реализации будет использован вариант тайнисата из двух блоков. На них будет стоять привычные солнечные панели 40×80, которые обеспечат большую энергетику.
Не стоит ждать от такого сервера новейших страниц на много мегабайт. Скорее всего, будет что-то попроще. Читатели постарше вспомнят интернет времён диал-апа, а молодые читатели смогут прочувствовать на себе то золотое время, когда приходилось ждать коннекта, который мог и не случиться с первого раза, а странички открывались не спеша. Для имитации тех времён характеристик NanoPi хватит с лихвой.
Что из этого получится? Увидим ближе к испытаниям космического аппарата.
Продолжение:
Оборудование:
-телескоп Celestron 102 SLT
-монтировка Celestron Nexstar SE
-клин Гершеля Lacerta
-светофильтр ND3
-светофильтр Baader Solar Continuum
-астрономическая камера ZWO ASI 183MC.
Место съемки: Анапа, двор.
