Як народився поліІТАН-1 в лабораторіях КП

Розробка та виробництво
Супутник досить давно засвоював, хоча план розробки не було так, ми можемо сказати, що є бажання розпочати розвиток супутника без офіційної підтримки українського космічного агентства та наявність супутника на ранній стадії розвитку в планах Національного технічного університету України «КПІ». Бажання виникати з синього, кафедри атомних електростанцій та інженерної теплофізики на тепло-енергетичному факультеті КПІ має давню історію тісної співпраці з космічною галуззю. Таким чином, для охолодження та термостабілізації електроніки на штучних супутниках Sich і Ocean, космічні зонди Vega і Phobos, кілька німецьких і одного чеських супутників використовували наші теплові труби. Але навіть факультетом, щоб витягнути повний спектр робіт неможливим, адже вони шукали фахівців на інших факультетах – розробити запрошених співробітників з ФЕЗ, ФЕЛ, РФТ, зібраної інформації та провели різні консультації на конференціях, оскільки це ще і перший супутник. В рамках роботи, яка може бути виконана під приводом спеціалізованих досліджень факультету. Природно, більшість пізнішого мала бути переробленим, але досвід роботи в такому випадку не зайвий.

Наприклад, перша версія супутникового тіла, пошита сотоппанелями сантиметра, виглядала так.


Як було зібрано інформацію, виявилося, що багато проблем можна уникнути, виводячи супутник в формат CubeSat і сплативши простір в групі, запустивши інші супутники. товщину сотопарів знизилася майже в три рази, не потрібно відмовляти механізм, а сам супутник повинен вільно вписуватися в тестовому дизайні, який називається каністром і був дуже запропонований нам ISIS, Delft (Holland).

Квадроцикл Пакет тест каністра (можна викликати його платформу) для перевірки розмірів, супутник всередині повинен вільно ковзати.


Робота на тривимірній моделі супутника не є проблемою, до креслення додається лише специфіка простору з обов’язковою вказівкою координатної системи проектування, пов’язаної координаційної системи та орбітальної координаційної системи, а також спрямованість датчиків у цих координатних системах. Алгоритми орієнтація потребують коректної трансформації результатів вимірювання за допомогою матриць переходу з однієї координатної системи до іншої. Крім того, тривимірна модель є найпростішим способом розрахувати центр маси і моменти інерції супутника з відкритими антенами.

На нашому TEF спеціалістом вбудованих систем, що найняти спеціально для роботи з супутником. У процесі тестування ми встигли записати COM-порт на GPS-приймачі кілька разів.

Перший варіант оплати BVK.


Розроблення радіолінії проведено на радіоінженерному факультеті КПІ, були покладені два радіоканали: один працює в аматорському діапазоні ВХФ при частоті 437.675 МГц (довжина хвилі ~ 70 см) і служить для передачі сигналу бокону в телеграфі (СВ) і телеметрії на швидкості 9600 біт / с, а також інших для передачі даних в аматорському радіо діапазоні 145 МГц.

Фото під час обробки платежів.


Коли вона вже працювала, особливо рада з практикою отримання / передачі даних разом з Платою BVC. За два місяці в лабораторії була «скак» від основного приймача. Ви можете послухати на сайті аматорського радіо UY2RA.

Учні з RTF та TEF взяли участь у встановленні антени обладнання на даху будівлі п’ятого РГБ та укладанні кабелів з даху до сьомого поверху, де у нас є контрольний центр.

Наші антени


Оплата підсистеми живлення з підставками для проводів. Розроблено аспірантом факультету електроніки KPI, він також вибрав акумулятори LiFePO3 і написав програмне забезпечення для його дошки.


Всі дошки виготовлялися на Київській раді.

Збір дощок разом, протягом тривалого часу працював різними алгоритмами і режимами супутника. Нормальний стан робочого місця: джерело живлення за допомогою напіврозбірного пристрою, що імітує сонячні батареї, що потрапляють в тінь Землі, живлять супутник з батареями. Ми перевірили, в яких режими роботи батарей, і в яких вони не працюють.

Фото показує два супутники в різних конфігураціях.


Для управління орієнтацією в таких невеликих супутниках зазвичай використовують магнітні котушки, які взаємодіють з магнітним полем Землі і обертають супутник. Цікаво, що для їх розрахунку було використано стару книгу понад 35 років тому Коваленко А. П. «Магнітні системи управління космічних апаратів» 1975 р. На фазі знеболювання, резистори з двоколірними діодами були пропалені замість котушок, які можна знайти на фото вище.

Якщо ми говоримо про складність програмного забезпечення BVK, простіше перерахувати реалізовані завдання:

• режимі реального часу на борту з GPS специфікацією;
• супутникові режими та їх комутації на основі різних даних;
• модуль роботи з циклограмами;
• робота з GPS / GLONASS приймачем за допомогою протоколу BINR;
• протокол MODBUS;
• робота з флеш-пам'яткою для зберігання телеметрії;
• модуль збору та зберігання телеметрії в архіві;
• алгоритми навігації (обґрунтування та уточнення орбіти за даними GPS);
• Алгоритм орієнтації і стабілізації;
• модуль керування котушкою;
• робота з датчиками магнітного поля, кутових отворів, спрямованих на Сонце;
• взаємодія з платами живлення та радіолінією;
• механізм введення ядра в режим сну, щоб зменшити споживання електроенергії при відсутності виконуваних завдань;

Необхідна кількість програмного коду для потреб супутника на програмування його трьох плат не закінчується. Для практичної навігації, спрямованості та стабілізації в матлабі було написано тренажер супутникового польоту на орбіті з імітацією вимірювань кутових датчиків швидкості, магнітометрів та датчиків напрямку до Сонця. Центр наземного управління також вимагає програмного забезпечення для оформлення та зберігання архівів повної супутникової телеметрії, щоб створити циклограми і відправити їх на супутник, щоб контролювати реконфігуровані параметри супутника, всі через протокол MODBUS. Доручити програмування наземних станцій студентам 3-4 роки до запуску не було кращого рішення. Після того, як код був повністю переписаний з нуля, а студенти, які закінчили навчання, за рахунок своєї роботи, не змогли знайти час, щоб підтримати програмне забезпечення, яке було створено. Крім того, радіоаматорів потрібна невелика програма для парсерської телеметрії з пакетів маякону.

Датчик напрямку сонця. У КПІ проведено розробку та виробництво. Якщо ви описуєте пристрій датчика в шкаралупі, це невелика сонячна батарея з чотирма ділянками поточного захоплення, покрита опаклою панеллю з двома взаємно перпендикулярними слотами. Виходи з фотокліпу доходять до чіпа, щоб посилити сигнал, який можна додатково виміряти ADC на дошці BVC. Після обробки даних ви можете отримати векторну точку до Сонця.

Наш датчик фотокліпу.

Сам датчик з закритою панеллю, на зворотному боці є чіп підсилювача сигналу.


Зовсім достатньо, найбільша проблема в тестуванні датчика була знайти двовісний поворотний стенд для нього з маркуванням кутів. Для якості освітлення було відповідально нашим симулятором атмосферного сонячного випромінювання, а саме на теплових вакуумних випробуваннях нашого супутника. Що буде трохи нижче в тексті.

Вишуканий стенд.


Під час процесу калібрування не варто забувати, що планета Земля також вдало відображає світло і слід враховувати помилки.


Датчики постійного відстеження вектора напрямку до Сонця повинні бути на кожній стороні супутника, але в нашому випадку є менше.

Тестування
Вибраційні тести. Тестування на обладнання радянського виробництва. Супутник повинен витримати коливання і не розпадати. Відомості про перевантаження залежать від пускового транспортного засобу і в нашому випадку мали наступні значення: осьове поздовжнє перевантаження - 7,5 г, поперечне перевантаження - 0,8 г, інтегральне акустичне навантаження - 140 дБ.

Фото вібраційний стенд, на жаль, тільки з мобільного.


Термовакуумне тестування. Проведено повністю відділом на одному з кафедр www.lab-hp.kiev.ua. Під час випробувань були розроблені умови та вплив космічних чинників: низька температура, вакуумне, сонячне та наземне випромінювання, чорність простору, що впливають на температурний режим електронного обладнання та його надійність. Тепло-енергетичний факультет спеціалізується на цьому, тому що тести проводилися самостійно з докладним описом програм, методів і випуском наукових статей. ПоліITAN-1 захищений від холоду зовнішнього простору нашими сутопанелами, які є легким алюмінієвим клітинним агрегатом (клітини 5 мм, високі від 0,023 мм, товстої фольги), запечені з двох сторін з вуглецевим волокном, що обклеюють діелектричним поліимідом.

Сутопанелі вірні з алюмінієвими кришками.


Симулятор сонячної радіації повинен забезпечити 1400 Вт на квадратний метр, для великих об'єктів він може бути схожим на сонячну панель і помістити в вакуумну камеру разом з предметом. У нашому випадку імітатор зовнішній. Джерело світла проникає в вакуумну камеру через невелике вікно і вікно в кріопанелі - азотний екран з температурою -193 ° С і ступенем чорності більше 0.93.

Білі палички - це тільки термопари для регулювання температури.
р.

Відкрита термовакуумна камера, видимий внутрішній азотний екран з термопарами, застаріла версія супутника виходить з віконного слота.


На фото загальний вигляд обладнання, зліва - пістолетний тренажер сонячної радіації, а вакуумна камера з вікном важко не розпізнати.

Результати випробувань показали коливання температури на обличчі наносупутних сонячних панелей від -32 ° С в тіні до 65 ° С під сонцем. Температура всередині супутника в межах допуску на обладнання. Акумулятори зберігалися в межах +5 ... +9 ° С, мікроконтролер прогрівається від +5 до +23 ° С.

Заява на випромінювання. На мікротроні Інституту електронної фізики НАН України, м. Ужгород. Випробувано ступінь деградації електронних компонентів та сонячних панелей наносупутника. З чого я розповів, що ситуація така: електрони з енергією 7 МВ вилітають з мікротрона і вибивають гамма-випромінювання з екрана, який вже потрапив до робочої дошки і сонячних панелей. Опромінення триває близько трьох годин (в двох підходах 5578 s + 5578 s) імітує вплив випромінювання на 18 місяців в ближньому космосі. Дошки почали не виконуватися з кінця першого 1,5 годин тестування. Ступінь деградації сонячних батарей становить лише 3-5% і розрахована на основі поточного, що приймається до і після проведення випробувань при однаковому світлі потоку.

Фото мікротрона М-30 з сайту ІФ.


калібрування датчика. Всі датчики на супутнику повинні бути калібровані. Деякі з них є найважливішими, оскільки вони використовуються в орієнтації і стабілізації. Це магнітометри, датчики кутових олівок (ACS), датчики напрямку до Сонця. Решта пов'язана з станом супутника: датчики температури, а також умовні датчики для розкриття антени, заряду акумулятора, струму від сонячних панелей, і споживаного струму різних підсистем. Про сенсорний напрямок до Сонця описано вище, калібрування інших датчиків, необхідних для орієнтації, проводилося поза КПІ. Наш супутник використовує дублікати, загальний з дванадцяти датчиків DUS і магнітометрів. Всі вони електронні компоненти на борт BVC. Серед недоліків можна згадати про екстремальну неточність DUS при низьких швидкостях, а магнітометри повинні ідеально бути зовні, не всередині супутника, що додає спотворення від дизайну супутника до їх помилки.

Тестування GPS / GLONASS приймача та наших алгоритмів навігації. Компанія «Навіс-Україна» в м. Смелья дала можливість перевірити нашу навігацію на їх обладнання. Для нас важливо перевірити надійність математичного розрахунку та уточнення орбіти на реальні дані від прийому сигналу GPS / GLONASS на антени та використання розрахункових даних для орієнтації супутника. Симулятор GPS / GLONASS дозволяє імітувати сигнал, що надходить від навігаційних супутників, так як якщо ми літаємо на даній орбіті. Такий пристрій досить дорогий і він повинен бути включений в програмне забезпечення, яке переводить значення послідовних точок орбіти або точок наземного маршруту в файл даних для тренажера. Для вказаного часу розраховується орбіти вибраних навігаційних супутників, після чого зовнішні сигнали і час їх прибуття на орбітальні точки розраховані для кожного супутника, з урахуванням SRT. Отримані дані для моделювання записані на флеш-накопичувачі, який вже використовується в тренажері сигналів GPS / GLONASS. Вихід тренажера підключається замість приймача антени і запускається для виконання.

GPS / GLONASS тренажер.
3250Р. 3700Р.

Перевірка антени. Єдина рухома частина вся конструкція супутника - механізм, відповідальний за відкриття антени після запуску на орбіту. Сам супутник, розташований всередині контейнера запуску, відключається. Але після того, як виводитися в космос, вихід живлення від батарей, супутник перетворився на деяку затримку, повинен відкрити антени. Це важливий і важливий етап життя будь-якого космічних апаратів.

Антени нашого супутника люблять стрічку звичайного рулетка, постійно прагнучи до повороту і випрямлення. У складеному стані антени проводяться обмежувачами, коли подається струм, ці обмежувачі вигорають і випускають антени.

Знімок екрана є супутником з розгорнутими антенами.


Тест гребінець антени.


Асамблея та дорога для запуску
Збірка в підвалі лабораторії, разом з перевіркою всіх підключених елементів, зайняла понад добу. Примітіть відповідальну роботу, виконуючи яку, потрібно з'єднати дошки за кресленнями складання, об'єднайте всі елементи супутника з дротами в одну систему (панелі, зовнішні датчики, батареї, сонячні панелі, антени розчісування механізму, магнітні керуючі котушки), з'єднайте радіо і GPS / GLONASS антена, правильно встановіть датчики напрямку до Сонця на панелях, викрутіть панелі самі до супутника. Нарешті, підготуйте супутник для перевезення.






Контроль ваги показало гарне число.

На дорозі.


В цілому, запуск супутника вимагає сильної взаємодії з різними державними органами та документообігу для отримання різних дозвільних документів. Це найрізноманітніша і неприємна частина в її розвитку, на жаль, не можна усунути. Якщо супутник не був створений в столиці України, принаймні один співробітник буде жити на ділових поїздках. Отримання робочих частот на державному та міжнародному рівні, а також обробки документів для митного оформлення може зайняти тривалий час. Процедура міжнародної реєстрації займає багато часу, починаючи з УкрДТрадіочастот, Укрспецзв’язка, Укркосмос і до ІТУ. В Україні вперше здійснювалася ця процедура на університетах аматорських супутників. Крім того, ITU вимагає процесу реєстрації для початку двох років. Реєстрація документів для митного оформлення також є серйозною проблемою, пов’язаною з необхідністю довести відсутність державних секретів. Однак наявність цих документів не звільняється від пошуку в всередині нашого супутника при перетині кордону, одна панель повинна була незламна.

Цей супутник з'явився перед прикордонними охоронцями, які виконують свої обов'язки.

Хороший момент можна назвати повторним перенесенням запуску. З початкової запланованої дати за грудень 2013 року до запуску 19 червня 2014 року було передано шість місяців, що дозволило нам якісно рефінансувати пару підсистем на супутнику, але ми досі ледве вдалося зробити щось. Питання пропуску був досить гострим.

Остаточна установка вже в Нідерландах перед завантаженням на платформу QuadPack.
(доб. 4)

Офіційні та обов'язкові фотосесії для супутника. Відео з blog.isilaunch.com


Формат CubeSat передбачає завантаження в стандартизовану платформу QuadPack для недокінгових супутників. На фото місце на майданчику під нашим супутником.

У офісі ISIS в Делф, Голландії завантажили 21 кубСат.

21 CubeSat супутники запаковані тут. Після цього вони пішли до Росії, щоб встановити ракету RS-20 (Dnepr-1) на верхній стадії.


Встановлюється QuadPack і на верхній стадії.
р.

Перегляд з вище, більше супутників.


Політ.
У четвер, 19 червня 2014 року, в нічний час 19:11 UTC з космодрому Ясни (Оренбургська область, Росія) запустив ракету «Дніпро-1», на борту якого було 33 космічних апаратів. Нижче ви можете подивитися відео з анімацією запуску та запуску супутників на орбіту для цього типу ракети з корейських.

Один з 33 пристроїв є першим українським університетом наносупутник PolyITAN-1, повністю розроблений співробітниками, студентами KPI і ентузіастами. UT4UZB розташований на факультеті тепла і енергії. супутник був успішно запущений на орбіту на 19:32 і був успішно отримав на 437.675. Тепер CW маяк і телеметрія формат FSK 9k6. Перший прийом сигналів був Єгор Касмінін UY2RA.

На сьомому поверсі п'ятої будівлі КПІ чекає супутниковий рейс.




Джерело: habrahabr.ru/post/230347/