Am ajuns in sfarsit la ultimul articol dedicat zborului inaugural al rachetei Vega, zbor in care se va gasi si primul satelit romanesc, Cubesat-ul Goliat.
Am pastrat la final acest ultim articol pentru ca el prefateaza lansarea de luni 13 februarie (asa cum este ea anuntata de agentia spatiala europeana ESA astazi) si se doreste a fi o analiza cat mai completa a misiunii prin care Romania isi va face debutul in industria spatiala, o analiza de care publicul de limba romana, cel care a finantat bugetul proiectului, spunem noi ca avea nevoie.
Am apelat pentru comentarii profesionale la echipa tehnica SpaceAlliance.ro si le multumim pe aceasta cale tuturor pentru efortul depus. Impreuna avem o experienta cumulata de cateva zeci de ani in domeniul spatial international-cu participare directa la zeci de misiuni europene si americane si o expertiza ce acopera sisteme de bord pentru sateliti (computere de bord, software de bord, controlul stabilitatii si orbitei, telecomunicatii, controlul termic al subsistemelor, sisteme de generare si distributie de electricitate ), sisteme de sol (antene, sisteme de stocare a datelor, software specializat pentru comunicatii), aspecte operationale ale satelitilor, procesare de date, aspecte de dinamica zborului etc.
Mentionam inca de la inceputul articolului ca aceste comentarii sunt de fapt o mini-analiza elaborata pe baza datelor facute publice de echipa de dezvoltare a satelitului Goliat, coordonata de agentia spatiala romana Rosa si deci unele aspecte tehnice pot fi usor diferite.
In final le uram tinerilor ingineri de la Rosa, aflati la prima lor experienta spatiala, mult succes si invitam publicul din Romania sa urmareasca lansarea si mai tarziu informatiile de pe orbita la sectiunea SpaceAlliance.ro dedicata acestui eveniment.
http://www.spacealliance.ro/goliatGoliat construit pe o platforma Cubesat va fi pentru statistica primul satelit integrat in Romania. Standardul Cubesat permite universitatilor sau entitatilor care nu au prea multa experienta dar care vor sa realizeze aplicatii spatiale simple si ieftine - sa cumpere componente generale dezvoltate special pentru acest standard si sa le integreze, in configuratia dorita, intr-o platforma functionala.
Pentru primul proiect de acest fel din Romania, agentia spatiala romana a apelat exact la aceasta solutie, atunci cand in 2005 a pornit la drum, cu un buget initial de 1.500.000 RON. Proiectul Goliat nu inseamna numai satelitul propriu zis ci intregul pachet de aplicatii adiacente - statii de sol, centru de comanda si control, teste de compatibilitate cu racheta europeana Vega, aspecte legale etc.
ROSA s-a ocupat practic de managementul si coordonarea consortiului de firme private care au beneficiat de contracte in cadrul acestui proiect.
Satelitul este gata de ceva timp, dar echipa romana a trebuit sa astepte pana acum finalizarea lansatorului Vega, acolo unde i s-a oferit sansa sa zboare gratis. Fara acest zbor gratuit, costul proiectului ar fi crescut probabil suplimentar cu aproximativ 50.000 de euro.
Proiectului romanesc si altor 6 sateliti din aceeasi categorie li s-a oferit sansa de a fi lansati gratis in zborul inaugural de test al rachetei europene Vega (o parte dintre ei venind din tari ce se afla in faza de preaderare la agentia spatiala europeana, asa cum este si cazul Romaniei, si care incep prin aceste prime programe nationale sa isi manifeste interesul fata de domeniul spatial). Acesti 7 sateliti Cubesat se vor adauga incarcaturii principale LARES (LAser RElativity Satellite) si unui alt satelit italian- ALMASat (prescurtare de la ALma MAter SAtellite). Toate detaliile acestor misiuni au fost deja publicate pe site-ul SpaceAlliance.ro si se gasesc acum reunite la sectiunea:
www.spacealliance.ro/goliat/cubesats.htmlRomania mai participa in doua proiecte europene, doua din institutiile de invatamant din Bucuresti, respectiv Universitatea Politehnica din Bucuresti si Universitatea Bucuresti au fost incluse pe lista centrelor de cercetare care vor contribui la dezvoltarea programelor ESMO si ESEO.
ESEO sau European Student Earth Orbiter este al treilea satelit dezvoltat in cadrul programului “Education Satellite Programme”- un microsatelit care de la nivelul unei orbite LEO va capta imagini ale Pamantului, va masura nivelul radiatiilor si va testa noi tehnologii spatiale (o camera stelara si un asa numit “reaction wheel”).
In acest proiect UPB va trebui sa dezvolte partea de structura.
ESMO sau European Student Moon Orbiter va fi primul satelit educational trimis spre Luna cu tehnologie inspirata de cea folosita de misiunea Smart1 si al patrulea satelit din programul “Education Satellite Programme”. Contractorul principal este Surrey Satellite Technology Limited din Anglia, iar subcontractanti sunt mai multe universitati din tari membre sau aflate in colaborare cu ESA.
Romania este prezenta in proiect prin Universitatea Politehnica Bucuresti-responsabila pentru 2 din subsistemele satelitului (ADCS si structura) si prin Universitatea Bucuresti responsabila pentru dezvoltarea experimentului care vizeaza monitorizarea radiatiei.
Romania va participa in 2014 intr-o misiune spatiala europeana spre Luna www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=201006091129Sa revenim insa la prezentarea satelitului romanesc Goliat. Vom incepe in aceasta prima parte cu
partea de comunicatie ce curpinde doua componente majore: segmentul spatial si infrastructura de sol.
Space segmentPartea de radiocomunicatii a satelitului Goliat contine trei functii:
a) emitator principal (de la satelit catre statia-sol):
• datele experimentelor sau payload (pozele, datele experimentale Dose-N si SAMIS)
b) receptor (de la statia-sol catre satelit)
• telecomenzi pentru controlul si reconfigurarea satelitului
c) generatorul de semnal “beacon”
• telemetrie
• telecomenzi (emergency case)
• foarte important pentru primul contact cu satelitul in prima ora dupa lansarea rachetei
• important in caz de “emergency”, cand modemul de date nu functioneaza corect
Aceste functii sunt partial redundante, in sensul ca modemul de date este controlat de un Flight Module tip 430, in timp ce generatorul de semnal “beacon” este controlat de un al doilea procesor MS430 care totodata controleaza si restul componentelor (attitude control, experimente, etc).
Primele doua functii sunt indeplinite de un transceiver de tip MHX-2400, construit de firma canadiana Microhard Systems Inc., care este compatibil cu kit-ul Cubesat si are urmatoarele specificatii tehnice:
• frecventa S-Band 2400-2483.5MHz
• technica FHSS (frequency hopping spread spectrum) cu modulatie GFSK
• putere emisa de pana la 1W (30dBm)
• sensibilitate la receptie de -108dBm
• viteza de transmisie downlink de pana la 115kbps, probabil 9,6 kbps pentru Goliat
• latime de banda necesara pt a transmite: ~200kHz
• latime de banda necesara pt a receptiona: ~400kHz
• CRC-32 si FEC optional
• Contine 20 pseudo-random patterns selectabile
• configurabil a transmite doar in perioadele de timp cat exista contact cu statia sol
• costul transceiverului este de ordinul a 1.000 Euro incluzand cabluri/antene
Important de mentionat faptul ca acest echipament poate corecta automat pana la 60 kHz Doppler-shift, nefiind necesare alte echipamente mai complexe pentru a corecta efectul de Doppler. Pentru un satelit aflat pe orbita la 800 km altitudine, efectul de Doppler la frecventa de 2,4GHz este de maxim +/-54 kHz (+ cand satelitul de aproprie de observator, - cand satelitul de departeaza, iar efect maxim la Aquisition Of Signal respectiv Loss Of Signal). Cum Goliat se afla pe o orbita cu Apogee de 1450 km este posibil ca pentru unele contacte sol-satelit achizitia semnalului sa dureze cu pana la 1-2 minute mai mult decat de obicei, din cauza efectului de Doppler mai accentuat la AOS.
„Beacon”-ul, care lucreaza in banda de frecventa destinata radio-amatorilor la 437.485MHz cu o putere de iesire de maxim 300mW, genereaza in primul rand un semnal de identificare la intervale de timp presetabile si totodata transmite bus-telemetry la o viteza de 1,2 kbps modulat AFSK. In situatii exceptionale cand MHX-2400 este indisponibil, se poate configura computerul on-board ca sa accepte telecomenzi de la statia de sol prin acest tranceiver in acest fel asigurandu-se o redundanta a transmisiei datelor sol-spatiu / spatiu-sol (eventual chiar si a datelor de payload).
Antena satelitului este o componenta importanta a sistemului de comunicatii, fara de care comunicatiile sol – spatiu fiind imposibile. Goliat este prevazut cu doua antene diferite pentru a facilita transmisia in cele doua benzi de frecventa amintite mai sus:
• Antena quarter-wave monopol 2.4 GHz (~3 cm)
• Antena quarter-wave monopol 437 MHz (~16 cm)
La lansare elementele antenelor sunt pliate pe corpul de 10x10x10cm al satelitului. Dupa separarea Goliat de sistemul P-POD al rachetei Vega, antenele se vor desfasura in pozitia optima prevazuta pentru a asigura caracteristici optime de radio-frecventa (EIRP si G/T valori maxime). Acest lucru poate fi realizat automat de catre computerul de bord comutand curent catre un cablu special cu nylon, care topindu-se, va elibera cele doua antene spre pozitia optima. Acest proces „antena deployment” se face o singura data, la ceva timp dupa separare, si este un proces ireversibil.
Ground segmentO misiune spatiala nu poate exista fara statii de sol, iar pentru proiectul Goliat sunt prevazute doua statii de sol: prima situata la facultatea de Fizica Magurele de langa Bucuresti unde se afla si centrul de control, iar a doua la Marisel la aproximativ 50 km de Cluj-Napoca.
Statia Magurele (Bucuresti) are urmatoarele elemente si caracteristici, in mare parte echimante pentru radioamatori:
• Folosita pentru TM.
• Folosita pentru TC si payload data in caz de urgenta
• Altitudine 80m, 44°21’03”N, 26°02’50”E
• Doua antene UHF (70 cm) de tip Hy-Gain
• Castigul fiecarei antene de 14 dBi
• Rotor de tip Yaesu G5500, Az range 450°, El range 180° (cost de ordinul a 500 Euro)
• Partea de radio frecventa: Icom IC-910H (cost de ordinul a 1000 Euro)
• Modem Kamtronics Kam-XL (cost de ordinul a 350 Euro)
• Computer – tracking software si TLE, controlul rotorului/antenei, compensator de Doppler, etc
Statia Marisel (Cluj) are urmatoarele elemente si caracteristici:
• Folosita pentru payload data si TC;
• Altitudine 1200m, 46°40’34”N, 23°07’45”E
• Elevation mask de pana la 15° in directia V, S-V
• O antena parabolica de 4m S-Band 2.4GHz
• O antena parabolica mesh de 3m – experimentala, low-cost
• Cele doua antene probabil folosesc aceleasi echipamentele de radio si baseband (mai jos descriere parte comuna, plus carecteristici antena mesh de 3m):
o S-/C-Band 1-6Ghz
o Castigul antenei de 3m la 2.4GHz este de 35dBi
o Directivitatea antenei 2.9°
o GPS pentru sincronizare
o Suporta standardul TLE pentru tracking
o Az/El rotor antena
o Feed-horn S-Band cu polarizatie circulara RHCP/LHCP
o MHX-2400 (cost de ordinul a 1000 Euro)
o Computer – tracking software si TLE, controlul rotorului/antenei, inregistrarea datelor de payload
SurseGOLIAT press kit-ROSAGOLIAT – project overview-CubeSat Developers' WorkshopS-band ground station prototype for low-earth orbit nanosatellite missions-Octavian CRISTEA, Paul DOLEA, Paul Vlăduţ DASCĂLCubeSats for the VEGA Maiden Flight-2010 CubeSat Developers' WorkshopUniversity of Bucharest CubeSat Project-ROSACUBESAT EDUCATIONAL PAYLOAD ON THE VEGA MAIDEN FLIGHT-INTERFACE CONTROL DOCUMENT-ESAGOLIAT SPACE MISSION: EARTH OBSERVATION AND NEAR EARTH ENVIRONMENT MONITORING USING NANOSATELLITES-Mugurel Balan,Marius-Ioan Piso,Adrian Mihail Stoica,Claudiu Gabriel Dragasanu,Marius Florin Trusculescu,Corina Mihaela DumitruCUBESAT FORMATION FLYING: A SUITABLE PLATFORM FOR SPACE SITUATIONAL AWARENESS APPLICATIONS-M. Balan,M. Piso,M. Trusculescu,C. Dragasanu,A. PandeleVEGA user's manual-ArianespaceAcest articol este compilat de echipa noastra tehnica si este proprietatea SpaceAlliance.
Orice citare a unor paragrafe din acest articol trebuie sa precizeze clar sursa originala (link si ©SpaceAlliance.ro)