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/goliatIn acest articol vom face o scurta analiza a sistemului electric al satelitului Goliat, a protectiei la radiatii si a protectiei termice pentru a explica publicului roman cum functioneaza acestea.
‘Power system’ sau in romaneste sistemul de generare a energiei electrice la bord este un element vital pentru buna functionare a restului subsistemelor. El trebuie vazut ca fiind integrat intr-o imagine de ansamblu mai larga adica este dependent la randul lui de alte sisteme, dar in acelasi timp, cum spuneam mai devreme, influenteaza la randul sau functionarea unor alte elemente ale satelitului. Spre exemplu el este dependent de controlul satelitului pentru ca in functie de pozitia in zbor si de orientarea catre Soare se poate obtine o generare de electricitate mai eficienta sau mai putin eficienta (dupa cum se stie de la fizica elementara energia generata de un panou solar depinde in mod direct de unghiul de incidenta al razelor solare pe panou).
Daca sistemul de putere nu isi face datoria corespunzator este posibil ca echilibrul intre consum si generare sa se strice si acest lucru poate avea un impact direct in functionarea experimentelor stiintifice (ele se pot intrerupe) sau chiar in functionarea computerului de bord (cu consecinte grave pentru recuperarea ulterioara a misiunii).
Sa trecem insa la prezentarea functiilor de baza pe care trebuie sa le indeplineasca sistemul. Acestea sunt:
• generarea de energie electrica
• stocarea surplusului de energie pentru perioadele in care satelitul se afla in eclipsa si nu mai poate genera energie
• stabilizarea si distributia energiei electrice catre consumatorii primary
Trebuie sa intelegem de la inceput limitarile pe care le are Goliat- in primul rand de ordin de marime si greutate, dar si de pret. Goliat este un nanosatelit deci este departe de orice satelit normal din punct de vedere al performantelor tocmai datorita limitarilor de care vorbeam mai devreme. Cubesat-urile in general au incercat o miniaturizare a componentelor pentru a le putea integra intr-un volum atat de mic, dar acest lucru nu s-a reusit in totalitate pentru ca, dupa cum stim miniaturizarea vine cu costuri ridicate, iar cei care dezvolta Cubesat-uri nu au de obicei bugete mari cum sunt companiile comerciale.
Cu atat mai mult cu cat aici vorbim de componente spatiale calificate pentru conditiile speciale din spatiu (radiatii, variatii extreme de temperature, vibratii si socuri in timpul lansarii etc).
Inchidem aceasta paranteza si incercam sa prezentam pe rand elementele constitutive ale sistemului de putere.
Prima parte-generarea energiei electrice-se face clasic prin folosirea unor panouri solare. Panourile lui Goliat sunt medii ca eficienta (23.5%) fiind construite in tehnologie Ga/In/As jonctiune tripla. Fiecare celula constitutiva are dimensiunile de 41 x 42.4 mm si produce 2 V. Celulele sunt grupate (prin conexiune electrica cu o dioda care are rolul a evita un posibil scurt-circuit) in perechi de cate 2 –in total fiind 9 perechi adica 18 celule distribuite ca in schema de mai jos:
Fiecare pereche de celule genereaza 3.4 V (dupa o cadere de tensiune de 0.6 V datorita diodei). In total se asteapta o putere generata intre 1.8 si 2.1 W.
Celulele solare vor putea fi folosite si pentru o functie secundara-ca senzor al sistemului AOCS pe care il vom detalia mai tarziu. In lipsa unui senzor solar dedicat celulele solare pot furniza informatii (chiar daca cu precizie limitata) asupra directiei Soarelui fata de satelit.
Functia a doua a sistemului de putere-stocarea energiei electrice-se face deasemenea intr-un mod clasic folosind baterii. Goliat are in total 4 baterii de tip GP623048L90 produse de firma GP International Limited din Honk Kong ce are sucursala si in Romania (
www.gpbatteries.ro)
Acest model este un accumulator de tip Li-Ion cu dimensiunile de 6.2 x 30 x 48 mm si o greutate de 21 g. Tensiunea nominala este de 3.7 V, iar capacitatea variaza intre 870 mAh (minim) si 900 mAh (nominal).
Doua dintre baterii sunt conectate serial intr-un pachet primar de baterii, iar celelalte doua intr-un pachet secundar, rezultand astfel un voltaj de 7.4 V pe pachet. Aceste doua pachete sunt cuplate apoi in paralel.
Fiecare pachet de baterii (atat cel primar cat si cel secundar) sunt incarcate cu ajutorul unui modul de incarcare dedicat. Acesta este de tip BQ 24005 si este produs de Texas Instruments.
Practic, in timp ce unul din pachetele de baterii este incarcat, celalalt furnizeaza energia electrica in liniile de distributie. Pentru siguranta, exista si un circuit de rezerva ce poate izola ambele pachete de baterii si poate alimenta liniile de distributie direct de la panourile solare.
Invertorul folosit de proiectanti este de tip TPS60400, in timp ce stabilizarea tensiunii a fost facuta printr-un circuit dezvoltat in casa.
In final o sa facem o scurta referire la aspectele termice si de radiatii. Amintim inca o data limitarile pe care le presupune un Cubesat spre deosebire de satelitii din clasa mare, pentru a putea intelege ca in cazul lui Goliat nu au putut fi montate straturi izolatoare multiple care sa il protejeze la radiatii sau la variatiile de temperatura.
Daca este sa discutam despre radiatii, acest lucru inseamna ca echipamentele sale pot fi afectate de conditiile grele din spatiu, mai ales prin prisma intensificarii activitatii solare in ultima perioada. Nu este neobisnuit pentru astfel de sateliti sa sufere coruptii ale memoriilor in care este incarcat software-ul de bord, cum la fel nu este neobisnuit sa sufere de reset-uri ale echipamentelor (in special a computerului) cu toate consecintele operationale care decurg din aceasta. Poate unul din cele mai delicate aspecte din satelit va fi chiar camera de observatie pentru ca sistemul folosit este unul simplu fara prea multa protectie.
Rezumand, puncte slabe ar putea fi:
• sistemul optic - supus variatiilor rapide de cateva zeci de grade Celsius ar putea ceda sau ar putea avea distorsiuni majore cu efect in calitatea imaginii; deasemenea nu exista un sistem de decontaminare ca in cazul camelor profesionale din spatiu si de aceea optica poate suferi
• toate componentele electronice ce sunt construite folosind semiconductori (memorii, senzorul CCD al camerei, procesoare etc)
Din punct de vedere termic lucrurile nu stau mai bine. Satelitul are un sistem termic pasiv si va trebui sa se bazeze doar pe specificatiile oferite de producatorii componentelor (ele sunt unele industriale si ar trebui sa faca fata temperaturilor extreme ce vor varia aproximativ intre -50 si +50 Celsius). Nu trebuie insa sa uitam ca restul placilor electronice pe care aceste componente sunt integrate au un design particular si rezistenta lor in spatiu va depinde direct de calitatea asamblarii.
Toate aceste probleme sunt ‘clasice’ in spatiu daca putem spune asa, dar speram ca Goliat va face fata cu brio testului si ca Romania va avea o misiune complet functionala in urmatoarele zile.
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)