Aceste comentarii profesionale sunt realizate de 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.
Senzorul GPS este unul de tip Trimble 58048-00, cantareste 1.7 g si are dimensiunile 19x19x2.54. El functioneaza pe 12 canale si are un ‘hot start’ de aproximativ 8 secunde, un ‘warm start’ de 35 de secunde si un ‘cold start’ de 39 de secunde.
Caracteristicile complete sunt listate in imaginea de mai jos:
Schema constructiva a chipului :
Mai jos o poza a placii de referinta oferita de Trimble pentru integrarea chipului sau:
Senzorul magnetic folosit la bordul lui Goliat este de fapt un compas de tip Honeywell HMR 3400 ce incorporeaza doi senzori magnetici pentru masurarea campului magnetic al Pamantului pe cele trei axe X/Y/Z (unul de tip HMC1022 pentru axele X/Y si unul de tip HMC1021Z pentru axa Z) si un accelerometru in tehnologie MEMS (tip Analog Devices ADXL213) ce furnizeaza acceleratia pe doua axe in gama +/-2g. El are dimensiunile de 15 x 38 x 7 mm si cantareste 3.75 grame.
Caracteristicile complete in imaginea urmatoare:
Din pacate pe partea de comanda activa, datorita limitarilor constructive (gabarit si masa), Goliat a facut niste compromisuri mari si vine echipat doar cu volanti de reactie sau in engleza ‘reaction-wheel’. In mod normal, pe satelitii mari configuratia clasica de montaj a acestor volanti este in piramida (cate 4), putandu-se astfel asigura atat stabilizarea triaxiala cat si rezerva in caz ca unul din ele cedeaza (statistic vorbind, datorita solicitarilor la care sunt supuse, ele sunt printre cele mai vulnerabile componente).
In proiectul initial pe Goliat fusesera montate 3, dar ulterior proiectantii au decis scoaterea unuia dintre ele (probabil datorita greutatii suplimentare ce a aparut in urma montarii unei camere optice).
Mai mult, in spatiu, datorita perturbatiilor externe exista tendinta ca satelitii sa acumuleze acest moment de rotatie.
O parte a acestor perturbatii are un caracter ciclic in sensul ca se repeta (la un anumit numar de orbite) dar exista si efecte de tip ‘secular effect’ iar acestea sunt cele care raman si nu vor disparea in timp.
Volantii de reactie au rolul de a contracara rotatia parazita indusa de perturbatii si o fac prin accelerarea lor in directie opusa rotatiei, dupa cum ilustreaza imaginea de mai jos. Din pacate insa se ajunge la situatia in care volantii isi ating limitele constructive de turatie-din cauza acumularii progresive de moment- limite dincolo de care rotatia externa nu mai poate fi compensata.
Procesul de desaturare cum este el numit in specialitate trebuie sa se faca cu ajutorul unor sisteme auxiliare. Pe satelitii mari exista motoare de control al pozitiei in zbor (attitude control thruster) dar pe Cubesat-uri micropropulsia nu este deocamdata o solutie pentru ca miniaturizarea costa foarte mult in domeniul spatial, iar Cubesat-urile au un buget restrans prin definitie. Unele universitati au preluat problema in curtea lor si au incercat sa dezvolte sisteme de micropropulsie dar deocamdata aceste solutii sunt la stadiul experimental.
Ceea ce se face de obicei pentru satelitii mici si ieftini este montarea unor magnetorqueri care interactioneaza cu campul magnetic al Pamantului oferind un moment de rotatie. Goliat nu are insa asa ceva deci este in imposibilitatea de a desatura activ cei 2 volanti.
Teoretic exista si posibilitatea unei desaturari pasive (gravitational, aerodinamic etc). In final totul se rezuma la felul cum sunt aliniate centrul de presiune si centrul de masa al satelitului. Daca ele sunt aliniate corect, in asa fel incat momentul perturbator sa fie minim, probabil ca Goliat va reusi sa supravietuiasca cele 6 luni cat si-a propus sa functioneze pe orbita Pamantului. Daca nu, va fi o chestiune de zile pana can del va intra intr-o rotatie necontrolata. Nu avem insa toate datele problemei si deci nu putem face o simulare foarte realista.
Oricum ar fi, stabilizarea lui Goliat devine o problema extrem de dificila si afecteaza si restul subsistemelor de la bord. In mod ironic cel mai mare impact il va avea asupra operarii camerei care impune cerintele cele mai stricte in sensul ca satelitul trebuie sa se intoarca corect catre tinta de sol, iar pe durata expunerii imaginii trebuie sa stea pe cat posibil nemiscat (pentru a nu afecta calitatea pozei).
Goliat are cum spuneam mai devreme 2 volanti montati pe 2 din fetele interioare ale satelitului. Fiecare poate furniza un moment de pana la 0.12 mNm (la o rotatie maxima de 20000 de rotatii), iar proiectantii au estimat o rotatie completa (360 de grade) in 40 de secunde. Un servo-amplificator controleaza ca momentul si turatia sa nu depaseasca limitele constructive care pot pune in pericol dispozitivul.
In centrul logicii sistemului ADCS este un computer dedicat de tip MSP 430. Nu o sa intram in amanunte despre el, pentru ca va face obiectul unui alt articol (dedicat calculatorului de bord si sistemului de operare). Ne vom referi asadar doar la partea de logica SW de bord care controleaza algoritmii ADCS.
Ultima parte a acestui articol am dedicat-o orbitei satelitului Goliat. La momentul actual exista o oarecare confuzie, cel putin la nivelul organizatiei AMSAT (cea care coordoneaza activitatea satelitilor amatori). Datele orbitale preliminare venite de la ESA si secventa de lansare anuntata de Arianespace mentionau ca Goliat va fi al patrulea satelit care va fi injectat in spatiu. El ar fi trebui asadar sa fie ‘piece of launch’ D si sa aiba identificatorul 38080.
Sambata statia de sol de la Magurele a anuntat insa ca a reusit sa intre in contact cu obiectul J (care conform secventei de lansare trebuia sa fie ALMASat). In mod normal orice fel de confuzie ar trebui sa fie eliminata de identificatorul (unic) al satelitului care face parte din mesajul transmis catre sol.
Singura explicatie ar fi daca in catalogarea obiectelor de catre SpaceTrack dupa lansare ar fi intervenit o eroare, sau daca secventa de zbor anuntata de Arianespace nu s-a respectat (si avem deci o alta ordonare a satelitilor).
Problema este ingreunata si de faptul ca cei 8 nano-sateliti lansati de Vega zboara aproape si folosesc frecvente de lucru asemanatoare. Statiile de sol care ii urmaresc nu sunt oricum foarte performante ci au fost contruite cu buget redus, astfel incat pot avea probleme.
Speram totusi ca in zilele urmatoare situatia sa fie clarificata, iar pana atunci publicam in tabelul de mai jos elementele orbitale ale obiectului D (care cel putin din datele oficiale pe care le avem acum se presupune a fi Goliat).
credit imagini Copernicus-Trimble, HoneywellArticolele noastre anterioare de prezentare pentru primul satelit romanesc:
Goliat-prezentarea sistemului de comunicatiehttp://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=20120210143458Goliat-prezentarea sistemului ‘power/thermal’http://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=20120211160124Goliat-prezentarea experimentelor stiintificehttp://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=20120212134839Goliat-prezentarea sistemului de control al stabilitatii (partea 1)http://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=20120214100006Pentru ultimele noutati despre Goliat urmariti sectiunea dedicata lui pe pagina SpaceAlliance:
http://www.spacealliance.ro/goliat/Orbita satelitului poate fi urmarita in timp real:
http://www.spacealliance.ro/satprop_GE/SatPropagatorApplet_Goliat.htmlSurseGOLIAT 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)