Спутник своими руками: Космический спутник своими руками

Космический спутник своими руками

• Наука
• / Сделай сам

28 марта 2019 г. | Автор: Анастасия Сваровская

Космический спутник своими руками

4 октября 1957 года для человечества началась космическая эра. В этот день был запущен первый искусственный спутник Земли — советский «Спутник-1». Тысячи конструкторов, инженеров и учёных работали над этой задачей почти 10 лет. Сегодня запустить орбитальный спутник под силу даже школьникам — мы расскажем, как это сделать.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №8(36). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

​Зачем нужны спутники

Если хочется сделать что-то космическое, начать можно со спутников, причём небольших. Инженеры классифицируют их по весу: мини-спутники (до 500 кг), микроспутники (до 100 кг), наноспутники (до 10 кг), пикоспутники (до 1 кг) и фемтоспутники (до 100 г). Несмотря на миниатюрные размеры и вес, малые космические аппараты решают много задач, нередко дополняя большие спутники и в чём-то даже заменяя их. 

Во-первых, эти малютки нужны для наблюдений за планетой и съёмок — дистанционного зондирования Земли. Во-вторых, они обеспечивают интернет в местах, где нет ретрансляционных вышек. В-третьих, на небольших спутниках испытываются новые технологии и ставятся эксперименты. Всё это возможно благодаря относительно небольшой стоимости этих аппаратов — от пары сотен до нескольких десятков тысяч долларов. Как следствие, собственными космическими приборами обзавелись многие университеты и энтузиасты. Всего было запущено более 1823 малых спутников, 587 из них всё ещё на орбите.

​Доступность

Запуск небольшого спутника не требует специальной квалификации и больших денежных затрат. К тому же можно использовать доступные технологические устройства, которые с каждым днём становятся всё более совершенными — это отлично видно, например, по мобильным телефонам. Так, на современных спутниках можно установить огромное количество датчиков и приборов, начиная с антенн и заканчивая спектрометрами.

Согласно расчётам NASA, более 95% всех объектов на около­земной орбите — это мусор. На рисунке представ­лена компью­терная модель его распреде­ления.

Если вы собираетесь запустить спутник, необходимо как следует обдумать задачу, которую вы хотите решить. В интернете можно найти много организаций и энтузиастов, которые имеют нужный вам опыт и могут подсказать, как действовать. Ваша цель должна быть осуществимой и хорошо продуманной, чтобы аппарат принёс пользу, а не стал мусором на орбите. Бездумные запуски приближают так называемый синдром Кесслера — ситуацию, когда космический мусор на околоземной орбите сделает ближний космос полностью непригодным для практического использования. Феномен назван в честь консультанта NASA Дональда Кесслера, который первым описал эту проблему.

Команда

В одиночку запустить спутник будет сложно. Поэтому сразу же ищите единомышленников — можно кинуть клич в социальных сетях, на профильных форумах, в университетах, где есть аэрокосмические специальности. Существуют даже летние космические лагеря, где команда вашей мечты уже собрана в полном составе. Для создания спутника потребуются конструкторы, электронщики, программисты, специалисты по баллистике и эксперименту, который вы планируете провести на орбите. Не забудьте о менеджере — он будет взаимодействовать с предприятиями и возьмёт на себя управление проектом.

Центр управления полётами NASA. ­Реакция диспетчеров на успешное завершение миссии «Аполлон-11» (16–24 июля 1969 года), в ходе которой человек впервые высадился на Луну.

​Техническое задание

Ни один космический аппарат не будет спроектирован, изготовлен и протестирован без технического задания. Это основной документ проекта, где описано всё: сроки выполнения, цель создания, технические требования, наполнение (полезная нагрузка), перегрузки, которые аппарат должен выдерживать, условия испытаний, материалы (они должны соответствовать стандартам), этапы выполнения работы, численные характеристики, которым должен удовлетворять спутник, распределение задач внутри команды, планы-графики и прочее. Именно этот документ вы будете показывать коллегам и представите в космическое агентство, чтобы получить разрешение на запуск.

Параметры

Пришло время определиться с параметрами спутника. От того, какими будут его конфигурация и полезная нагрузка (научное наполнение), зависят форма, размер и множество иных характеристик. Для школьного или студенческого аппарата подойдёт формат наноспутника, а именно CubeSat — «кубик» размером 10 х 10 х 10 см. Прелесть кубсатов в том, что это конструктор. Составные части — кубики — можно собирать, то есть ставить друг на друга и соединять, чтобы увеличить количество отсеков для оборудования. Таким образом, размер CubeSat напрямую зависит от объёма научных задач, которые будет решить ваш спутник.

Партнёры

Необходимо понимать, с какими предприятиями ракетно-космической области вам предстоит сотрудничать и кто может оказаться полезен для реализации вашего проекта. Не исключено, что построить спутник вы сможете и сами, но дальше нужно будет его испытывать и получать лицензию на запуск, поэтому придётся взаимодействовать с космическими предприятиями. Без их помощи не обойтись: необходим опытный взгляд со стороны, хороший консультант, а лучше несколько. Плюс, как уже говорилось, спутник, будучи технически сложным объектом, должен пройти ряд испытаний и согласований. А для всего этого нужна база.

Во время своей двухлетней миссии спутник NEA Scout приблизится к исследуемому астероиду на солнечном парусе

​Финансирование

Создание наноспутника — дело затратное, но осуществимое. По разным оценкам, вам потребуется от 50 000 до 100 000 долларов. Необходимо изготовить корпус, купить электронные компоненты, оплатить труд специалистов. Где взять деньги? У родителей не попросишь, по друзьям такую сумму не насобираешь. Но варианты есть.

Средняя стоимость запуска CubeSat в 2012 году оценивалась в 40 тысяч долларов. Но в то же время в рамках проектов NASA стоимость запуска может быть вдое меньше.

Если сумма не очень большая, можно запустить краудфандинговую кампанию, как сделали, например, создатели российского спутника «Маяк». Или попробовать найти инвестора и убедить его, что ваш проект классный и к тому же потенциально прибыльный. Можно подать заявку на грант от космических организаций. Можно стать исполнителем заказа частной фирмы, но для этого требуется опыт. Самый дешёвый и простой вариант — ­ сделать спутник в образовательном учреждении, например вузе или школе, а может, вообще в лагере, где есть космическая смена.

​Закупка компонентов и производство

Модульность конструкции и относительная дешевизна малых спутников вскоре сделают их запуск общедоступным развлечением. По оценкам экспертов, лет через пять — десять позволить себе спутник сможет любая школа. А через двадцать — любой человек.

Уже сейчас с мобильного телефона можно заказать все комплектующие для спутника прямо на дом. После закупки компонентов начинается основной процесс — сборка. Вам нужно арендовать помещение с оборудованием (например, фрезерными станками и 3D-принтерами). Для этой цели подойдут фаб­лабы университетов, лаборатории, дедушкин гараж, в конце концов (главное — соблюдать технику безопасности!). Найдите помещение с оборудованием и собирайте спутник. Только помните: сразу несколько штук. Почему? Часть из них придёт в негодность во время испытаний.

Инженеры устанавливают датчики температуры на внутренние компоненты спутника для тестирования в полевых условиях

Запуск

Получив документ, в котором написано: «Испытания успешно пройдены, можно запускать», можете приступать к поиску оператора — организации, которая выведет ваш космический аппарат на орбиту. Учтите, чем больше он весит, тем дороже процедура. Но если спутник образовательный, вы можете избежать этих расходов. У «Роскосмоса», например, есть программа, предусматривающая бесплатный запуск нескольких аппаратов, сделанных по заказу учебных заведений Российской Федерации.

Установка солнечной панели на мини-спутник Marco CubeSats

Приблизительно за месяц до старта нужно приехать на космодром, чтобы установить аппарат в контейнер. Есть два варианта выведения наноспутника на орбиту: запуском-выбросом из специального контейнера с ракеты-носителя или руками космонавтов во время работы в открытом космосе с борта МКС. Большая часть наноспутников летает на той же орбите, что и МКС (примерно 400 км, максимум 600). Хотя есть два кубсата (MarCO), которые летят к Марсу. Управляются небольшие спутники благодаря гиродинам — маховикам, применяемым для стабилизации устройства и предотвращения его закрутки. 

Корректировать траекторию можно за счёт вращения спутника: своим корпусом он способен как тормозить, так и ускоряться. На больших спутниках орбиту меняют с помощью двигателей, но на малые аппараты их почти не ставят: технология миниатюрных двигателей пока не очень развита. Однако есть кубсаты, которые перемещаются за счёт холодного газа, химических реакций или электрической силы.

Испытания

27 февраля 2015 года с МКС была запущена серия небольших экспериментальных спутников CubeSat. Пуск произведён с помощью специального устройства, смонтированного на японском экспериментальном модуле JEM.

Если аппарат готов, приступайте к испытаниям — от них зависит, полетит спутник в космос или нет. Обычно происходит так: вы собираете свой летательный аппарат, испытываете его, что-то ломается или обнаруживается ошибка — процесс начинается заново. Необходимо проверить, как работают все системы по отдельности и в совокупности, стоимость ошибки велика. Конструк­ция должна выдерживать большие перегрузки и вибрации, возникающие при выходе на орбиту. Речь не только о том, чтобы спутник не развалился, но и о том, чтобы не отошли контакты.

Японский космонавт-бортинженер Коити Ваката готовится запустить CubeSat с борта МКС

На вибрационном стенде спутник тестируют на перегрузки (как во время настоящего полёта): колебания, ускорения, удары. Затем проводят термовакуумное испытание (может длиться несколько дней): получение данных со спутника тестируют в вакууме и с перепадами температур на контактной поверхности. Параллельно можно проверить электромагнитную совместимость оборудования. Всё это очень трудоёмкие процессы. Но можно запустить спутник в стратосферу — условия там максимально приближены к космическим.

​После запуска

Ракета «Минотавр-1» среди прочего доставит на орбиту 11 небольших спутников в рамках четвёртого учебного запуска по программе NASA «Наносателлит» (ELaNa)

Счастливый день настал: ракета взлетела, спутник выведен на орбиту — вас можно поздравить. Что дальше? Чтобы спутник передавал сигналы, надо выкупить определённые радиочастоты обычного УКВ-диапазона в Министерстве связи. Многие вузы в своих стенах создают центр управления полётами — специа­лизированное помещение со множеством больших экранов и рабочими местами, где принимают сигналы аппарата.

Спутники-близнецы MarCO-A и MarCO-B будут обслуживать исследовательский посадочный аппарат с сейсмометром InSight, предназначенным для изучения строения и состава Марса

Предположим, всё идёт как нельзя лучше: спутник вышел на расчётную орбиту, стабилизировался, включился и заработал. Что делаете вы? Запрограммировав станцию на приём данных в нужное время, сидите и ждёте, когда аппарат пролетит мимо. А дальше принимаете и обрабатываете сигналы. Иными словами, команда инженеров может выдохнуть — на вахту заступают учёные. Но это уже другая история.

Первый эстонский спутник ESTCube-1 — единственный в мире, использующий электрический парус. Стоимость аппарата составила 70 тысяч евро.

Если ваш спутник не заработал на орбите (такое тоже бывает), не грустите! Вы запустили в космос аппарат, а этим далеко не каждый может похвастаться. Нужно собрать как можно больше данных о запуске и попытаться найти причины сбоя. Ведь именно так и развивается ракетостроительная индустрия — учится на ошибках.

Материал подготовлен при участии заведующего лабораторией «Космические системы» образовательного центра «Сириус» Ивана Шекова и инженера «НПО Машиностроения» Дмитрия Галкина

Тэги:

сделай самкосмосDIY

Собери спутник своими руками

Привет, Гость!

Войти

Главная »
Блоги Экспертов И ИТ-Компаний »
Собери спутник своими руками

Возможность размещать посты на проекте остановлена

Редакция CNews готова принять пресс-релизы компаний на адрес [email protected].

Приглашаем вас делиться комментариями о материалах CNews на наших страницах платформ Facebook, Telegram и Twitter.

Многие инженеры-энтузиасты всегда мечтали собрать свой собственный мини-спутник. Теперь у них появилась такая возможность. Хотя хобби это весьма затратное. Ведь стоит набор для сборки спутника от 5999 долларов и выше.
Ещё в 2013 году зародился проект PocketQube, нацеленный на создание специальных наборов для сборки собственных спутников в домашних условиях. Была запущена Kickstarter-кампания, которая успешно завершилась 1 ноября 2013 года и стала отправной точкой создания первого такого набора.
Набор PocketQube Kit v1.0 предлагает любому желающему все необходимые компоненты для сборки, модификации и настройки своего собственного мини-спутника. Этот набор, по сути, является лишь первым шагом к доступности подобных конструкторов в будущем.
В набор входит скелетный каркас Alba Orbital, выполненный из алюминия, который используется в аэрокосмической промышленности. Покупатель может выбрать один из трёх вариантов каркаса, состоящий из одной, двух или трёх ячеек. Всё зависит от того, сколько оборудования вы хотите разместить внутри спутника. В зависимости от количества ячеек, каркас весит от 69 до 151 грамма.
Следующей составляющей набора является трансиверная радиостанция (приёмопередатчик) MiniSatCom, разработанный силами компании Radiobro. Трансивер предлагается в двух вариантах: работающий на частотах 420-450 МГц и 902-928 МГц. Разумеется, трансивер полностью совместим с интерфейсом остальных компонентов, входящих в набор.
Материнская плата LabSat для инсталляции в неё остальных компонентов и связи их между собой. Плата эта позволяет избежать использования проводов, перемычек и лишних разъёмов. Пользователь может максимально эффективно настроить плату и все её компоненты под себя, благодаря тому, что в плату изначально вмонтирован микропроцессор, позволяющий взаимодействовать с ней. Также на плате присутствует и удобный USB-разъём. Помимо всего прочего, плата защищена от всяческих попыток злоумышленников получить к ней удалённый доступ или перехватить ценные данные.
Бортовой компьютер использует микроконтроллер TI MSP430, который работает в режиме низкого энергопотребления и подвержен очень гибкой настройке. В компьютер встроены датчик температуры, часы реального времени (RTC), акселерометр, гироскоп и магнитометр. Флеш-память компьютера легко может быть перепрошита новым софтом на ваш выбор. Собранные данные хранятся на SD-карте.
Помимо стандартной минимальной комплектации, которая обойдётся вам в 5999 долларов, вы можете дополнительно приобрести и другие элементы спутника на ваш выбор. К примеру, вы можете докупить солнечные батареи, чтобы ваш спутник мог подпитываться от солнечного света.
http://hi-news.ru

Источник: http://portaltele.com.ua/equipment/computer-hardware/soberi-sputnik-svoimi-rukami.html

Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.

7 лет назад
| тэги:
Компьютерная техника

Комментарии

Другие публикации

Редакция CNews готова принять пресс-релизы компаний на адрес news@cnews. ru.

Приглашаем вас делиться комментариями о материалах CNews на наших страницах платформ Facebook, Telegram и Twitter.

AmbaSat — создайте свой собственный космический спутник

ФИЗИЧЕСКИЕ ЛИЦА | ОБРАЗОВАНИЕ | КОММЕРЧЕСКИЙ

Наши комплекты космических спутников и образовательные курсы обеспечивают практическое и увлекательное обучение и вдохновляют студентов на увлекательную карьеру в космосе и STEM

Что делает AmbaSat?

AmbaSat создает комплекты космических спутников и обучающие курсы. Набор космических спутников AmbaSat-1 содержит все необходимое для создания собственного космического корабля, а наши дополнительные пакеты для запуска ракет запустят ваш спутник в космос.

Комплект космического спутника AmbaSat-1

Комплекты

AmbaSat предназначены для частных лиц, студентов, школ, университетов и предприятий. Выберите один из 8 датчиков, дизайн с открытым исходным кодом, простота сборки и кодирования.

Курс AmbaSat STEM

Курс «Создай свой собственный космический спутник» из 10 уроков: включает видео, планы уроков, буклет для учащихся, руководство и задания для каждого урока.

Коммерческий и научный

«Нано» технологии

AmbaSat обеспечивают экономичные запуски на низкую околоземную орбиту, а также новаторские испытания и экспериментальные возможности.

Обращение ко ВСЕМ преподавателям!

Курс AmbaSat Space Satellite охватывает темы и приложения, охватывающие всю учебную программу, от программирования до пайки, от исследований до командной работы, от аналитики до проектирования.

Десять уроков

Продолжительность урока 60-90 минут с сочетанием теории и практики.

Актуальность учебного плана

Карьерный рост, вычислительная техника и ИКТ, математика и статистика, драма и др.

Учебные материалы

Заметки преподавателя, учебники для учащихся, планы уроков, презентации и видео на YouTube

Пакеты курсов

Доступны пакеты «Земля, небо и космос». Наборы спутников включены для каждого учащегося

Результаты обучения

Решение проблем, работа в команде, критическое мышление, творчество, презентации и многое другое

Возрастной диапазон

Для учащихся 12-16 лет. Поощрение карьеры в космосе и STEM

Наши партнеры

Чем мы можем помочь вам и вашей организации?

Школы

Академии, тресты и частные школы

Университеты

Индивидуальные учебные модули, запуск высотных воздушных шаров

Поставщики образовательных услуг

Обучение на курсах для инструкторов по всем вашим каналам

Группы специалистов

Скауты, гиды, МЕЙКЕРЫ и группы специалистов по интересам

Партнер AmbaSat по запуску ракеты в Великобритании: Skyrora

3 ступени ракеты

Skyrora XL — трехступенчатая ракета-носитель, предназначенная для размещения полезной нагрузки на высоте от 200 до 1000 км

Длина ракеты

Высота Skyrora XL составляет 22,7 метра, а общая взлетная масса превышает 55 000 кг

Масса полезной нагрузки

Инкапсулированный модуль полезной нагрузки с толкающими пружинами, который доставит AmbaSat-X на НОО 

Skyrora XL (иллюстрация)

9 двигателей Skyforce с тягой 70 кН

Ответы на часто задаваемые вопросы

Вот небольшая подборка самых популярных вопросов. Пожалуйста, посетите нашу страницу часто задаваемых вопросов для получения полного списка всех ваших часто задаваемых вопросов.

Как долго мой спутник будет в космосе?

Ваш космический спутник AmbaSat-1 выйдет на низкую околоземную орбиту (НОО) на высоте около 300 км и останется в космосе примерно на ОДИН месяц.

Как мой спутник попадает на ракету?

После того, как вы закончите сборку и программирование вашего AmbaSat-1, вы вернете его нам, и мы позаботимся об установке ракеты.

Как я могу увидеть данные со своего спутника?

Каждый AmbaSat поставляется с собственной «приборной панелью». Это веб-приложение, которое позволяет вам просматривать все данные телеметрии вашего спутника в одном месте.

Представь себе

Твоя судьба

Что школы говорят об опыте AmbaSat

Все 30 студентов получили огромное удовольствие от 10-недельного курса, а команда AmbaSat усердно работала над тем, чтобы уроки были хорошо сбалансированы как с практической, так и с теоретической деятельностью.

Mr M Fairbairn

Учитель, школа Egglescliffe

AmbaSat Последние новости

Здесь вы можете узнать больше о том, что мы делаем прямо сейчас, о планах на будущее, интересных событиях и наших последних новостях и событиях!

Спутниковый курс AmbaSat в старшей школе Харрогейта Главная Спутниковый курс AmbaSat в средней школе Харрогейта На этой неделе было невероятно приятно…

Подробнее

AmbaSat в BringItOn North East Home BringItOn North East – Beacon of Light, Сандерленд. 12-13 октября 2022 У нас было фантастическое 2…

Подробнее

Информационный бюллетень о запуске AmbaSat – выпуск 2, август 2022 г. Home Admin 2 августа 2022 г. Добро пожаловать во второй выпуск о запуске AmbaSat…

Подробнее

Ваш собственный спутник: 7 фактов, которые нужно знать перед полетом

11 апреля 2014 г. 10 декабря 2018 г. 9

Все, о чем я прошу, это успешный запуск, чистый радиосигнал и жизнь, достаточная для достижения этой цели.

Если высотные воздушные шары недостаточно высоки, если вы чувствуете разочарование темпами развития космоса или если вам просто очень-очень нравятся ракеты и техника, я думаю, что запуск собственного спутника — отличное решение . Но сначала, что вы хотите, чтобы ваш спутник делал? Вот 7 ключевых вещей, которые вам нужно знать, прежде чем запускать свой личный космический корабль на орбиту со скоростью 17 000 миль в час.

Аврора, вид с МКС на низкой околоземной орбите, изображение предоставлено НАСА

Что такое пикоспутник?

Пикоспутники , по определению, очень маленькие и легкие спутники. Любой пикоспутник будет иметь эти основных компонента :

• Антенна
• Радиопередатчик для передачи команд или загрузки ваших данных
• Компьютер на кристалле, такой как Arduino или Basic-X24
• Система питания, чаще всего солнечные элементы плюс батарея плюс силовая шина
• Датчики

Прародителем класса пико является CubeSat , архитектура с открытым исходным кодом, позволяющая упаковывать все, что угодно, в куб размером 10 см × 10 см × 10 см.

CubeSat — спутник милый, как тыква. Forbes сообщил об одном поставщике, Pumpkin Inc. , который поставляет готовые CubeSat. CubeSat сам по себе является спецификацией, а не готовым аппаратным обеспечением, поэтому Pumpkin решил собирать готовые комплекты и продавать их. Если у вас есть собственная ракета для запуска CubeSat, за 7500 долларов вам продадут комплект CubeSat.

Точно соответствует TubeSat компании InterOrbital Systems. InterOrbital Systems (IOS) имеет преимущество по соотношению цена/производительность, поскольку они предлагают запуск по той же цене. Но похоже, что ни IOS, ни Pumpkin не предоставляют готовые изделия, а только наборы. Таким образом, все еще требуется работа для любителей, но комплекты устраняют необходимость в проектировании и оставляют только забавную часть сборки и интеграции.

TubeSat и CubeSat, два варианта пикоспутника, четверти показаны для масштаба

TubeSat и CubeSat, конечно, немного отличаются, и я безумно рад, что оба продвигают идею платформенных комплектов. Это большой шаг в коммерциализации космических исследований. Даже если мини-CubeSat выглядит жутко похожим на коробку Hellraiser Lemarchand.

Сколько стоит запуск?

Если вы строите CubeSat, обеспечить запуск ракеты несложно, просто дорого. Типичная стоимость запуска CubeSat оценивается в 40 000 долларов. Есть несколько коммерческих поставщиков, обещающих будущие ракеты CubeSat, при условии, что они завершат разработку. Различные проекты НАСА и Международной космической станции принимают некоторые предложения с использованием архитектуры CubeSat. Каждый год все больше компаний входят в бизнес частных запусков, поэтому перспективы запуска становятся все более надежными.

Архитектура TubeSat от InterOrbital Systems представляет собой альтернативную схему. В настоящее время поддерживается только InterOrbital, что очень выгодно. Вы получаете схемы, основные аппаратные компоненты и запуск их все еще находящейся в разработке ракеты по единой цене в 8000 долларов. TubeSat использует немного более длинную шестиугольную архитектуру, 12 см в длину и 4 см в диаметре.

Вы также можете работать с пользовательской архитектурой, если у вас есть доступ к запуску ракеты (возможно, через колледж или университет), но в настоящее время основными двумя игроками являются открытая спецификация CubeSat и частная альтернатива TubeSat.

Где находится Орбита?

Куда пойдет ваш пикоспутник? Почти наверняка ваш пикоспутник выйдет на низкую околоземную орбиту (LEO) , а это широкий диапазон от 150 до 600 км. В этом регионе также находится множество научных спутников и Международная космическая станция (МКС). Он находится внутри и ниже ионосферы, очень, очень тонкой части атмосферы, которая также совпадает с большей частью магнитного поля Земли.

Магнитное поле Земли защищает нас от самой яростной активности Солнца. Высокоэнергетические частицы, выбросы вспышек и выбросы корональной массы (КВМ; в основном капли солнечного вещества) шунтируются магнитным полем, прежде чем они достигают земли. Там, где силовые линии магнитного поля наклоняются около полюсов, эта энергия выражается в виде полярного сияния.

Снимок полярного сияния с низкой околоземной орбиты (изображение ISS006E18372, любезно предоставлено НАСА)

Выше ионосферы космическая среда может быть враждебной из-за солнечной активности. Ниже него радиационные риски значительно ниже. Вот почему МКС остается на НОО. LEO, в глубине души, настолько безопасен, насколько это возможно в космосе. Там же, скорее всего, будет жить ваш пикоспутник.

Типичная орбита НОО имеет примерно 90-минутный период . То есть он вращается вокруг Земли один раз в 90 минут, делая примерно 15 витков в сутки . Орбиты могут располагаться вблизи экватора Земли (экваториальные орбиты) или петлять от Северного к Южному полюсу (полярные орбиты). Точно так же орбиты могут быть почти круговыми или иметь большой эксцентриситет — приближаться к Земле на одном конце орбиты, а затем удаляться на другом.

Как долго продлится мой спутник?

Ваша орбита полностью определяется тем, что продал вам поставщик ракет. На уровне любителя вы, скорее всего, получите стандартную 250-километровую или около того почти круговую орбиту, либо экваториальную, либо полярную. Такая орбита длится (из-за сопротивления разреженной ионосферы) из От 3 до 16 недель до того, как спутник совершит огненный вход в атмосферу.

При массе пикоспутника это означает, что ваш спутник взлетит и не вернется. У вас есть менее трех месяцев для сбора данных. После этого пикоспутник, по сути, аккуратно испарится при входе в атмосферу (без риска космического мусора!)

Как там погода?

Условия и жизнеспособность НОО

Ионосфера называется так потому, что она представляет собой очень тонкую плазму электрически заряженных атомов (ионов) и электронов, возникающую из-за ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца. Технически она простирается примерно от 50 км до более чем 1000 км (спасибо Википедии!), но НОО начинается со 150 км — ниже вы не сможете поддерживать стабильную орбиту. Ионосфера, как уже упоминалось, управляется солнечной активностью. Часть, обращенная к Солнцу, имеет больше ионизация ; кроме того, солнечная активность может сильно влиять на его поведение. Есть также провалы в линии магнитного поля, приводящие к увеличению радиации на более низких высотах. Мы упомянули полюса и такие регионы, как Южно-Атлантическая аномалия (ЮАА), также имеют силовые линии, которые падают ниже.

Если вы отправляете датчики, вы должны убедиться в нескольких вещах:

• У них есть уровень чувствительности, соответствующий уровню сигнала, который вы пытаетесь измерить.
• У них есть динамический диапазон, позволяющий извлекать значимые данные.

Температуры на НОО

Металлическая пластина на НОО будет циклически изменять от –170°C до 123°C в зависимости от ее солнечной стороны и времени пребывания на солнце. Если ваш пикоспутник вращается, это немного выровняет распределение тепла, но это предполагаемый диапазон. Примерно половину своего времени орбита проводит под солнечным светом, а другую половину — в тени Земли, поэтому поведение температуры заслуживает моделирования.

Поскольку пикоспутник вращается, этот диапазон, к счастью, меньше (поскольку тепло успевает распределиться и рассеяться), и при 90-минутной орбите вы должны циклически проходить через три диапазона: слишком холодно для регистрации; переходные области, где датчик возвращает достоверные, медленно изменяющиеся данные; и, возможно, перенасыщение на высоких частотах. При необходимости можно добавить нагреватель — на спутниках используются нагреватели и охладители в зависимости от инструмента и облицовки.

Таким образом, термодатчик (например, датчик марки microDig Hot), работающий при температуре от –40°C до 100°C, будет достаточным. Диапазон от –40°C до 100°C является допустимой областью для измерения. В любом случае, за пределами этого диапазона остальная часть спутниковой электроники может иметь проблемы.

LEO Light

Точно так же датчик обнаружения света для вращающегося пикоспутника, скорее всего, будет возвращать только бинарный сигнал: сверхяркое Солнце в поле зрения и Солнце не в поле зрения. Таким образом, все, что он будет измерять, — это время, когда Солнце находится в поле зрения. Функция датчиков света будет в значительной степени бинарной, чтобы улавливать циклы Солнце-темнота по мере его вращения, а также общий цикл день/ночь на орбите. Если есть небольшой завал на спутник, тем лучше. Эти световые датчики обеспечат базовое измерение положения и акробатики спутника. Если вы хотите измерить фактический уровень освещенности, в вашем проекте должно быть убедитесь, что Солнце не затмевает ваш детектор .

Магнитное поле НОО

Напряженность поля ионосферы составляет порядка 0,3–0,6 Гс с флуктуациями 5 %. Для полярной орбиты у вас будет более высокая изменчивость и более сильные магнитные поля, чем на экваториальной орбите (поскольку силовые линии магнитного поля Земли наклоняются вблизи полюсов, отсюда и полярные сияния). Если вы хотите измерить флуктуацию, а не напряженность поля, вам необходимо захватить сигналы 0,06–0,1 Гс . Датчик Холла за 10 долларов плюс операционный усилитель могут измерять отклонения до 0,06 Гс, если нет сильного внешнего магнитного поля. Ниже этого лимитирующим фактором, скорее всего, будет шум от цепей вашего датчика, а не от самого датчика.

Как насчет повреждения частицами (радиацией)?

Срок действия миссии короткий (менее трех месяцев), поэтому можно не беспокоиться о совокупном уроне. Еще в школе я моделировал радиационные повреждения, и оказалось, что современная электроника на удивление надежна в коротких временных масштабах. В первую очередь у вас будет 90 193 одиночных сбоев (SEP) 90 194, которые скремблируют датчик или компьютер, но, поскольку вам, вероятно, не требуется 100% время безотказной работы, это не должно быть проблемой. Фактически, сбои добавят интересный характер вашим производным данным. Если вы встретите, скажем, солнечная буря , будет интересно посмотреть, как датчики справятся с этим, либо с насыщением, либо с ложными сигналами. Пропорциональный счетчик или эрзац-эквивалент (например, microDig Reach) может измерять количество этих частиц.

И, наконец, самое важное, что нужно знать:

Какова моя миссия?

Какого черта вы хотите, чтобы ваш пикоспутник делал? Вы можете аккуратно разбить типичный выбор пикоспутников на научные миссии, инженерные миссии и произведения искусства. Научная полезная нагрузка измеряет вещи. Инженерная полезная нагрузка тестирует аппаратное или программное обеспечение. Художественный проект воплощает высокую концепцию. Мы посетим каждый.

Наука!

Во время научной миссии ваш пикоспутник что-то измерит. В основе науки лежит измерение. Вы можете выполнять три типа миссий: наведение, на месте и инженерные постройки.

Миссия наведения похожа на телескоп. Ваш пикоспутник указывает на интересующий объект — Солнце, Луну, звезды, фон неба или Землю — и наблюдает за ним. Обратите внимание, что для , указывающего на Землю, требуется лицензия — ее нетрудно получить, но конфиденциальность защищена в хобби-пространстве.

Вы можете указать пальцем в произвольном порядке, но это не очень полезно. Вы можете установить режим съемки , в котором вашему пикоспутнику придается определенная ориентация на его орбите, так что на каждой орбите он движется по небу предсказуемым образом. Или, вы можете сделать активное наведение, заставив пикоспутник смотреть туда, куда вы хотите.

Активное наведение довольно сложно. Вы должны очень точно знать свою позицию. Использование инерциальных ориентиров — знание начальной орбиты плюс внутреннее предсказание движения спутника — является неточным для целей наведения датчиков. Поэтому для наведения обычно требуются какие-то астротрекеры. Это два или более широкоугольных телескопа, которые отображают небо и сравнивают его с бортовым каталогом известных ярких эталонных звезд.

Отслеживание звезд технически сложен и, вероятно, превышает ограничения по весу и конструкции типичного пикоспутника. Однако см. «Инженерное дело!» ниже, чтобы узнать больше об этом.

Более распространенное научное использование пикоспутников – измерения на месте . Это использование датчиков, которые измеряют область, в которой находится спутник, не требуя наведения. Термометр является прекрасным примером детектора на месте. Он измеряет температуру, и вам не нужно точно наводить его, чтобы знать, что он работает.

Другие измерения на месте с LEO могут включать в себя электрическое и магнитное поле в ионосфере, свет от Солнца или отраженное свечение Земли, измерение плотности ионосферы или отслеживание кинематики вашей орбиты и позиционирования (как вы движетесь).

Или, может быть, вы не хотите измерять что-то с научной точки зрения, вы просто хотите что-то построить. Это инженерия.

Инженерия!

Инженерный пикоспутник использует платформу, чтобы опробовать некоторые новые концепции космической аппаратуры или дать вам возможность попрактиковаться в создании собственных вариантов известной космической аппаратуры.

Вы можете сделать пикоспутник для проверки любого из аппаратных компонентов . Новая система питания, новый метод позиционирования, новый тип радио- или ретрансляционной связи, новые датчики — любой компонент спутника может быть построен и улучшен.

Три унции пригодных для полета приборов

Некоторые проекты пикоспутников включали испытания — в небольшом масштабе — новых концепций двигателей спутников , начиная от ионных двигателей и заканчивая солнечными парусами. Хотите испытать надувную космическую станцию ​​в миниатюре или посмотреть, сможете ли вы сделать пикоспутник, который разворачивается, образуя большую точку отражения радиолюбителей? Построить это!

Другим инженерным мотивом может быть тестирование определенных компонентов: например, сравнение изготовленной на заказ электронной установки с готовым коммерческим компонентом (COTS), чтобы увидеть, можно ли сделать спутники (любого размера) более рентабельными. Или вы можете протестировать новые методы сжатия данных или альтернативные методы выполнения встроенных операций.

Инновации в операциях — это подмножество инженерных целей, заслуживающих дальнейшего изучения. Пикоспутники можно использовать для проверки координации созвездия спутников. Они могут быть испытательными стендами для изучения орбитальной механики или уроками скоординированных спутниковых операций. Как самый дешевый способ получить доступ к космосу, они являются отличными испытательными стендами для создания прототипов новых способов работы со спутниками, прежде чем переходить к миссиям стоимостью в миллион долларов.

Художественная концепция!

Наконец, есть концепты. Мой собственный «Проект Каллиопа» TubeSat собирает измерения ионосферы на месте и передает их на Землю в виде музыки. Этот процесс называется озвучиванием. Цель состоит в том, чтобы вернуть ощущение ритма и уровня активности пространства, а не числовые данные, чтобы мы могли понять, как ведет себя система Солнце-Земля.

Вы не настоящая миссия, пока у вас нет собственной нашивки полета.

Вы можете запустить спутник, чтобы сделать что угодно. Отправить прах в космос. Поднимите гималайский молитвенный флаг. Запустите свое титановое обручальное кольцо на орбиту. Любая идея искусства, музыки или гибрида искусства/музыки/науки приветствуется, потому что это ваш спутник. Просто дайте ему цель или полезность, а не просто зрелище запуска собственного спутника.

Определение науки (любезно предоставлено science20.com/skyday)

Решение проблемы десятилетия для всего человечества

Вот задание по проектированию, в котором вам предлагается изобрести спутник. Дело не в том, умеете ли вы строить, а в том, можете ли вы придумать и наметить идею, которая стоит того, чтобы ее реализовывать в первую очередь .

Выберите одну из десятилетних целей для наблюдения за Землей, гелиофизики, астрономии или планетологии и разработайте концепцию миссии для выполнения этой задачи с использованием небольшой спутниковой платформы — NASA SMEX или меньше.

Изобретите свой спутник и сделайте пятиминутную презентацию , которую вы представите НАСА, чтобы запросить финансирование. Ограничьтесь спутником с одним-двумя (максимум) приборами. Вот несколько справочных ссылок на десятилетия:

• http://www.spacepolicyonline.com/national-research-council#decadal
• http://decadal.gsfc.nasa.gov/about.html
• http://science.nasa.gov/about-us/science-strategy/decadal-surveys/
• http://solarsystem.nasa.gov/2013decadal/
• http://sites.nationalacademies.org/SSB/CurrentProjects/SSB_056864
• http://science.nasa.gov/earth-science/decadal-surveys/

Одним из примеров десятилетней цели наблюдения Земли может быть:

Изменение ледяных щитов и уровня моря. Произойдет ли катастрофическое разрушение основных ледяных щитов, в том числе ледников Гренландии и Западной Антарктики, и если да, то как быстро это произойдет? Каковы будут временные закономерности повышения уровня моря в результате?

Хорошая презентация может включать:

• Сводную диаграмму миссии (тип/длина волны/цель/кто/орбита)
• История любых прошлых миссий, связанных с этим

.

• Список необходимых инструментов: какие типы инструментов и что они измеряют, а также требуется ли для этого фокусирующая оптика
• Диапазон разрешения на детектор (пространственное, спектральное, временное, яркостное)
• Смета расходов на основе сравнения/аналогии с аналогичными миссиями

Чтобы оценить хорошую подачу, подумайте:

• Правдоподобны ли ваша цель и спутник.
• Ваш подход явно подходит для этой задачи.

Это мастерство как деловых, так и академических предложений, где вы должны не только убедить аудиторию в том, что вы подходите для выполнения задания, но и в том, что само задание стоит того, чтобы его выполнить!

Создание собственного пикоспутника — это не только средство для достижения цели, но и сама по себе достойная цель. Даже если вы никогда не запустите его, навыки и опыт, которые вы приобретете при создании собственного настоящего спутника, могут стать для вас потрясающим опытом.