Das MSTU Mission Control Center ist ein wichtiges Element der Weltraumbildung. Mit seiner Hilfe ist es möglich, alle Aufgaben der Steuerung des Raumfahrzeugfluges auszuführen, wissenschaftliche und technologische Experimente durchzuführen und Serviceinformationen und wissenschaftliche Daten schnell zu analysieren. MCC-B ist mit Einrichtungen ausgestattet, mit denen telemetrische Informationen verarbeitet, gespeichert und den Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden können.
MCC-B wurde im Rahmen des wissenschaftlichen und pädagogischen Projekts zur Schaffung der kleinen Raumfahrzeuge "Baumanets" und "Baumanets-2" eingerichtet. Derzeit wird das Zentrum genutzt, um mit der Orbitalkonstellation der Nanosatelliten "Yarilo Nr. 1" und "Yarilo Nr. 2" zu arbeiten, die von Studenten, Doktoranden und jungen Spezialisten der Staatlichen Technischen Universität Moskau entwickelt wurden. Bauman. Am 28. September 2020 wurden die Yarilo-Nanosatelliten vom Plesetsk-Kosmodrom in die Erdumlaufbahn gebracht.
Satellitendesign
Yarilo ist eine Gruppe von 2 Nanosatelliten "Yarilo Nr. 1" und "Yarilo Nr. 2" zur Untersuchung der Sonnen- und Sonnen-Erd-Verbindungen. Ein Merkmal der Mission ist das Vorhandensein eines experimentell einsetzbaren Designs vom Typ "Sonnensegel" an den Fahrzeugen, mit dessen Hilfe eine Konstellation und ein passives Deorbitieren aufgebaut werden sollen. Dieses Projekt zeichnet sich durch eine bedeutende Bildungskomponente aus - alle Entwurfsarbeiten, die Entwicklung von Geräten und ihren Service-Systemen, die Herstellung, die experimentelle Entwicklung, die Integration der Nutzlast, die Vorbereitung für den Start, die Verwaltung und die Organisation der Arbeiten wurden von Studenten, Doktoranden und Studenten durchgeführt junge Fachkräfte - das Team des Jugendraumzentrums der Universität ... Das gesammelte Wissen, die Dokumentation, die Erfahrung und der materielle Teil werden verwendet, um Bildungsprogramme zu bereichern.
Interner Aufbau des Yarilo-Raumfahrzeugs
Die Nutzlast des ersten Geräts ist ein Spektrophotometer zur Aufzeichnung der Sonnenaktivität (entwickelt vom PN Lebedev Physical Institute, RAS).
Der Detektor ermöglicht die Überwachung im weichen Röntgenbereich von 0,5 bis 15 keV, einschließlich der Beobachtung von Mikroflares, sowie die Durchführung einer Spektraldiagnostik des Plasmas in den untersuchten Objekten. Es wird angenommen, dass wir in der Atmosphäre der Sonne leben und Ströme des Sonnenwinds (von der Sonne ausgestoßenes Sonnenplasma) die Erde stark beeinflussen. Die Häufigkeit und Intensität von Sonneneruptionen hängt vom 11-Jahres-Zyklus der Sonnenaktivität ab. Jetzt hat die Sonne das Minimum an Aktivität verlassen und beginnt sich zu beschleunigen. Zu Zeiten, in denen die Sonne aktiv ist, treten Fackeln auf, die der Apparat untersuchen wird. Während Fackeln wird eine Plasmamasse entlang des Radius von der Sonne in den Weltraum ausgestoßen, und wenn die Erde, die sich in der Umlaufbahn bewegt, in diesen Ausstoß gerät, haben wir geomagnetische Stürme.
Plasma im Erdmagnetfeld wird "getreten" und entlang der Magnetlinien gedreht und gelangt infolgedessen in die Magnetpole der Erde. Zu diesem Zeitpunkt können Kommunikations- und Stromnetzausfälle auftreten, oder beispielsweise erhalten Piloten, die über den Nordpol fliegen, eine Strahlungsdosis. Die Vorhersage solcher Ausbrüche ist eine große Herausforderung für Wissenschaftler. In 8 Minuten erreichen die ausgestoßenen Röntgenquanten die Erde mit Lichtgeschwindigkeit, so dass sie von einem speziellen Gerät im Orbit aufgezeichnet werden können. Der Trazient selbst (Plasmaausstoß) erreicht die Erde in ein oder zwei Tagen, er fliegt viel langsamer (mit einer Geschwindigkeit von etwa 1000 km / s), sodass Sie die erforderlichen Maßnahmen im Voraus ergreifen können.
Die Nutzlast der zweiten Vorrichtung ist ein Detektor für Gammastrahlung und geladene Teilchen (DeKoR ist eine Entwicklung des D.V. Skobeltsyn-Forschungsinstituts für Kernphysik, Lomonosov Moscow State University). Die Aufgabe des Geräts besteht darin, schnelle Variationen der Elektronenflüsse im Spalt zwischen den Strahlungsgürteln sowie die Dynamik von Partikelflüssen und Gammastrahlung in niedrigen Umlaufbahnen in Abhängigkeit von geomagnetischen Bedingungen im Bereich von 0,1 bis 2 MeV zu untersuchen . Es ermöglicht Ihnen, kosmische Strahlung zu untersuchen, die sich negativ auf den Organismus von Lebewesen und Technologie auswirkt und Barrieren für entfernte Weltraummissionen schafft.
Externe Anordnung der Parus-MGTU- Fahrzeuge
Zusätzlich zur Nutzlast für die Weltraumwetterforschung sind die Satelliten mit einem zweiblättrigen Sonnensegel ausgestattet, dessen Design an Bord der ISS "Parus-MSTU" getestet wird. Es ist bekannt, dass Sonnenlicht Objekte im Weltraum schieben und beschleunigen kann, was anhand eines vereinfachten Modells im MCC deutlich wird.
So entwarfen die Schüler ein Sonnensegel - eine Antriebsvorrichtung, die unter dem Einfluss des Drucks der elektromagnetischen Sonnenstrahlung arbeitet. Sie können damit interorbitale und sogar interplanetare Flüge durchführen, ohne Arbeitsflüssigkeit (Treibstoff) zu verbrauchen.
Das im Projekt entwickelte Sonnensegel ist eine rahmenlose Dünnschichtstruktur, deren Steifigkeit durch Drehen des Segels um die Symmetrieachse sichergestellt wird. Es wurde das Konzept eines zweiblättrigen Sonnensegels vorgeschlagen, das eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Arten von Sonnensegeln aufweist - Einfachheit, die Fähigkeit, das Segel zu falten usw.
Ein Satellitenmodell mit einem zweiblättrigen Sonnensegel
Wo tun Die Satelliten fliegen und was aus
Yarilo-Geräten besteht, befinden sich in einer erdnahen Umlaufbahn von km mit einer Neigung von 97,6 Grad. Die geschätzte Lebensdauer des kleinen Raumfahrzeugs beträgt 1 Jahr - dies sind ungefähr 1500 Umdrehungen um die Erde.
Laden des Geräts in den Startcontainer
Damit die Fahrzeuge ihren Standort korrekt bestimmen und an Bord im Weltraum navigieren können, funktionieren zwei einzigartige Sensoren an Bord, darunter Magnetometer, Beschleunigungsmesser und ein eigener Solarsensor, der auf der Vierpunkt-Fotodiode FD-20K basiert. Darüber hinaus befindet sich an der Außenseite des Geräts ein GLONASS-Empfänger, mit dem die Koordinaten und die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können. Auch an jeder der Außenkanten befinden sich Lichtsensoren, mit denen auch die Ausrichtung bestimmt werden kann, jedoch weniger genau.
Ein weiteres wichtiges technisches Problem ist die Ausrichtung der Apparatur mit einem Spektrophotometer zur Sonne. Für seine Implementierung ist eine Pyramide von vier Schwungradmotoren an Bord der Vorrichtung installiert, die den Aufbau einer dreiachsigen Ausrichtung ermöglicht, und Magnetspulen, die sich auf jeder der Flächen der Vorrichtung befinden, wodurch sie ein Magnetfeld verschiedener Konfigurationen bilden können . Das magnetische Orientierungssystem ist einachsig und basiert auf dem Prinzip der Erzeugung eines mechanischen Steuermoments aufgrund der Wechselwirkung des von der Spule erzeugten Magnetfelds mit dem Erdmagnetfeld. Steueralgorithmen bilden eine Folge des Ein- und Ausschaltens der Magnetspulen. Zusätzlich zur Ausrichtung zur Sonne ermöglichen die Steuerungen, dass das Gerät um seine Achse gedreht wird (es ist erforderlich, damit die "Segel" -Bänder während des Einsatzes gedehnt wurden) und die großen Winkelgeschwindigkeiten des Geräts gelöscht werden.Zum Beispiel, wenn sich das Gerät dreht und aus dem Startcontainer fliegt (Modus - Dämpfung). Die Bedienung des Orientierungssystems wurde durch Aufhängen der Vorrichtung an einer Schnur geübt.
All diese Aufgaben erfordern viel Energie. An Bord des kleinen Raumfahrzeugs befinden sich zwei Akkus, die regelmäßig mit Solar-Fotozellen an den Außenkanten aufgeladen werden. Dies geschieht, wenn sich das Raumschiff auf der beleuchteten Seite der Umlaufbahn befindet. Übrigens haben die Jungs die Technologie auch für ihre Installation selbst entwickelt. Die Stromversorgung der Verbrauchersysteme erfolgt über 3,3- und 5-V-Stromschienen.
Die "Gehirne" der Vorrichtung befinden sich in dem integrierten Zentralcomputer, der alle Geräte der Vorrichtungssubsysteme gemäß der Flugsequenz steuert. Der Bordcomputer ist gegen einen beliebigen irreversiblen Fehler resistent, daher wurde für das Gerät ein Schema mit entladener Redundanz von zwei identischen Halbsätzen von Taschenrechnern gewählt. Die Taschenrechner basieren auf STM32F205-Mikrocontrollern von STMicroelectronics.
Vereinfachtes Funktionsdiagramm der Geräte
Eine der häufigsten Fragen des Entwicklungsteams: Haben Sie Kameras, um schöne Bilder der Erde zu erhalten? An Bord des Satelliten befinden sich Kameras, bis zu zwei, die jedoch benötigt werden, um den Prozess des Einsatzes des Sonnensegels zu erfassen.
Entwicklung von Algorithmen für den Betrieb von Schwungradmotoren
Wenn Sie sich das Foto des Geräts genau ansehen, werden Sie feststellen, dass es zweifarbig ist. Im beleuchteten Teil der Umlaufbahn schaut das Raumschiff mit der weißen Seite, die Licht reflektiert, auf die Sonne, und die schwarze Seite gibt intensiv Wärme ab, sodass der Satellit nicht überhitzt. Im Schattenbereich der Umlaufbahn, wo die Temperatur der Vorrichtung erhöht werden muss, absorbiert die dunkle Seite mehr Energie und das Weiß gibt weniger Wärme ab. Für einige Geräte, die viel Wärme abgeben, haben Spezialisten des Skolkovo-Instituts und von ILMiT mithilfe des 3D-Drucks Thermostatgehäuse mit integrierten Wärmerohren aus einer hochleitfähigen Aluminiumpulverlegierung hergestellt. Einige der Rumpfteile des kleinen Raumfahrzeugs, wie die Batterieabdeckung und der Rumpf des Segelmoduls, werden durch selektives Lasersintern hergestellt.
Rumpf des Segelmoduls
Transport und Prüfung
Die Satelliten werden in speziellen stoßfesten Schaumstoffkoffern zum Kosmodrom transportiert. Bevor die Geräte jedoch einen vollständigen Zyklus mechanischer und thermischer Vakuumtests durchlaufen. Sie unterliegen strengen Anforderungen an die Beständigkeit gegen Vibrationen, Stöße und quasistatische Belastungen während ihrer Vorbereitung und ihres Starts als Teil einer Trägerrakete oder einer oberen Stufe als zugehörige Nutzlasten. Sie sind bis zu 10 g beladen.
Vibrations Test
Die Temperatur des Fahrzeugs im Flug kann innerhalb des Bereichs von einem tiefen "Plus" bis zu einem tiefen "Minus" schwanken, da sich die thermischen Regime während des Übergangs vom beleuchteten zum schattigen Teil der Umlaufbahn und zurück stark ändern. Der angenommene Temperaturbereich für interne Platten lag zwischen -30 und +60 ° C, für externe Platten zwischen -70 und +80 ° C.
Thermische Vakuumtests
Betrieb im Orbit
Während der Satellit fliegt, werden alle von ihm empfangenen Telemetrie- und nützlichen Informationen in seinem Speicher (FRAM) gespeichert. Von dort gelangen die Informationen dank der Sende- und Empfangsantennen des Geräts (bei Yarilo werden zwei Spiralantennen der UKW-Reichweite verwendet) und der Bodenantennen, die sich direkt auf dem Dach des Gebäudes des Special Machine Building befinden, zur Erde. Wenn ein Satellit in der Funksichtzone über Moskau fliegt, empfängt die Antenne ein Signal von Moskau. Die Kommunikation mit dem Satelliten kann fünf Minuten lang aufrechterhalten werden, wenn der Pfad des Satelliten genau über Moskau verläuft, oder etwa eine Minute lang, wenn die Zone nur die Stadt "berührt".
Antennenstrahlungsmuster bei Yarilo-Fahrzeugen
Alle erforderlichen Zielinformationen, die von den Sensoren gesammelt werden, werden in diesem Zeitraum vom Satelliten zur Erde übertragen: Position und Ausrichtung, Winkelgeschwindigkeiten, Temperatur, Zustand der Speicherbatterien und Solarbatterien. Befehle werden von der Erde zum Satelliten übertragen, die vom Satelliten ausgeführt werden müssen: Drehen, Ausgeben bestimmter telemetrischer Informationen, Öffnen des Segels usw.
In diesem Projekt ist MSTU der Ausführende und empfängt die erforderlichen Informationen von seinen eigenen Satelliten Yarilo-1 und Yarilo-2 ... Und bereits die nachfolgenden Prozesse des Studierens und Analysierens von Daten finden in anderen spezialisierten Labors und Zentren der Moskauer Staatsuniversität und von FIAN sowie in Roshydromet statt.
Darüber hinaus sind Satelliten eine experimentelle Basis für die Entwicklung neuer Technologien: Sonnensegeltechnologie, individuelle Service-Systeme und im Allgemeinen zum Testen unserer eigenen Nanosatelliten-Plattform.
Neben der Arbeit im Zusammenhang mit dem MCC hat das Youth Space Center viele weitere interessante Projekte. Darunter befindet sich ein kleines Abstiegsfahrzeug für die schnelle Lieferung biologischer Proben von der ISS, ein Projekt für eine "kleine" Rakete, mit der kleine Nutzlasten abgefeuert, mit Schulkindern zusammengearbeitet und an verschiedenen internationalen Austauschprogrammen teilgenommen werden können. In neuen Artikeln werden wir Sie über andere Projekte des Zentrums informieren, um den Weltraum näher an Sie heranzuführen.