ФАСТРАК - FASTRAC

Для использования в других целях см. Fastrac.

ФАСТРАК

Имена	ФАСТРАК 1 («Сара-Лилия») FASTRAC 2 («Эмма»)
Тип миссии	Демонстрация технологий Любительское радио
Оператор	Техасский университет в Остине
COSPAR ID	2010-062F & 2010-062M
SATCAT нет.	37227 & 37380
Свойства космического корабля
Производитель	Техасский университет в Остине
Стартовая масса	Всего: 58 кг (127 фунтов)[1]
Начало миссии
Дата запуска	20 ноября 2010, 01:21 (2010-11-20UTC01: 21) универсальное глобальное время[2]
Ракета	Минотавр IV Рейс 3
Запустить сайт	Стартовый комплекс Кадьяк
Подрядчик	Орбитальные науки
Конец миссии
Утилизация	Списан[3]
Параметры орбиты
Справочная система	Геоцентрический
Режим	Низкая Земля
Высота перигея	641 км
Высота апогея	652 км
Наклон	72°

Формирование автономного космического корабля с тягой, реле, ориентацией и поперечной связью (или же ФАСТРАК) - пара наноспутники (соответственно названный Сара-Лили и Эмма) разработан и построен студентами в Техасский университет в Остине. Проект является частью программы, спонсируемой Исследовательская лаборатория ВВС (AFRL), цель которой - возглавить разработку доступных космических технологий. Миссия FASTRAC будет специально исследовать технологии, которые облегчают работу нескольких спутников в строю. Эти обеспечивающие технологии включают относительную навигацию, перекрестную связь, определение ориентации и тягу. Из-за высокой стоимости подъема массы в орбита существует серьезная инициатива по уменьшению общего веса космического корабля. Использование групп спутников вместо больших одиночных спутников снижает риск отказа единой точки и позволяет использовать дешевое оборудование.

В январе 2005 года Техасский университет выиграл Университетская программа Nanosat-3, грантовый конкурс, в котором участвовали 12 других университетов-участников.^[4] В качестве победителя FASTRAC получила возможность запустить свои спутники в космос. Команда под руководством студентов получила 100 000 долларов от AFRL на конкурсную часть проекта и еще 100 000 долларов на этап реализации. FASTRAC - это первая разработанная студентами спутниковая миссия, включающая в себя относительную навигацию на орбите в реальном времени, определение ориентации на орбите в реальном времени с помощью одной антенны GPS и плазменный двигатель с микроразрядом.

FASTRAC спущен на воду 19 ноября 2010 г. Минотавр IV ракета из Стартовый комплекс Кадьяк в Кадьяк, Аляска.^[5] Разделение спутников друг от друга и перекрестная связь были успешно выполнены.^[6]

FASTRAC был разработан в рамках программы наноспутников Университета исследовательской лаборатории ВВС США и занял 32-е место в рейтинге. Совет по рассмотрению космических экспериментов Список приоритизированных экспериментов с космическими аппаратами в 2006 г. Предполагалось, что космический аппарат продемонстрирует относительную навигацию Глобальной системы позиционирования и характеристики двигателя с микрозарядом.

Операции

Основная последовательность миссии состоит из шести отдельных этапов: запуск, разделение ракеты-носителя, первоначальное обнаружение, бортовая относительная навигация по GPS, определение ориентации с помощью бортовой одной антенны GPS и работа плазменного двигателя с микроразрядом, а также работа радиолюбителей. На первом этапе два наноспутника будут запущены в рамках программы космических испытаний Министерства обороны США. STP-S26 Миссия со стартового комплекса Кадьяк (KLC) в Кадьяке, Аляска. Они будут доставлены на низкую околоземную орбиту с углом наклона 72 градуса и высотой 650 км на ракете Minotaur IV. Первоначально два наноспутника будут сложены друг над другом. Как только ракета достигнет желаемой орбиты, спутники будут приведены в действие ракетой-носителем, прежде чем окончательно отделиться от ракеты-носителя.

Третий этап начнется после того, как два наноспутника будут выброшены из ракеты. На этом этапе будет 30-минутный период, в течение которого спутники пройдут процесс проверки и инициализации. По истечении этого периода спутники начнут передавать сообщения радиомаяка, содержащие телеметрическую информацию, которая поможет определить статус каждого спутника. На этом этапе наземная станция попытается установить первый контакт со спутниками и выполнить процедуру проверки, чтобы убедиться, что все подсистемы на борту работают правильно. Ожидается, что эта процедура проверки займет несколько часов или даже несколько дней, в зависимости от продолжительности сеансов связи с наземной станцией. Как только операторы будут удовлетворены состоянием спутников, спутникам будет дана команда с земли на разделение, завершая третий этап миссии.

Когда спутники успешно разделятся, начнется основная миссия, сигнализирующая о начале четвертой фазы. Во-первых, спутники автономно установят перекрестную связь, или, другими словами, они будут общаться друг с другом через УВЧ /УКВ группы. Затем спутники будут обмениваться данными GPS через эту перекрестную связь для расчета решений относительной навигации на орбите в реальном времени.^[7]

Пятая фаза активирует микроразрядный плазменный двигатель малой тяги по команде с земли, который будет работать автономно, когда вектор тяги находится в пределах конуса 15 градусов вектора антискорости. Работа двигателя будет зависеть от решения для определения положения на орбите в режиме реального времени с помощью GPS с одной антенной. После завершения этой фазы команда с наземной станции отключит двигатель на FASTRAC 1.

Заключительный этап миссии начнется после того, как архитектура связи спутников будет перенастроена с земли для работы с Автоматическая система отчетов о пакетах (APRS) сеть. Это сделает спутники доступными для пользователей радиолюбителей по всему миру. Как только наземная станция теряет связь со спутниками, миссия прекращается, и спутники пассивно сходят с орбиты, сгорая в атмосфере. Команда FASTRAC подсчитала, что для успешного достижения поставленных целей потребуется шесть месяцев.

Концепция работы FASTRAC

Подсистемы

Структура

Конструкция сателлитов FASTRAC представляет собой гексагональную конструкцию изо-решетки, состоящую из двух титановых переходных пластин, алюминиевых боковых панелей 6061 T-6, шести полых внешних колонн со вставками и шести внутренних колонн. Масса двух наноспутников со всеми включенными компонентами составляет примерно 127 фунтов.

Коммуникационная Архитектура

Архитектура связи основана на системе, установленной на PCSat2. Реализация FASTRAC состоит из двух приемников, одного передатчика, контроллера оконечного узла (TNC), релейной платы передатчика и релейной платы приемника. На FASTRAC 1 «Сара Лили» используются два VHF-приемника R-100 и один UHF-передатчик TA-451 от Hamtronics. На FASTRAC 2 «Эмма» используются два UHF-приемника R-451 и один VHF-передатчик TA-51 от Hamtronics. Используемый TNC - KPC-9612 + от Kantronics. Релейные платы передатчика и приемника были разработаны и изготовлены на собственном предприятии.

Команды и обработка данных

Система команд и обработки данных (C&DH) состоит из четырех распределенных AVR которые были разработаны Университет Санта-Клары. Каждый AVR имеет микроконтроллер Atmega 128 и управляет отдельной подсистемой на спутнике (то есть: COM, EPS, GPS и THR или IMU). AVR связываются друг с другом через Шина I2C.

Подсистема GPS

Система определения местоположения и ориентации по GPS была разработана и создана студентами-исследователями из исследовательской лаборатории GPS Техасского университета. В системе используются измерения кода GPS, а также антенна. соотношение сигнал шум (SNR) и 3-осевой магнитометр измерения для оценки положения, скорости и ориентации. Каждый спутник будет иметь резервные GPS-приемники ORION, двойные перекрестные антенны с аппаратным переключением и разделением RF.

Система питания

Энергосистема каждого спутника состоит из восьми солнечные панели, блок VREG и аккумуляторный блок. Батарейный бокс изготовлен из анодированного алюминия черного цвета и вмещает 10 Sanyo N4000-DRL. D-клетки предоставлено команде AFRL. И солнечные панели, и плата VREG были спроектированы и изготовлены собственными силами. На каждом спутнике плата VREG распределяет мощность от трех регуляторов напряжения VICOR VI-J00, а также заряжает батареи энергией, полученной от солнечных панелей.

Система разделения

Для спутников FASTRAC есть две системы разделения, разработанные и изготовленные Planetary Systems Corporation (PSC), которые будут использоваться для отделения спутников в их групповой конфигурации от ракеты-носителя, а затем для разделения двух спутников, пока они находятся на орбите. . Система разделения световых полос PSC состоит из двух подпружиненных колец и моторизованного спускового механизма.

Плазменный двигатель с микроразрядом

Микроразряд плазменный двигатель был разработан и построен в UT-Austin. Двигатель малой тяги направляет и перегревает инертный газ через микроканальное сопло, создавая тягу на уровне микроньютонов. Он использует изготовленный на заказ композитный бак от CTD. Работа двигателя будет автоматизирована космическим кораблем C&DH с использованием измерений ориентации, обеспечиваемых системой определения ориентации GPS. После включения двигателя малой тяги с земли он будет активен только тогда, когда одно из двух сопел находится в пределах конуса 15 градусов вектора антискорости. Подсистема подруливающего устройства присутствует только на FASTRAC 1 «Сара Лили».

Инерциальный измерительный блок (IMU)

На FASTRAC 2 «Эмма» вместо подруливающего устройства Инерциальный измерительный блок (IMU) MASIMU01 от Micro Aerospace Solutions используется для измерения расстояния между двумя спутниками.

Участие радиолюбителей

Спутники FASTRAC передают и принимают данные (GPS, Здоровье и др.) На любительских радиочастотах. Всем радиолюбителям рекомендуется передавать данные с любого спутника по нисходящей линии и загружать данные в раздел радиооператора на Веб-сайт FASTRAC.^[8]

Частоты работы

	ФАСТРАК 1 "Сара Лили"	ФАСТРАК 2 "Эмма"
Нисходящий канал	437.345 MHz FM	145.825 MHz FM
Маяк	437,345 МГц AX.25 1200 AFSK	145,825 МГц AX.25 1200 AFSK
Восходящий канал (1200 Бод )	145.980 MHz FM	435.025 MHz FM
Восходящий канал (9600 бод)	145.825 MHz FM	437.345 MHz FM

Рекомендации

1. «ФАСТРАК: Пресс-кит 2010» (PDF). Техасский университет в Остине. Архивировано из оригинал (PDF) 14 марта 2012 г.
2. Муньос, Себастьян; и другие. (2011). Миссия FASTRAC: сводка операций и предварительные результаты экспериментов. 25-я конференция AIAA / USU по малым спутникам. 9 августа 2011 года. Логан, Юта. Смотрите также https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2011/all2011/24/.
3. «Прошлые миссии». Техасская лаборатория космических аппаратов, Техасский университет в Остине. Получено 24 октября 2019.
4. «Обзор проекта FASTRAC». Техасский университет в Остине. 2010-11-02. Архивировано из оригинал на 2010-11-14. Получено 2010-11-08.
5. Муньос, Себастьян (2010-11-02). "Архив новостей FASTRAC". Техасский университет в Остине. Архивировано из оригинал на 2010-11-14. Получено 2010-11-08.
6. Первая разработанная студентами миссия, в которой спутники обращаются по орбите и общаются под руководством студентов UT, Пресс-релиз Техасского университета в Остине, 24 марта 2011 г.
7. Смит, А., Муньос, С., Хаген, Э., Джонсон, Г.П., и Лайтси, Э.Г. (2008, август) «Сателлиты FASTRAC: реализация и тестирование программного обеспечения» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 26 декабря 2010 г. 22-я ежегодная конференция по малым спутникам USU / AIAA, Логан, Юта, SSC08-XII-4.
8. «Медиа-кит FASTRAC» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-20. Получено 2010-11-08.