PW-Sat

PW-Sat
Заказчик	Варшавский политехнический институт
Оператор	Польская академия наук
Задачи	Технологический спутник
Спутник	Земли
Стартовая площадка	Куру
Ракета-носитель	Вега
Запуск	13 февраля 2012
Сход с орбиты	28 октября 2014
COSPAR ID	2012-006G
SCN	38083
Технические характеристики
Масса	1 кг
Размеры	CubeSat, 10*10*10 см при запуске, 150*100*13 см с развёрнутым щитком и антеннами
Диаметр	14 см (диагональ куба)
Источники питания	солнечная батарея, литий-ионный аккумулятор
Срок активного существования	1 год
Элементы орбиты
Тип орбиты	низкая околоземная орбита
Эксцентриситет	0,0796068
Наклонение	69,486°
Период обращения	1 ч 42 мин 23 с (102,38 мин)
Апоцентр	1449 км
Перицентр	295 км
Витков за день	14.06319864
Медиафайлы на Викискладе

PW-Sat (пол. Politechnika Warszawska Sat) — первый польский искусственный спутник земли, разработанный Варшавским Политехническим Институтом при поддержке центра космических исследований Польской академии наук. Основные цели спутника — проверка возможности атмосферного торможения (деорбитация (англ. deorbitation)) и нового типа солнечных батарей. Кроме того, аппарат будет передавать телеметрию на радиолюбительской частоте.

История проекта

Проект был начат в 2005 году членами космической студенческой ассоциации, с намерением стать первой командой, разработавшей первый польский космический аппарат. Позднее к ним присоединились студенты инженерного факультета. Число разработчиков увеличилось до 70-80 человек. В 2011 году группа была реорганизована, и число людей, занятых в проекте, сократилось до 22, с ядром из 9 членов. Прежде чем они начали строить спутник, команда решила разработать схему ИСЗ как можно проще, чтобы свести к минимуму вероятность отказа. Их предварительная работа включает деревянные модели «CubeSat», которые были использованы, чтобы протестировать развёртывание антенны.

Самым важным критерием успеха проекта является доказательство способности спутника работать в космосе. Основной вторичной целью разработки стало смягчение проблемы космического мусора, который является одной из наиболее важных проблем, стоящей перед освоением космического пространства. Первые идеи об использовании воздушного шара и паруса для тормозной системы в конечном итоге были сняты, отчасти из-за низкой надёжности. После того, как были решены некоторые организационные проблемы, команда стала сотрудничать с Центром космических исследований Польской академии наук. Это привело к созданию новой полезной нагрузки, которая состоит из направляющего устройства увеличивающего атмосферное сопротивление (щиток), поверхность которого служит каркасом для нового типа солнечных батарей. Основная цель этого эксперимента заключается в проверке концепции использования атмосферного торможения на спутнике.

Разработчики рассчитывают, что смогут вывести спутник с орбиты в предсказанное время, примерно через год после запуска. Вторая цель заключается в проверке солнечных батарей, которые ранее никогда не использовались в космосе. Во время полёта, спутник будет передавать телеметрию с информацией о состоянии каждой подсистемы и параметры развёртывания щитка, которую смогут получать радиолюбители.

Конструкция

Корпус

Корпус — алюминиевая рама, которая обеспечивает поддержку всех элементов. Это обеспечивает правильное позиционирование элементов во время запуска ракеты и защищает подсистемы от механических повреждений. В то же время он играет важную роль в тепловой стабилизации спутника. Если одна из подсистем порождает большое количество тепла, то оно поглощается структурой (он имеет очень высокую теплоёмкость). Избыток тепла излучается из корпуса непосредственно в космос. ФормФактор — «CubeSat».

Система питания

Система питания PW-Sat работает исключительно за счёт энергии, поступающей от Солнца. Она преобразуется в электрический ток в восьми солнечных батареях, которые размещаются на сторонах спутника. Панели, установленные на одной стороне обеспечивают минимальное питание 2 Вт. Это питание частично используется для зарядки литий-ионного аккумулятора, который обеспечивает энергию, когда спутник находится в тени Земли. Эффективность солнечных батарей составляет порядка 27 %. PW-Sat также будет оснащён дополнительными экспериментальными панелями. Они не будут связаны с основной системой питания и являются частью эксперимента. Только они будут использоваться на щитке для схода с орбиты.

Коммуникационная система

Модель спутника PW-Sat на выставке International Air Picnic 2007

Передача телеметрии спутником, полученная любительской радиостанцией в Голландии

Коммуникационная система необходима для отправки данных на Землю и для получения команд от наземной станции. Она состоит из двух модулей: модуля связи и антенного модуль. Четыре кассетных антенны 55 см длины являются основой антенного модуля. Во время взлёта они были развёрнуты через полчаса после отделения от разгонного блока. Процесс развёртки занял всего 3 секунды. Связь поддерживается на двух частотах: 435,032 МГц (передача — на спутник) и 145,902 МГц (приём — со спутника).

Полезная нагрузка

Через несколько недель после отделения PW-Sat от разгонного блока наземная станция посылает команду развернуть тормозной щиток. Он представляет собой метровую спираль с прямоугольным поперечным сечением. Со всех четырёх сторон она покрыта упругими солнечными батареями. Во время выведения она будет скрыта внутри спутника.

Стабилизация спутника

PW-Sat не оснащён системой стабилизации. Его ориентация может быть оценена на основе данных о развёртке солнечных батарей.

Бортовой компьютер

Бортовой компьютер управляет работой всего спутника. С помощью коммуникационной системы он получает команды с Земли и контролирует выполнение заданий подсистемами. Он также собирает информацию о температуре и работе подсистем в буфер и готовит её для передачи на наземную станцию. Центральный процессор компьютера представляет собой 8-разрядный микроконтроллер. Программа написана на языке Си.

Кроме основных подсистем, существует также дополнительная, которая осуществляет мониторинг подсистем спутника до вывода на орбиту.

Эксперименты

Деорбитация

Деорбитация (англ. deorbitation) — сход с орбиты космического аппарата с последующим его сгоранием в плотных слоях атмосферы. Земной наблюдатель в это время увидит небольшой метеор. Похожим способом был уничтожен космический аппарат Хаябуса. Уничтожение спутника путём схода с орбиты Земли увеличивает безопасность космических запусков. Многие спутники после окончания их миссии могут продолжать вращаться вокруг Земли в течение десятилетий. Неактивные объекты, которые не контролируются становятся космическим мусором. Они становятся серьёзной угрозой для новых космических аппаратов (в том числе пилотируемых полётов и орбитальных станций). Реальность этой угрозы мы могли наблюдать, 10 февраля 2009 года, когда произошло столкновение спутников Космос-2251 и Iridium 33. Обломки, являющиеся последствием столкновения, представляют угрозу для других спутников. Для избежания подобных ситуаций в дальнейшем разработчикам следует применять системы деорбитации.

В случае нахождения спутника на низких орбитах влияние верхних слоёв атмосферы (вплоть до 900 км) может стать фактором, ускоряющим деорбитацию. Так же, как и раскрытие парашюта увеличит аэродинамическое сопротивление увеличением площади спутника на низкой околоземной орбите вызовет постепенное, но заметное замедление. Следствием этого будет снижение орбиты, дальнейшее увеличение сопротивления и быстрый спуск. Вплоть до входа в плотные слои атмосферы.

Основной полезной нагрузкой PW-Sat станет система, вызывающая увеличение аэродинамического сопротивления спутника. Хотя это может показаться немного странным, PW-Sat отправляется в космос, чтобы быть как можно быстрее уничтоженным. Деорбитационная система PW-Sat представляет собой щиток. Она имеет форму квадратного сечения и длиной около 1 метра. По бокам щиток покрыт гибкими солнечными батареями. На время запуска вся структура складывается в специально подготовленные места внутри спутника. Через несколько недель после запуска по команде с Земли пиротехнику блокировки пружинного механизма сжигают и щиток выходит за доли секунды. С антеннами и щитком спутник будет размером примерно 150x100x13 см.

PW-Sat без деорбитационной системы (как 10x10x13 см) останется на своей эллиптической (300 × 1 450 км) орбите в течение почти четырёх лет. Ожидаемое увеличение аэродинамического сопротивления должно сократить жизнь спутника на один год. Подобные системы могут быть установлены на новых спутниках и использоваться, когда их миссия подходит к концу. Это позволит очистить орбиту от нежелательного космического мусора.

Солнечные батареи

Основным способом обеспечения электроэнергией для подавляющего большинства спутников и космических зондов является использование солнечных батарей. Солнечное излучение преобразуется в электричество в солнечных панелях, которые являются частью спутникового оборудования. Чем больше мощность доступна для подсистем, тем больше возможностей у спутника. В этой связи возникает необходимость в создании более эффективных фотоэлементов, которые охватывают большую площадь. Тем не менее, увеличение размеров создаёт проблемы с выводом на орбиту спутника ракетой-носителем. Конструкторы космического телескопа Хаббла столкнулись с аналогичной проблемой много лет назад, пытаясь разместить обсерваторию и фотоэлементы в грузовом отсеке космического челнока. Это получилось, потому что было принято решение свернуть солнечные батареи — путём установки их на гибкий материал на таком расстоянии друг от друга, что вся группа могла бы быть сложена и доставлена на орбиту в компактной форме.

Гибкие фотоэлементы на гибкой основе будут впервые испытаны в космосе во время миссии PW-sat. Они прикреплены к четырём сторонам щитка и начнут работать через несколько недель после запуска спутника. Эффективность ячеек составляет около 5 %, что означает, что только 5 % солнечной энергии, достигающей их будет преобразованы в электроэнергию. Это очень мало по сравнению даже с основными солнечных панелей PW-Sat, которые примерно на 25 % эффективнее (наилучшие существующие фотоэлементы предназначенные для космических полётов достигают 45-50 % эффективности). В случае с PW-Sat количество вырабатываемой электроэнергии не большая проблема (электричество из экспериментальных панелей не будет использоваться для питания спутниковых подсистем), но основной акцент делается на тестирование концепции гибких фотоэлементов.

Запуск

Запуск был осуществлён ракетой-носителем «Вега» с космодрома Куру 13 февраля 2012 года в качестве вторичной нагрузки. Данные орбиты: Полярная орбита высотой 354 км х 1450 км, наклонение = 71°, период обращения = 103 минут (14 оборотов / сутки). Около 75 % орбиты в солнечном свете.