Formation Autonomy Spacecraft with Thrust, Relnav, Attitude and Crosslink (o FASTRAC ) es un par de nanosatélites (llamados respectivamente Sara-Lily y Emma ) desarrollados y construidos por estudiantes de la Universidad de Texas en Austin . El proyecto es parte de un programa patrocinado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL), cuyo objetivo es liderar el desarrollo de tecnología espacial asequible. La misión FASTRAC investigará específicamente tecnologías que faciliten la operación de múltiples satélites en formación. Estas tecnologías habilitadoras incluyen navegación relativa, comunicaciones de enlace cruzado, determinación de actitud y empuje. Debido al alto costo de levantar la masa enórbita , hay una fuerte iniciativa para miniaturizar el peso total de las naves espaciales. La utilización de formaciones de satélites, en lugar de grandes satélites individuales, reduce el riesgo de fallas en un solo punto y permite el uso de hardware de bajo costo.
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Nombres | FASTRAC 1 ("Sara-Lily") FASTRAC 2 ("Emma") |
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Tipo de misión | Demostración de tecnología Radioaficionado |
Operador | Universidad de Texas en Austin |
ID COSPAR | 2010-062F y 2010-062M |
SATCAT no. | 37227 y 37380 |
Propiedades de la nave espacial | |
Fabricante | Universidad de Texas en Austin |
Masa de lanzamiento | Total: 58 kg (127 libras) [1] |
Inicio de la misión | |
Fecha de lanzamiento | 20 de noviembre de 2010, 01:21 UTC [2] |
Cohete | Minotauro IV Vuelo 3 |
Sitio de lanzamiento | Complejo de lanzamiento de Kodiak |
Contratista | Ciencias Orbitales |
Fin de la misión | |
Disposición | Retirado [3] |
Parámetros orbitales | |
Sistema de referencia | Geocéntrico |
Régimen | Tierra baja |
Altitud del perigeo | 641 kilometros |
Altitud de apogeo | 652 kilometros |
Inclinación | 72 ° |
En enero de 2005, la Universidad de Texas ganó el programa University Nanosat-3 , una competencia basada en subvenciones que incluyó a otras 12 universidades participantes. [4] Como ganador, FASTRAC tuvo la oportunidad de lanzar sus satélites al espacio. El equipo dirigido por estudiantes recibió $ 100,000 de AFRL para la parte de la competencia del proyecto y otros $ 100,000 para la fase de implementación. FASTRAC es la primera misión satelital desarrollada por estudiantes que incorpora navegación relativa en órbita en tiempo real, determinación de actitud en órbita en tiempo real utilizando una sola antena GPS y un propulsor de plasma de microdescarga.
FASTRAC fue lanzado el 19 de noviembre de 2010 a bordo de un cohete Minotaur IV desde el Complejo de Lanzamiento Kodiak en Kodiak, Alaska . [5] La separación de los satélites entre sí y la comunicación por enlaces cruzados se llevaron a cabo con éxito. [6]
FASTRAC se desarrolló en el marco del Programa de Nanosatélites de la Universidad del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE. UU., Y ocupó el puesto 32 en la lista de experimentos priorizados de naves espaciales de la Junta de Revisión de Experimentos Espaciales en 2006. Se esperaba que las naves demostraran la navegación relativa y la microcarga del Sistema de Posicionamiento Global. Rendimiento del propulsor.
Operaciones
La secuencia de la misión principal se compone de seis fases distintas: Lanzamiento, Separación del vehículo de lanzamiento, Adquisición inicial, Navegación relativa GPS a bordo, Determinación de la actitud GPS de una sola antena a bordo y Operación del propulsor de plasma de microdescarga y Operaciones de radioaficionado. En la primera fase, los dos nanosatélites se lanzarán en la Misión STP-S26 del Programa de Prueba Espacial del Departamento de Defensa desde el Complejo de Lanzamiento Kodiak (KLC) en Kodiak, Alaska. Serán transportados a una órbita terrestre baja circular de 72 grados de inclinación con una altitud de 650 km por un cohete Minotaur IV. Inicialmente, los dos nanosatélites estarán en una configuración apilada. Una vez que el cohete alcanza la órbita deseada, el vehículo de lanzamiento encenderá los satélites antes de separarse finalmente del vehículo de lanzamiento.
La tercera fase comenzará una vez que los dos nanosatélites sean expulsados del cohete. Durante esta fase, habrá un período de 30 minutos en el que los satélites pasarán por un proceso de verificación e inicialización. Después de este período, los satélites comenzarán a transmitir mensajes de baliza que contienen información de telemetría que ayudará a determinar el estado de cada satélite. Durante esta fase, la estación terrestre intentará establecer el primer contacto con los satélites y realizará un procedimiento de verificación para asegurarse de que todos los subsistemas a bordo estén funcionando correctamente. Se espera que este procedimiento de verificación demore varias horas o incluso algunos días dependiendo de la duración de los pases de comunicación con la estación terrestre. Una vez que los operadores estén satisfechos con el estado de los satélites, se ordenará a los satélites desde tierra que se separen, finalizando la tercera fase de la misión.
Cuando los satélites se hayan separado con éxito, comenzará la misión principal, señalando el inicio de la cuarta fase. En primer lugar, los satélites establecerán de forma autónoma un enlace cruzado, es decir, se comunicarán entre sí a través de bandas UHF / VHF . Los satélites luego intercambiarán datos GPS a través de este enlace cruzado para calcular soluciones de navegación relativa en órbita en tiempo real. [7]
La quinta fase activará un propulsor de plasma de microdescarga con un comando desde el suelo que operará de forma autónoma cuando el vector de empuje esté dentro de un cono de 15 grados del vector anti-velocidad. El funcionamiento del propulsor dependerá de la solución de determinación de actitud GPS de antena única en órbita en tiempo real. Una vez finalizada esta fase, un comando de la estación terrestre desactivará el propulsor en FASTRAC 1.
La fase final de la misión comenzará una vez que la arquitectura de comunicación de los satélites se reconfigure desde el suelo para trabajar con la red del Sistema de notificación automática de paquetes (APRS). Esto hará que los satélites estén disponibles para los usuarios de radioaficionados de todo el mundo. Una vez que la estación terrestre pierda toda comunicación con los satélites, la misión terminará y los satélites se desorbitarán pasivamente y se quemarán en la atmósfera. El equipo de FASTRAC ha estimado que se necesitarán seis meses para lograr con éxito los objetivos de su misión.
Subsistemas
Estructura
La estructura de los satélites FASTRAC es un diseño hexagonal iso-grid que se compone de dos placas adaptadoras de titanio, paneles laterales de aluminio 6061 T-6, seis columnas exteriores huecas con inserciones y seis columnas interiores. La masa de los dos nanosatélites es de aproximadamente 127 libras con todos los componentes incluidos.
Arquitectura de comunicación
La arquitectura de comunicaciones se basa en un sistema instalado en PCSat2 . La implementación de FASTRAC consta de dos receptores, un transmisor, un controlador de nodo terminal (TNC), una placa de relé de transmisor y una placa de relé de receptor. En FASTRAC 1 “Sara Lily”, se utilizan dos receptores VHF R-100 y un transmisor UHF TA-451 de Hamtronics. En FASTRAC 2 “Emma”, se utilizan dos receptores UHF R-451 y un transmisor VHF TA-51 de Hamtronics. El TNC utilizado es un KPC-9612 + de Kantronics. Tanto las placas de relés del transmisor como del receptor fueron diseñadas y fabricadas internamente.
Manejo de comandos y datos
El sistema de comando y manejo de datos (C&DH) está compuesto por cuatro AVR distribuidos que fueron desarrollados por la Universidad de Santa Clara . Cada AVR tiene un microcontrolador Atmega 128 y controla un subsistema individual en el satélite (es decir: COM, EPS, GPS y THR o IMU). Los AVR se comunican entre sí a través del bus I2C .
Subsistema GPS
El sistema de determinación de posición y actitud GPS fue diseñado y construido por estudiantes investigadores del Laboratorio de Investigación de GPS de la Universidad de Texas. El sistema utiliza medidas de código GPS, así como medidas de relación señal / ruido de antena (SNR) y magnetómetro de 3 ejes para proporcionar estimaciones de posición, velocidad y actitud. Cada satélite tendrá receptores GPS ORION redundantes, antenas duales con correa cruzada con conmutación de RF y hardware de división.
Sistema de poder
El sistema de energía de cada satélite está compuesto por ocho paneles solares , una caja VREG y una caja de batería. La caja de la batería está hecha de aluminio anodizado negro y contiene 10 celdas D Sanyo N4000-DRL proporcionadas al equipo por AFRL. Tanto los paneles solares como la placa VREG fueron diseñados y fabricados internamente. En cada satélite, la placa VREG distribuye energía de tres reguladores de voltaje VICOR VI-J00 y también carga las baterías con la energía recolectada de los paneles solares.
Sistema de Separación
Hay dos sistemas de separación para los satélites FASTRAC, ambos diseñados y fabricados por Planetary Systems Corporation (PSC), que se utilizarán para separar los satélites en su configuración apilada del vehículo de lanzamiento y luego para separar los dos satélites mientras están en órbita. . El sistema de separación de banda de luz PSC está compuesto por dos anillos cargados por resorte y un mecanismo de liberación motorizado.
Propulsor de plasma de microdescarga
El propulsor de plasma de microdescarga fue diseñado y construido en UT-Austin. El propulsor canaliza y sobrecalienta un gas inerte a través de una boquilla de microcanales que produce un nivel de empuje de micro-Newton. Utiliza un tanque compuesto hecho a medida de CTD. El funcionamiento del propulsor será automatizado por la nave espacial C&DH utilizando las medidas de actitud proporcionadas por el sistema de determinación de actitud GPS. Después de habilitar el funcionamiento del propulsor desde el suelo, solo estará activo cuando una de las dos boquillas esté dentro de un cono de 15 grados del vector anti-velocidad. El subsistema de propulsión solo está presente en FASTRAC 1 "Sara Lily".
Unidad de medida inercial (IMU)
En FASTRAC 2 “Emma”, en lugar de utilizar un propulsor, se utiliza una Unidad de Medición Inercial (IMU) MASIMU01 de Micro Aerospace Solutions para medir la separación de los dos satélites.
Participación de radioaficionados
Los satélites FASTRAC transmiten y reciben datos (GPS, Salud, etc.) en frecuencias de radioaficionados. Se anima a todos los operadores de radioaficionados a descargar los datos de cualquiera de los satélites y cargar los datos en la sección del operador de radio en el sitio web de FASTRAC . [8]
Frecuencias de operación
FASTRAC 1 "Sara Lily" | FASTRAC 2 "Emma" | |
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Enlace descendente | 437,345 MHz FM | 145,825 MHz FM |
Faro | 437,345 MHz AX.25 1200 AFSK | AX.25 1200 AFSK de 145,825 MHz |
Enlace ascendente (1200 baudios ) | 145,980 MHz FM | 435,025 MHz FM |
Enlace ascendente (9600 baudios) | 145,825 MHz FM | 437,345 MHz FM |
Referencias
- ^ "FASTRAC: Dossier de prensa 2010" (PDF) . Universidad de Texas en Austin. Archivado desde el original (PDF) el 14 de marzo de 2012.
- ^ Muñoz, Sebastián; et al. (2011). La misión FASTRAC: resumen de operaciones y resultados preliminares del experimento . 25ª Conferencia AIAA / USU sobre satélites pequeños. 9 de agosto de 2011. Logan, Utah.Véase también https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2011/all2011/24/ .
- ^ "Misiones pasadas" . Laboratorio de naves espaciales de Texas, Universidad de Texas en Austin . Consultado el 24 de octubre de 2019 .
- ^ "Resumen del proyecto FASTRAC" . Universidad de Texas en Austin. 2010-11-02. Archivado desde el original el 14 de noviembre de 2010 . Consultado el 8 de noviembre de 2010 .
- ^ Muñoz, Sebastián (2 de noviembre de 2010). "Archivo de noticias FASTRAC" . Universidad de Texas en Austin. Archivado desde el original el 14 de noviembre de 2010 . Consultado el 8 de noviembre de 2010 .
- ^ Primera misión desarrollada por estudiantes en la que los satélites orbitan y se comunican dirigida por estudiantes de UT , comunicado de prensa de la Universidad de Texas en Austin, 24 de marzo de 2011.
- ^ Smith, A., Muñoz, S., Hagen, E., Johnson, GP y Lightsey, EG (2008, agosto) "Los satélites FASTRAC: implementación y prueba de software" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 26 de diciembre de 2010. 22a Conferencia Anual de Pequeños Satélites USU / AIAA, Logan, Utah, SSC08-XII-4.
- ^ "Kit de medios FASTRAC" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 20 de julio de 2011 . Consultado el 8 de noviembre de 2010 .