МидСТАР-1
MidSTAR-1 — искусственный спутник , созданный в рамках Программы малых спутников Военно-морской академии США . Он спонсировался Программой космических испытаний (STP) Министерства обороны США и был запущен 9 марта 2007 года в 03:10 UTC на борту одноразовой ракеты-носителя Atlas V с базы ВВС на мысе Канаверал . MidSTAR-1 летал вместе с FalconSat 3 , STPSat 1 и CFESat в качестве второстепенных полезных нагрузок; основной полезной нагрузкой был Orbital Express .
Миссия MidSTAR-1 (USNA-5)
MidSTAR — это универсальная спутниковая платформа, способная поддерживать различные космические миссии, легко вмещая широкий спектр космических экспериментов и инструментов. Интеграция экспериментов со спутниковой шиной должна быть выполнена с минимальными изменениями в конструкции спутниковой шины. MidSTAR предназначена как относительно недорогая, быстро реагирующая платформа, вмещающая небольшие полезные нагрузки, одобренные Советом по рассмотрению космических экспериментов (SERB) Министерства обороны США и ожидающая запуска через STP.
MidSTAR предназначен для использования на кольце адаптера вторичной полезной нагрузки EELV (ESPA), разработанном Исследовательской лабораторией ВВС (AFRL) для размещения на одноразовых ракетах-носителях Delta IV или Atlas V. MidSTAR — это космический аппарат класса D, произведенный с минимальной стоимостью и соответственно более высоким техническим риском в производстве и эксплуатации. Он намеренно прост по конструкции и прочен в конструкции, используя коммерческие готовые компоненты «plug-and-play» в максимально возможной степени. Разработка компонентов и проектирование на уровне печатной платы выполняются только при необходимости. [ необходима цитата ]
MidSTAR-1 — это первая реализация проекта. Он был заказан STP для проведения эксперимента по спутниковой связи в Интернете (ICSat) для SSP и эксперимента по настраиваемому отказоустойчивому процессору (CFTP) для военно-морской аспирантуры (NPS). Кроме того, MidSTAR-1 несет на борту Nano Chem Sensor Unit (NCSU) для исследовательского центра Эймса Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) ; Eclipse, созданный Eclipse Energy Systems, Inc. для Центра космических полетов имени Годдарда (GSFC) NASA; и микродозиметрический прибор (MiDN), спонсируемый Национальным институтом космических биомедицинских исследований (NSBRI) и созданный Департаментом аэрокосмической техники USNA. Предполагается, что миссия продлится два года. [ необходима цитата ]
Архитектура миссии
Миссия MidSTAR-1 включает один космический аппарат под командованием и контролем одной спутниковой наземной станции (SGS), расположенной в Военно-морской академии США , Аннаполис, Мэриленд. Наземная станция пересылает файлы данных, переданных по каналу связи, главным исследователям через Интернет. Сегмент запуска для MidSTAR-1 использовал ракету-носитель Atlas V через Программу космических испытаний , размещая спутник на круговой орбите на высоте 496 км, наклон 46 градусов.
Спутник использует восходящую линию связи на частоте 1,767 ГГц с промежуточной частотой (ПЧ) 435 МГц и нисходящую линию связи на частоте 2,20226 ГГц. Используя модуляцию Gaussian Mean Shift Key , связь со спутником достигается на скорости передачи данных 68,4 кбит /с или выше. Спутник также использует программное обеспечение с открытым исходным кодом на основе операционной системы Linux . MidSTAR-1 не имеет управления ориентацией или определения и активного терморегулирования. Масса корабля составляет 118 кг. [1]
Стопроцентным успехом был бы успешный запуск и работа спутника с полной поддержкой двух основных экспериментов в течение двух лет. Пятидесятипроцентным успехом был бы успешный запуск и работа спутника с: Полной поддержкой одного основного эксперимента в течение двух лет; Полной поддержкой обоих основных экспериментов в течение одного года; или частичной поддержкой обоих основных экспериментов в течение двух лет. Тридцатитрехпроцентным успехом был бы успешный запуск спутника и полная работа спутниковой платформы с частичной поддержкой любой комбинации основных и дополнительных полезных нагрузок в течение любого периода времени. [ необходима цитата ]
Журнал миссии
9 марта 2007 г.: MidSTAR-1 совершил полет в рамках миссии STP-1 на ракете United Launch Alliance Atlas V с базы ВВС на мысе Канаверал . Старт произошел в 03:10 UTC ; отделение космического корабля произошло в 03:32 UTC. USNA SGS успешно установил связь с космическим кораблем во время первого пролета над Аннаполисом, штат Мэриленд, в 04:59 UTC. Космический корабль работал в штатном безопасном режиме . [ требуется ссылка ]
21 марта 2007 г.: CFTP включился в 22:17 UTC, чтобы добавить 6 Вт постоянной нагрузки к нагрузке электросистемы и тем самым уменьшить нагрузку на аккумуляторы при зарядке.
28 марта 2007 г.: MiDN включился примерно в 24:00 UTC. После этого прохода космический аппарат перестал отвечать на все команды с земли.
4 апреля 2007 г.: Первое использование сброса кода пожаротушения космического корабля примерно в 21:30 UTC. Эта команда переключает переключатель сброса на процессоре MIP-405 и перезагружает операционную систему. Этот сброс вернул эксперименты CFTP и MiDN в выключенное состояние и очистил все буферы команд. В 23:24 UTC космический корабль ответил на команду передатчика . Телеметрия подтвердила, что перезагрузка прошла успешно.
5 апреля 2007 г.: CFTP и MiDN снова включены.
6 апреля 2007 г.: Выборочная загрузка файлов MiDN извлекла 71 файл по 92 байта каждый, которые были доставлены главному исследователю (PI). Это было первое успешное извлечение научных данных с космического корабля. С этим достижением MidSTAR-1 удовлетворил критериям 33% успеха миссии.
26 мая 2007 г.: NCSU включился примерно в 19:00 по Гринвичу .
29 мая 2007 г.: Первый пакет данных доставлен в NCSU PI. Все четыре эксперимента запущены и отправляют данные в PI.
18 июня 2007 г.: пресс-релиз НАСА сообщает об успехе NCSU.
5 сентября 2007 г.: Компьютер космического корабля завис в результате неизвестных воздействий, скорее всего, сбоев, вызванных радиацией. Это произошло, когда космический корабль находился на полном солнце и с включенными стоками мощности (30 Вт) для предотвращения перезарядки батареи. Без компьютера, который бы циклически выключал стоки, космический корабль оставался в непрерывной отрицательной конфигурации чистой мощности, которая в конечном итоге разрядила батареи. Когда напряжение батареи упало ниже 8 В, электронные переключатели стоков по умолчанию отключились, вернув космический корабль к положительной чистой мощности и позволив батареям перезарядиться.
7 сентября 2007 г.: После достаточной подзарядки батарей компьютер успешно перезапустился. Перезапуск произошел через 48 часов после первоначального события. Телеметрия с космического корабля или какого-либо эксперимента за этот 48-часовой период недоступна. Телеметрия показывает, что нормальная работа возобновилась, но все эксперименты были остановлены в ожидании анализа после события и разработки плана по их возвращению в строй.
12 сентября 2007 г.: CFTP возобновлен.
21 сентября 2007 г.: MiDN перезапущен.
Апрель 2009: Связь с MidSTAR-1 потеряна. Космический аппарат прекратил передачу и не ответил на команду с земли. Аномалия связана с отказом аккумуляторных батарей. MidSTAR-1 объявлен неработоспособным. MidSTAR-1 полностью поддерживал все бортовые эксперименты в течение двух полных лет, что соответствует 100% критериям успеха. [ необходима цитата ]
17 августа 2023 года: спутник сошел с орбиты. [2]
Структура
Рама MidSTAR-1 представляет собой восьмиугольную конструкцию 32,5 дюйма по длинной оси, включая систему разделения, и 21,2"x21,2" в поперечном сечении. Механизм развертывания установлен на отрицательной грани x. Положительная грань x зарезервирована для внешних экспериментов. Из 38" по оси x, разрешенных в оболочке ESPA , 2-4" зарезервированы для механизма развертывания (15-дюймовая моторизованная световая полоса производства Planetary Systems, Inc.), а 4-6" зарезервированы для внешних экспериментов. Длина рамы составляет 30". Все восемь сторон космического корабля покрыты солнечными элементами, чтобы максимизировать доступную мощность. Восемь дипольных антенн установлены на четырех сторонах космического корабля, которые «срезают углы» оболочки ESPA и, следовательно, расположены внутри оболочки ESPA, а не совпадают с поверхностью оболочки. Остальные стороны установлены с отверстиями для снятия перед полетом для подъема и транспортировки во время наземной поддержки.
MidSTAR-1 имеет три внутренние полки, которые обеспечивают область внутри спутника для монтажа компонентов и полезных грузов. Их расположение определяется размерами полезных грузов и компонентов. Они могут быть изменены в будущих реализациях модели MidSTAR, если это необходимо, пока структура остается в пределах требований центра тяжести . Несущая конструкция восьмиугольника состоит из верхней и нижней палуб, соединенных в восьми углах стрингерами. Боковые панели космического корабля представляют собой алюминиевые панели толщиной 1/8", прикрепленные к стрингерам болтами № 10. [ требуется цитата ]
Обработка команд и данных (C&DH)
Миссия системы управления и обработки данных (C&DH) — получать и выполнять команды; собирать, хранить и передавать служебные данные; и поддерживать бортовые полезные нагрузки. Бортовой компьютер предназначен для управления спутником и управления телеметрическими и экспериментальными данными в течение как минимум двух лет.
Система C&DH состоит из модифицированного по индивидуальному заказу одноплатного компьютера MIP405-3X, который включает в себя (i) процессор PowerPC 133 МГц; (ii) 128 МБ ECC ; (iii) 4 асинхронных последовательных порта RS-232; (iv) 1 порт Ethernet; (v) шину PC/104; (vi) шину PC/104+; и (vi) 202-D384-X Disc on Chip, обеспечивающую 384 МБ вторичной памяти. Компьютерная плата поддерживается синхронной последовательной картой ESCC-104 с 2 синхронными последовательными портами и последовательной картой расширения EMM-8M-XT с 8 асинхронными последовательными портами RS-232 /422/485 и 8 цифровыми каналами ввода-вывода. Модифицированная плата сбора данных I0485 обеспечивает 22 аналоговых канала телеметрии и 32 цифровых канала ввода-вывода.
Решение использовать MIP405 на базе PowerPC вместо платы на базе x86 было основано исключительно на низком энергопотреблении платы в сочетании с набором функций. Выбор был ограничен архитектурами процессоров x86, PowerPC и ARM из-за программного решения использовать операционную систему Linux. MIP405 объединяет Ethernet, последовательные порты и интерфейс Disk-on-Chip на одной плате, предоставляя 128 МБ памяти ECC и мощный процессор менее чем за 2 Вт. Ближайшая система на базе x86 с сопоставимыми функциями потребляла 5 Вт энергии. [ необходима цитата ]
M-Systems Disk-on-Chip был выбран, поскольку это был фактический стандарт замены жесткого диска флэш-памяти. Флэш-память была выбрана вместо традиционного жесткого диска для повышения надежности и снижения энергопотребления. Версия на 384 МБ была выбрана для обеспечения необходимого для операционной системы хранилища и при этом сохранения достаточного запаса.
Для асинхронной последовательной платы был выбран Emerald-MM-8 от Diamond Systems из-за его внутренней гибкости: любой из 8 портов может быть настроен как RS-232, RS-422, RS-485.
Плата сбора и управления данными IO485 от RMV была выбрана для распределенной системы телеметрии из-за встроенной поддержки последовательного соединения и обработки большого количества плат. Интегрированная расширяемость имеет основополагающее значение для решения будущих проблем телеметрии в более поздних версиях линейки MidSTAR. [ необходима цитата ]
C&DH использует операционную систему Linux с ядром серии 2.4. Для создания открытой архитектуры программного обеспечения был выбран стек протоколов IP для обеспечения межпроцессной, внутриспутниковой и спутниково-земной связи. Это позволило интегрировать программы, созданные на разных объектах на разном оборудовании, с минимальными трудностями. [ необходима цитата ]
Все внутренние и внешние коммуникации используют интернет-протоколы. TCP используется для всех внутренних спутниковых коммуникаций; UDP или MDP используются на восходящем и нисходящем каналах. [ необходима цитата ]
Смотрите также
- Программа USNA MidSTAR
- eoPortal описывает MidSTAR-1
Ссылки
- ^ "NASA - NSSDCA - Космический корабль - Подробности". nssdc.gsfc.nasa.gov . Получено 2023-11-30 .
- ^ "MIDSTAR 1". N2YO.com . 17 августа 2023 . Получено 19 августа 2023 .
