O Centro de Controle da Missão do MSTU é um elemento importante da educação espacial. Com a sua ajuda, é possível realizar toda a gama de tarefas de controle do vôo da espaçonave, conduzir experimentos científicos e tecnológicos, e analisar rapidamente informações de serviço e dados científicos. O MCC-B está equipado com facilidades para processar informação telemétrica, armazená-la e disponibilizá-la aos consumidores.
O MCC-B foi estabelecido no âmbito do projeto científico e educacional para a criação de pequenas espaçonaves "Baumanets" e "Baumanets-2". Atualmente, o centro é usado para trabalhar com a constelação orbital de nanossatélites "Yarilo No. 1" e "Yarilo No. 2", desenvolvida por estudantes, pós-graduandos e jovens especialistas da Universidade Técnica do Estado de Moscou. Bauman. Em 28 de setembro de 2020, os nanossatélites Yarilo foram lançados na órbita da Terra a partir do cosmódromo de Plesetsk.
Projeto de satélite
Yarilo é um grupo de 2 nanossatélites "Yarilo No. 1" e "Yarilo No. 2" para o estudo do Sol e das conexões solar-terrestres. Uma característica da missão é a presença de um projeto experimental implantável do tipo "vela solar" nos veículos, com a ajuda do qual está prevista a construção de uma constelação e desorbitação passiva. Este projeto se distingue por um componente educacional significativo - todo o trabalho de design, desenvolvimento de dispositivos e seus sistemas de serviço, fabricação, desenvolvimento experimental, integração da carga útil, preparação para o lançamento, gerenciamento e organização do trabalho foi realizado por alunos, alunos de pós-graduação e jovens especialistas - a equipe do Centro Espacial Juvenil Universitário ... O conhecimento acumulado, documentação, experiência, parte material são usados para enriquecer os programas educacionais.
Layout interno da espaçonave Yarilo
A carga útil do primeiro aparelho é um espectrofotômetro para registrar a atividade solar (desenvolvido pelo PN Lebedev Physical Institute, RAS).
O detector permite o monitoramento na faixa de raios-X soft de 0,5-15 keV, incluindo a observação de microflares, bem como realizar diagnósticos espectrais de plasma nos objetos em estudo. Acredita-se que vivemos na atmosfera do Sol, e as correntes do vento solar (plasma solar ejetado do Sol) afetam fortemente a Terra. A frequência e intensidade das explosões solares depende do ciclo de 11 anos de atividade solar. Agora o Sol deixou o mínimo de atividade e está começando a acelerar. Às vezes, quando o Sol está ativo, surgem chamas nele, que o aparelho estudará. Durante as erupções, uma massa de plasma é ejetada para o espaço ao longo do raio do Sol, e se a Terra, movendo-se em órbita, entrar nessa ejeção, teremos tempestades geomagnéticas.
O plasma no campo magnético da Terra é "chutado" e girado ao longo das linhas magnéticas e, como resultado, entra nos pólos magnéticos da Terra. Nesse ponto, podem ocorrer falhas nas comunicações e na rede elétrica ou, por exemplo, os pilotos que sobrevoam o Pólo Norte receberão uma dose de radiação. Prever tais surtos é um grande desafio para os cientistas. Em 8 minutos, os quanta de raios-X ejetados chegam à Terra na velocidade da luz para que possam ser registrados por um dispositivo especial em órbita. O próprio traziente (ejeção de plasma) chega à Terra em um ou dois dias, voa muito mais devagar (a uma velocidade de cerca de 1000 km / s), o que permite que você tome as medidas necessárias com antecedência.
A carga útil do segundo aparelho é um detector de radiação gama e partículas carregadas (DeKoR é um desenvolvimento do D.V. Skobeltsyn Research Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University). As tarefas do dispositivo são estudar variações rápidas nos fluxos de elétrons no intervalo entre os cinturões de radiação, bem como estudar a dinâmica dos fluxos de partículas e radiação gama em órbitas baixas, dependendo de condições geomagnéticas na faixa de 0,1-2 MeV . Ele permite que você estude a radiação cósmica, que afeta negativamente o organismo dos seres vivos e da tecnologia, e cria barreiras para missões espaciais distantes.
Layout externo dos veículos
Parus-MGTU
Além da carga útil para a pesquisa do clima espacial, os satélites estão equipados com uma vela solar rotativa de duas lâminas, cujo projeto está sendo testado a bordo da ISS "Parus-MSTU". Sabe-se que a luz solar pode empurrar e acelerar objetos no espaço sideral, o que é claramente demonstrado em um modelo simplificado apresentado no MCC.
Assim, os alunos desenharam uma vela solar - um dispositivo de propulsão operando sobre o efeito da pressão da radiação eletromagnética solar. Ele permite que você faça voos interorbitais e até mesmo interplanetários sem gastar um fluido de trabalho (combustível).
A vela solar, desenvolvida no projeto, é uma estrutura de película fina, sem moldura, cuja rigidez é garantida pela rotação da vela em torno do eixo de simetria. Foi proposto o conceito de vela solar rotativa de duas lâminas, que apresenta várias vantagens em relação a outros tipos de velas solares - simplicidade, capacidade de dobrar a vela, etc.
Um modelo de satélite com uma vela solar de duas lâminas
Onde fazer os satélites voam e o que consistem em
dispositivos Yarilo estão na órbita terrestre baixa a km com uma inclinação de 97,6 graus. A vida útil estimada da pequena espaçonave é de 1 ano - cerca de 1.500 voltas ao redor da Terra.
Carregando o dispositivo no contêiner de lançamento
Para que os veículos determinem corretamente sua localização e naveguem no espaço a bordo, duas unidades de sensor a bordo exclusivas funcionam, que incluem magnetômetros, acelerômetros e um sensor solar de sua própria montagem com base no fotodiodo de quatro pontos FD-20K. Além disso, há um receptor GLONASS no painel externo do dispositivo, que permite determinar as coordenadas e a velocidade da espaçonave com alta precisão. Também em cada uma das bordas externas existem sensores de luz, que também podem ser usados para determinar a orientação, mas com menos precisão.
Outro problema técnico importante é a orientação do aparelho com um espectrofotômetro para o sol. Para sua implementação, uma pirâmide de quatro motores volantes é instalada a bordo do aparelho, o que permite a construção de uma orientação em três eixos, e bobinas magnéticas localizadas em cada uma das faces do aparelho, o que lhes permite formar um campo magnético de várias configurações . O sistema de orientação magnética é uniaxial, baseado no princípio de criação de um momento mecânico de controle devido à interação do campo magnético gerado pela bobina e o campo magnético terrestre. Algoritmos de controle formam uma seqüência de ligar e desligar as bobinas magnéticas. Além da orientação para o Sol, os controles permitem que o aparelho seja girado em torno de seu eixo (é necessário que as fitas "velas" sejam esticadas durante o desdobramento) e para extinguir as grandes velocidades angulares do aparelho,por exemplo, se o dispositivo girou, voando para fora do contêiner de lançamento (modo - amortecimento). A operação do sistema de orientação era praticada pendurando o aparelho em uma corda.
Todas essas tarefas requerem uma grande quantidade de energia. Existem duas baterias de armazenamento a bordo da pequena espaçonave, que são regularmente recarregadas usando fotocélulas solares localizadas nas bordas externas. Isso acontece quando a espaçonave está no lado iluminado da órbita. A propósito, os próprios caras também desenvolveram a tecnologia para a instalação deles. A eletricidade é fornecida aos sistemas consumidores por meio de trilhos de alimentação de 3,3 e 5 V.
Os "cérebros" do aparelho estão localizados no computador central de bordo, que controla todos os dispositivos dos subsistemas do aparelho de acordo com a sequência de voo. O computador de bordo é resistente a uma falha irreversível arbitrária, portanto, para o dispositivo, foi escolhido um esquema com redundância descarregada de dois semi-conjuntos idênticos de calculadoras. As calculadoras são baseadas em microcontroladores STM32F205 fabricados pela STMicroelectronics.
Diagrama funcional simplificado dos dispositivos
Uma das perguntas mais comuns feitas pela equipe de desenvolvimento: você tem câmeras para obter belas imagens da Terra? Existem câmeras a bordo do satélite, no máximo duas, mas são necessárias para capturar o processo de lançamento da vela solar.
Desenvolvimento de algoritmos para o funcionamento de motores volantes
Além disso, se você olhar atentamente para a fotografia do dispositivo, você notará que ele é bicolor. Na parte iluminada da órbita, a espaçonave olha para o sol com o lado branco, que reflete a luz, e o lado preto emite calor intensamente, e assim o satélite não superaquece. Na parte sombreada da órbita, onde é necessário aumentar a temperatura do aparelho, o lado escuro absorve mais energia, e o branco emite menos calor. Além disso, para alguns dispositivos que emitem muito calor, especialistas do Instituto Skolkovo e ILMiT, usando a impressão 3D, fizeram caixas termostáticas com tubos de calor integrados de uma liga de pó de alumínio altamente condutora. E algumas das partes do casco da pequena espaçonave, como a tampa da bateria e o casco do módulo da vela, são feitas por sinterização seletiva a laser.
Casco do módulo de navegação
Transporte e teste
Os satélites são transportados para o cosmódromo em caixas especiais de espuma à prova de choque. No entanto, antes os dispositivos passam por um ciclo completo de testes de vácuo mecânico e térmico. Eles estão sujeitos a requisitos rigorosos de resistência a vibração, choque e cargas quase estáticas durante sua preparação e lançamento como parte de um veículo de lançamento ou estágio superior como cargas úteis associadas. Eles são carregados em até 10 g.
Teste de vibração
A temperatura do veículo em vôo pode flutuar dentro da faixa de um profundo "mais" a um profundo "menos" devido a uma mudança brusca nos regimes térmicos durante a transição da parte iluminada para a sombra da órbita e vice-versa. A faixa de temperatura assumida para placas internas foi de -30 a +60 ° , para painéis externos - de -70 a +80 ° .
Testes de vácuo térmico
Operação em órbita
Enquanto o satélite está voando, toda a telemetria e informações úteis recebidas por ele são armazenadas em sua memória (FRAM). A partir daí, as informações chegam à Terra graças às antenas transmissoras e receptoras do aparelho (duas antenas espirais da faixa VHF são usadas em Yarilo) e às antenas de solo, que estão localizadas bem no telhado do prédio do Edifício de Máquinas Especiais. Quando um satélite sobrevoa Moscou na zona de visibilidade do rádio, a antena recebe um sinal dele. A comunicação com o satélite pode ser mantida por cinco minutos se o caminho do satélite passar exatamente sobre Moscou, ou por cerca de um minuto se a zona apenas "tocar" a cidade.
Padrão de radiação da antena em veículos Yarilo
Todas as informações necessárias do alvo coletadas dos sensores são transmitidas do satélite para a Terra durante este período de tempo: posição e orientação, velocidades angulares, temperatura, estado das baterias de armazenamento e baterias solares. Os comandos são transmitidos da Terra ao satélite, que devem ser executados pelo satélite: virar, emitir certas informações telemétricas, abrir a vela, etc.
Neste projeto o MSTU é o executor e recebe as informações necessárias de seus próprios satélites Yarilo-1 e Yarilo-2 ... E já os processos subsequentes de estudo e análise de dados ocorrem em outros laboratórios especializados e Centros da Universidade Estadual de Moscou e FIAN, bem como no Roshydromet.
Além disso, os satélites são uma base experimental para o desenvolvimento de novas tecnologias: tecnologia de vela solar, sistemas de serviços individuais e, em geral, para testar a nossa própria plataforma de nanosatélites.
Além do trabalho associado ao MCC, o Centro Espacial Jovem tem muitos outros projetos interessantes. Entre eles está um pequeno veículo de descida para a entrega rápida de amostras biológicas da ISS, um projeto para um "pequeno" foguete que poderia lançar pequenas quantidades de carga, trabalho com escolares e participação em diversos programas de intercâmbio internacional. Em novos artigos, falaremos sobre outros projetos do Centro para tornar o espaço sideral mais próximo de você.