Din egen satellit: 7 ting at vide, før du går - 💡 Fix My Ideas

Din egen satellit: 7 ting at vide, før du går

Din egen satellit: 7 ting at vide, før du går


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

Det eneste, jeg spørger om, er en vellykket lancering, et rent radiosignal og et liv lige lang nok til at nå det mål.

Hvis balloner med høj højde bare ikke er højhøjde, hvis du føler dig frustreret over tempoet i rumudviklingen, eller hvis du bare rigtig godt kan lide raketter og hardware, tror jeg at lancere din egen satellit er en fremragende beslutning. Men først, hvad vil du have din satellit til at gøre? Her er 7 vigtige ting, du skal vide, før du starter dit personlige rumfartøj i kredsløb på 17.000 miles i timen.

Aurora set fra ISS i lav jord kredsløb, billede høflighed NASA

Hvad er en Picosatellite?

Picosatellites, per definition er ekstremt små, lette satellitter. Enhver picosatellit vil have tendens til at have disse kernekomponenter:

  • En antenne
  • En radiosender til opgradering af kommandoer eller download af dine data
  • En computer-on-a-chip som en Arduino eller en Basic-X24
  • Et elsystem, oftest solceller plus et batteri plus en power bus
  • Sensorer

Forfæderen til pico-klassen er CubeSat, en open source-arkitektur, der lader dig pakke alt hvad du vil have i 10cm × 10cm × 10cm-terningen.

CubeSat er en satellit så sød som et græskar. Forbes rapporterede om en leverandør, Pumpkin Inc., der leverer præfabrikerede CubeSats. CubeSat selv er en specifikation, ikke et stykke off-the-shelf hardware, så Pumpkin besluttede at prebuild kits og sælge dem. Hvis du har din egen raket til at starte din CubeSat, vil de sælge et CubeSat-kit til $ 7.500.

Dette er lige parallelt med InterOrbital Systems 'TubeSat. InterOrbital Systems (IOS) har kanten i pris / ydeevne, da de kaster lanceringen ind for samme pris. Men det ser ud til, at hverken IOS eller Pumpkin giver premier, bare kits. Så der er stadig hobbyarbejde involveret, men kits fjerner behovet for engineering og bare forlade den sjove del af samling og integration.

TubeSat og CubeSat, to varianter af en picosatellit, med kvartaler vist for skala

TubeSats og CubeSats er lidt anderledes, selvfølgelig, og jeg er sindssygt glad for, at begge er ved at fremme ideen om platforms kit. Dette er et godt skridt i kommodifikationen af ​​rumforskning. Selvom mini CubeSat ser ærlig ud som en Hellraiser Lemarchand box.

Hvor meget koster det at starte?

Hvis du opbygger et CubeSat, er det ikke svært at sikre en raket for at starte det, det er bare dyrt. En typisk CubeSat lanceringsomkostninger er anslået til $ 40.000. Der er flere kommercielle udbydere lovende fremtidige CubeSat raketter, forudsat at de gennemfører udvikling. Forskellige NASA- og International Space Station-projekter accepterer nogle forslag ved hjælp af CubeSat-arkitekturen. Der er flere virksomheder, der kommer ind i den private lanceringsvirksomhed hvert år, så udsigterne til at blive lanceret bliver mere robuste.

TubeSat-arkitekturen fra InterOrbital Systems er et alternativt skema. I øjeblikket kun støttes af InterOrbital, er det meget omkostningseffektivt. Du får skemaerne, de vigtigste hardwarekomponenter og en lancering på deres stadig udviklede raket til den samlede pris på $ 8.000. En TubeSat bruger en lidt længere sekskantet arkitektur, 12 cm i længde og 4 cm i diameter.

Du kan også arbejde med en brugerdefineret arkitektur, hvis du har adgang til en raketlancering (gennem et college eller universitet, måske), men i øjeblikket er de to primære spillere den åbne CubeSat-spec og det private TubeSat-alternativ.

Hvor er kredsløb?

Hvor vil din picosatellite gå? Det er næsten givet, at din picosatellit vil gå til jordbunden (LEO), et bredt bånd, der spænder fra omkring 150 km til måske 600 km. Dette er den region, der også har mange science satellitter og den internationale rumstation (ISS). Det er i og under ionosfæren, den meget, meget tynde del af atmosfæren, der også falder sammen med meget af Jordens magnetfelt.

Jordens magnetfelt beskytter os mod solens mest hårde aktivitet. Høj energi partikler, flare udslip og koronal masse udstødninger (CMEs, i grunden blobs af Sun-stuff) bliver shunted af magnetfeltet, før de kan nå jorden. Hvor magnetfeltlinjerne dypper nær polerne, udtrykker denne energi sig som Aurora.

Lav jord kredsløb visning af en Aurora (billede ISS006E18372, med venlig hilsen fra NASA)

Over ionosfæren kan rummiljøet være fjendtligt på grund af solaktivitet. Nedenfor er strålingsrisikoen meget lavere. Derfor holdes ISS'en i LEO. LEO er i hjertet omkring så sikkert som pladsen kan få. Det er også hvor din picosatellit sandsynligvis vil leve.

En typisk LEO-kredsløb har ca. 90 minutter. Dvs. det roterer rundt om jorden en gang hver 90 minutter og gør omkring 15 baner om dagen. Orbits kan placeres nær jordens ækvator (ækvatoriale baner) eller sløjfe fra nord til sydpolen (polære kredsløb). På samme måde kan kredsløbene være næsten cirkulære eller være yderst excentriske - komme tættere på Jorden i den ene ende af kredsløbet og derefter flytte langt væk på den anden.

Hvor længe vil min satellit sidst?

Dit kredsløb er helt bestemt af, hvad din raketudbyder har solgt dig. På hobby-niveauet vil du højst sandsynligt få en standard 250 km eller så næsten cirkulær kredsløb, enten ækvatorial eller polær. En sådan kredsløb varer (på grund af træk af den tunge ionosfæren) fra 3 til 16 uger før satellitten vil lide en brændende reentry.

Ved picosatellitmasser betyder det, at din satellit vil gå op og ikke vende tilbage. Du har mindre end tre måneder til at indsamle data. Picosatellitten vil derefter i det væsentlige fordampe pænt efter reentry (ingen plads junk risiko!)

Hvordan er vejret deroppe?

LEO Betingelser og levedygtighed

Ionosfæren kaldes det fordi det er et meget tyndt plasma af elektrisk ladede atomer (ioner) og elektroner på grund af ultraviolet (UV) stråling fra Solen. Teknisk strækker den sig fra ca. 50 km til over 1.000 km (tak Wikipedia!), Men LEO starter på 150 km - under det kan du ikke opretholde en stabil bane. Jonosfæren er som nævnt drevet af solaktivitet. Den del der vender mod solen har mere ionisering; også solenergi aktivitet kan drive sin adfærd stærkt. Der er også dips i magnetfeltlinjen, hvilket fører til strålingstigninger ved lavere højder. Vi har nævnt polerne, og regioner som den sydatlantiske anomali (SAA) har også feltlinjer, der dykker ned.

Hvis du sender op sensorer, vil du gerne sikre et par ting:

  • De har et følsomhedsniveau, der passer til niveauet af det signal, du forsøger at måle.
  • De har et dynamisk område, som giver dig mulighed for at udtrække meningsfulde data.

LEO Temperaturer

En metalplade i LEO vil cykle fra -170 ° C til 123 ° C afhængigt af solens ansigt og dets tid i sollys. Hvis din picosatellit spinder, vil dette endda udbrede varmefordelingen lidt, men det er afstanden at antage. En bane har cirka halvdelen af ​​sin tid i sollys og den anden halvdel i jordskyggen, så temperaturadfærd er værd at modellere.

Siden picosatellitten er spinding, er dette interval heldigvis mindre (da varmen har tid til at distribuere og sprede sig), og med en 90-minutters bane, skal du cykle gennem tre områder: for kold til at registrere; overgangsregioner, hvor sensoren vender tilbage gyldig, langsomt skiftende data; og muligvis oversættende i den høje ende. Du kan tilføje en varmelegeme, hvis det er nødvendigt-satellitter har brugt varmeapparater og kølere afhængigt af instrumentet og modstående.

Derfor er en termisk sensor (som en microDig Hot brand sensor), der dækker -40 ° C op til 100 ° C, tilstrækkelig. Området fra -40 ° C til 100 ° C er et muligt område at måle. Under alle omstændigheder kan resten af ​​satellitelektronikken have problemer, forbi dette område.

LEO Light

Tilsvarende vil en lysdetekteringssensor til en spinning-picosatellit sandsynligvis kun returnere et binært signal: super-lysende sol i lyset og sol ikke synlig. Så alt det, det vil måle, er timingen for, hvornår solen er i stand. Lygtsensorernes funktion vil i vid udstrækning være binær, for at fange sol-mørke cyklusser, når det drejer rundt, samt den samlede dag / natcyklus i kredsløbet. Hvis der er en lille tuft til satellitten, jo bedre. Disse lyssensorer giver et grundlæggende mål for satellitens position og tumbling. Hvis du vil måle faktiske lysniveauer, skal dit design sikre, at solen ikke mætter din detektor.

LEO magnetfelt

Ionosfæren har en feltstyrke i størrelsesordenen 0,3-0,6 gauss, med svingninger på 5%. For en polar kredsløb har du højere variabilitet og højere magnetfelter end en ækvatorial kredsløb (da jordens magnetfelt linjer dyppes nær polerne, dermed aurorerne). Hvis du vil måle udsving, ikke feltstyrken, skal du fange 0,06-0,1 gaussignaler. En $ 10 Hall effekt sensor plus en op-amp kan måle variationer ned til så lavt som 0,06 gauss, hvis der ikke er noget stort eksternt magnetfelt. Herunder vil støj fra din sensors kredsløb, ikke sensoren, sandsynligvis være den begrænsende faktor.

Hvad med partikel (stråling) skade?

Missionens liv er kort (mindre end tre måneder), så du behøver ikke bekymre dig om kumulative skader. Jeg plejede at lave strålingsskader modeller tilbage i skolen, og det viser sig, at moderne elektronik er overraskende robust på kort tid skalaer. Du vil primært have engangsforstyrrelser (SEPs), der forvrænger en sensor eller computer, men da du sandsynligvis ikke behøver 100% oppetid, bør dette ikke være et problem. Faktisk vil glitches tilføje interessant karakter til dine afledte data. Skulle du støde på en solstorm, vil det være interessant at se, hvordan sensorerne håndterer det, enten med mætning eller med falske signaler. En proportional counter eller ersatz-ækvivalent (som en microDig Reach) kan måle disse partikelantal.

Og endelig er det vigtigste at vide:

Hvad er min mission?

Hvad skal du have for din picosatellit? Du kan pænt bryde de typiske picosatellitvalg i videnskabelige missioner, tekniske missioner og kunstværker. En videnskabsbelastning måler ting. En teknisk nyttelast tester hardware eller software. Et kunstprojekt skaber et højt koncept. Vi vil besøge hver.

Videnskab!

På en videnskabsmission vil din picosatellit måle noget. Videnskaben handler om måling i hjertet. Der er tre typer missioner, du kan gøre: pege, in-situ og ingeniørbyggerier.

En pegemission er som et teleskop. Din picosatellit peger på et objekt af interesse - Solen, Månen, stjernerne, himmelens baggrund eller jorden - og observerer den. Bemærk at at pege på jorden kræver en licens - ikke svært at få, men privatlivet er beskyttet i hobbyrum.

Du kan pege tilfældigt, men det ser ikke ud til at være meget nyttigt. Du kan indstille en undersøgelsestilstand, hvor din picosatellit er givet en specifik orientering i sin kredsløb, således at det hver omgang fejer over himlen på en forudsigelig måde. Eller du kan gøre aktive peger, så picosatellitten ser ud, hvor du vil.

Aktiv pegning er ret udfordrende. Du skal vide din position meget præcist. Brug af inertielle referencer - kendskab til den oprindelige kredsløb plus intern forudsigelse af hvordan satellitten er på rejse - er upræcis for sensorpegningsformål. Derfor kræver peger typisk en slags stjernesporere. Disse er to eller flere brede felts teleskoper, der tegner himmelen og sammenligner det med et indbygget katalog med kendte lyse reference stjerner.

Star tracking er teknisk kompleks, og sandsynligvis ud over vægt og design begrænsninger af en typisk picosatellite. Se dog "Engineering!" Nedenfor, for mere om dette.

En mere almindelig picosatellit videnskabsbrug er in situ målinger. Dette er brugen af ​​sensorer, der måler den region, satellitten er i uden at pege. Et termometer er et perfekt eksempel på en in situ detektor. Det måler temperaturen, og du behøver ikke nøjagtigt pege på det for at vide, det virker.

Andre in situ målinger fra LEO kan omfatte det elektriske og magnetiske felt i ionosfæren, lys fra solen eller reflekteret jordglødning, måling af ionosfærisk tæthed eller sporing af kinematikken i din kredsløb og positionering (hvordan du bevæger dig).

Eller måske vil du ikke måle noget videnskabeligt, du vil bare bygge ting. Det er engineering.

Ingeniørarbejde!

En engineering picosatellite bruger platformen til at afprøve nogle nye hardware hardware koncepter, eller at du kan øve dig i at bygge dine egne varianter af kendt rumhardware.

Du kan lave en picosatellit for at teste nogen af ​​hardwarekomponenterne.Et nyt strømforsyningssystem, en ny positioneringsmetode, en ny type radio- eller relækommunikation, nye sensorer-virkelig nogen komponent i satellitten kan bygges og forbedres.

Tre ounce flyable instrumentering

Nogle picosatellitprojekter har involveret test-på småskala-nye satellitfremdrivningskoncepter, der spænder fra ionmotorer til solsegler. Ønsker du at teste en oppustelig rumstation i miniature, eller se om du kan lave en picosatellit, der udfolder sig til at danne et stort skinkeradioudløsningspunkt? Byg det!

Et andet teknologisk motiv kan være at teste specifikke komponenter: Eksempelvis sammenligner en brugerdefineret elektronikrigger mod en kommerciel COTS-komponent for at se, om satellitter (af enhver størrelse) kan gøres mere omkostningseffektive. Eller du kan teste nye datakomprimeringsmetoder eller alternative metoder til at gøre ombord operationer.

Innovation i drift er en del af tekniske mål, der er værd at undersøge yderligere. Picosatellitter kunne bruges til at teste koordineringen af ​​en konstellation af satellitter. De kan være test senge til orbital mekanik studier eller lektioner i koordineret satellit operationer. Som den billigste måde at få adgang til rummet, er de fremragende test senge til prototyper nye måder at gøre satellit arbejde, før de flytter til millioner dollar missioner.

Art Concept!

Endelig er der konceptstykker. Min egen "Project Calliope" TubeSat samler in-situ målinger af ionosfæren og overfører dem til jorden som musik, en proces kaldet sonificering. Hensigten er at returnere en følelse af rytmen og aktivitetsniveauet i rummet, snarere end numeriske data, så vi kan få en følelse af, hvordan Sun-Earth-systemet opfører sig.

Du er ikke en ægte mission, før du har dit eget flyplaster.

Du kan starte en satellit til at gøre noget. Send aske til rummet. Afsend et himalayansk bønneflag. Start din titanium vielsesring i kredsløb. Enhver kunst-, musik- eller kunst / musik / videnskabshybrid ide er velkommen, fordi det er din satellit. Bare giv det et formål eller en nytte ud over bare skuespillet om at kunne starte din egen satellit.

Definere videnskab (høflighed science20.com/skyday)

Løs et decadal problem for hele menneskeheden

Her er en design øvelse, der beder dig om at opfinde en satellit. Pointen er ikke, om du kan bygge, men om du kan tænke og skitsere en idé, der er værd at bygge i første omgang.

Vælg et af de decadale mål for jordobservation, heliophysics, astronomi eller planetarisk videnskab og design et missionskoncept for at opfylde denne opgave ved hjælp af en lille satellitplatform NASA SMEX eller mindre.

Opfinde din satellit og lav en fem minutters tonehøjde, som du vil præsentere for NASA for at anmode om finansiering. Begræns dig til en satellit med et eller to (højst) instrumenter. Her er nogle decadal reference links:

  • http://www.spacepolicyonline.com/national-research-council#decadal
  • http://decadal.gsfc.nasa.gov/about.html
  • http://science.nasa.gov/about-us/science-strategy/decadal-surveys/
  • http://solarsystem.nasa.gov/2013decadal/
  • http://sites.nationalacademies.org/SSB/CurrentProjects/SSB_056864
  • http://science.nasa.gov/earth-science/decadal-surveys/

Et eksempel på et decadal mål, fra Earth observing, kan være:

Ændring af isark og havniveau. Vil der være katastrofale sammenbrud af de store isark, herunder grønlandske og vestlige Antarktis, og i bekræftende fald hvor hurtigt vil dette ske? Hvad vil tidsmønstrene for havniveau stige som følge heraf?

En god tonehøjde kan omfatte:

  • Et opsummeringsoversigt (type / bølgelængde / mål / hvem / kredsløb)
  • Historien om tidligere missioner, der tacklede dette
  • Liste over ønsket instrumentbelastning: Hvilke instrumenttyper og hvad de måler, plus om den skal fokusere optik eller ej
  • Opløsningsområde pr. Detektor (rumlig, spektral, timing, lysstyrke)
  • Omkostningsoverslag, baseret på sammenligning / analogi med lignende missioner

For at vurdere en god tonehøjde skal du overveje, om:

  • Dit mål og satellit er plausible.
  • Din tilgang synes tydeligvis at være den rigtige tilgang til opgaven.

Dette er evnen til både forretnings- og akademiske forslag, hvor du ikke kun skal overbevise publikum om, at du er den rigtige person til opgaven, men også at opgaven selv er værd at lave!

Opbygning af din egen picosatellit er ikke kun et middel til en ende, men et værdigt mål selv. Selvom du aldrig starter det, kan de færdigheder og erfaringer, du får ved at lave din egen rigtige satellit, være en fantastisk oplevelse.

Denne artikel er tilpasset DIY Satellite Platforms og DIY Instruments for Amateur Space af Sandy Antunes. Denne serie, som også omfatter Surviving Orbit DIY Way, er en dyb og brugervenlig ressource for værnebådsbyggere, der er tilgængelig fra Maker Shed på makershed.com. Se efter den fjerde bog i serien, DIY datakommunikation til amatør rumfartøjer, der kommer i sommer.



Du Kan Være Interesseret

Opdage Dirty Dishes med OpenCV

Opdage Dirty Dishes med OpenCV


Laser Powered Lightsabers Skive Gennem Des Moines

Laser Powered Lightsabers Skive Gennem Des Moines


Hjemmelavet bevægelsessimulator er som et rumskib

Hjemmelavet bevægelsessimulator er som et rumskib


De sidste dage af Bracewell Observatory (fotos)

De sidste dage af Bracewell Observatory (fotos)