Votre propre satellite 7 choses à savoir avant de partir, Faire
Tout ce que je demande est un lancement réussi, un signal radio propre et une vie juste assez longtemps pour atteindre cet objectif.
Aurora vu de l'ISS en orbite terrestre basse, avec l'aimable autorisation image de la NASA
Qu'est-ce qu'un picosatellite?
Picosatellites. par définition, sont extrêmement petits satellites légers. Toute picosatellite aura tendance à avoir ces éléments de base:
- une antenne
- Un émetteur radio pour les commandes de liaison montante ou le téléchargement de données de votre
- Un ordinateur-on-a-chip comme un Arduino ou une base-X24
- Un système d'alimentation, les cellules solaires le plus souvent, plus une batterie plus un bus d'alimentation
- capteurs
Le géniteur de la classe pico est le CubeSat. une architecture open source qui vous permet d'emballer tout ce que vous voulez dans la 10cm x 10 cm x 10 cm cube.
Ce parallèle avec soin le TubeSat de interorbitaire Systems. Interorbitaire Systems (IOS) a l'avantage dans le prix / performance, car ils jettent le lancement pour le même coût. Mais il semble que ni IOS, ni citrouille fournissent premades, seulement des kits. Donc, il y a encore du travail bricoleur impliqué, mais kits enlever la nécessité d'ingénierie et il suffit de laisser la partie amusante de réunion et d'intégration.
TubeSat et CubeSat, deux variantes d'un picosatellite, avec quarts montré pour la balance
Combien coûte le coût de lancement?
Si vous construisez un CubeSat, la sécurisation d'une fusée pour le lancer est pas difficile, mais simplement cher. Un coût de lancement CubeSat typique est estimée à 40 000 $. Il existe plusieurs fournisseurs commerciaux prometteurs futurs fusées CubeSat, en supposant qu'ils le développement complet. Divers projets de la NASA et de la Station spatiale internationale acceptent des propositions en utilisant l'architecture CubeSat. Il y a plus d'entreprises qui entrent dans l'entreprise de lancement privé chaque année, de sorte que les perspectives pour l'obtention d'un lancement sont de plus en plus robuste.
L'architecture TubeSat de interorbitaire Systems est un autre schéma. À l'heure actuelle pris en charge uniquement par interorbitaire, il est très rentable. Vous obtenez les schémas, les principaux composants matériels, et un lancement sur leur fusée encore en développement pour le prix unique de 8 000 $. Un TubeSat utilise une architecture légèrement plus hexagonale, 12 cm de longueur et 4 cm de diamètre.
Où est-Orbit?
Où va votre picosatellite? Il est presque un étant donné que votre picosatellite ira à orbite basse (LEO). une large bande allant d'environ 150 km jusqu'à 600 km peut-être. Ceci est la région qui a également de nombreux satellites scientifiques et la Station spatiale internationale (ISS). Il est et en dessous de la ionosphère, très, très mince partie de l'atmosphère qui coïncide aussi avec beaucoup de champ magnétique de la Terre.
champ magnétique nous protège de l'activité la plus féroce du Soleil de la Terre. particules à haute énergie, les émissions flare et éjections de masse coronale (CMEs, essentiellement blobs de Sun-stuff) se shunté par le champ magnétique avant de pouvoir atteindre la terre. Lorsque les lignes de champ magnétique plongent près des pôles, cette énergie se manifeste comme l'aurore boréale.
orbite terrestre basse vue d'une aurore boréale (l'image ISS006E18372, avec la permission de la NASA)
Au-dessus de l'ionosphère, l'environnement spatial peut être hostile à cause de l'activité solaire. En dessous, les risques de rayonnement sont beaucoup plus faibles. C'est la raison pour laquelle l'ISS est maintenu en orbite basse. LEO est, au cœur, à peu près aussi sûr que l'espace peut obtenir. Il est également l'endroit où votre picosatellite est susceptible de vivre.
Une orbite orbite basse a environ une période de 90 minutes. C'est, il tourne autour de la Terre toutes les 90 minutes, faisant environ 15 orbites par jour. Orbite peuvent être positionnés près de l'équateur de la Terre (orbites équatoriales) ou boucle du Nord au pôle Sud (orbites polaires). De même, les orbites peuvent être presque circulaire, ou être très excentrique se rapprocher de la Terre à une extrémité de l'orbite, puis se déplacer loin à l'autre.
Combien de temps mon Satellite dernier?
Votre orbite est entièrement déterminée par ce que votre fournisseur de fusée vous a vendu. Au niveau amateur, vous allez très probablement obtenir un standard ou 250 km si près orbite circulaire, soit équatoriale ou polaire. Une telle orbite dure (en raison de la traînée par l'ionosphère ténue) de3 à 16 semaines avant que le satellite subira une réentrée de feu.
A masses picosatellite, cela signifie que votre satellite monterons et ne reviendra pas. Vous avez moins de trois mois pour recueillir des données. Le picosatellite alors, essentiellement, d'une manière ordonnée sur vaporisent réentrée (pas de risque de débris spatiaux!)
Quel temps là-haut?
Conditions et LEO Viabilité
L'ionosphère est appelé que parce qu'il est un plasma très mince d'atomes chargés électriquement (ions et électrons), en raison du rayonnement ultraviolet (UV) du soleil Techniquement, il étend d'environ 50 km jusqu'à plus de 1000 km, mais LEO commence à 150km (merci Wikipedia!) - en dessous, vous ne pouvez pas maintenir une orbite stable. L'ionosphère, comme mentionné, est entraîné par l'activité solaire. La partie face au Soleil a plus ionisation; En outre, l'activité solaire peut conduire son comportement fortement. Il y a aussi plonge dans la ligne de champ magnétique, ce qui conduit à la radiation augmente à des altitudes plus basses. Nous avons mentionné les pôles et régions comme l'Atlantique Sud Anomaly (SAA) ont également des lignes de champ qui plongent plus bas.
Si vous envoyez des capteurs, vous devrez vous assurer une ou deux choses:
- Ils ont un niveau de sensibilité appropriée au niveau du signal que vous essayez de mesurer.
- Ils ont une gamme dynamique qui vous permet d'extraire des données significatives.
Températures LEO
Une plaque de métal en LEO cycle à partir de -170 ° C à 123 ° C en fonction de sa face Sun et son temps à la lumière du soleil. Si votre picosatellite tourne, ce sera même la distribution de la chaleur un peu, mais c'est la gamme d'assumer. Une orbite a environ la moitié de son temps en plein soleil et l'autre moitié dans l'ombre de la Terre, de sorte que le comportement de la température est la modélisation valeur.
Etant donné que le picosatellite tourne, cette gamme est heureusement plus petit (sous forme de chaleur a le temps de diffuser et dissiper), et avec une orbite de 90 minutes, on doit parcourir trois gammes: trop froid pour enregistrer; des zones de transition où le capteur revient valide, changeant lentement données; et sursaturer éventuellement à l'extrémité haute. Vous pouvez ajouter un appareil de chauffage si nécessaire-satellites ont utilisé chauffage et refroidisseurs en fonction de l'instrument et faisant face.
De même, un capteur de détection de la lumière, pour une picosatellite de filature, est susceptible de revenir juste un signal binaire: Sun super-brillante en vue et Sun pas en vue. Donc, tout ce qu'il mesurera est le moment où le Soleil est en vue. La fonction des capteurs de lumière sera en grande partie binaire, pour attraper les cycles Sun-sombres comme il tourne, ainsi que le cycle jour global / nuit de l'orbite. S'il y a une légère chute au satellite, d'autant mieux. Ces capteurs de lumière fourniront une mesure de base de la position du satellite et de tumbling. Si vous voulez mesurer les niveaux de lumière réelle, votre conception devra assurer le soleil ne sature pas votre détecteur.
LEO Champ magnétique
L'ionosphère a une intensité de champ de l'ordre de 0,3 à 0,6 gauss, avec des fluctuations de 5%. Pour une orbite polaire, vous aurez une plus grande variabilité et des champs magnétiques supérieurs à ceux d'une orbite équatoriale (comme les lignes de champ magnétique de la Terre dip près des pôles, d'où les aurores boréales). Si vous voulez mesurer la fluctuation, et non la force du champ, vous devez capturer 0,06-0,1 signaux de gauss. A 10 $ capteur à effet Hall plus un ampli-op pourrait mesurer les variations à aussi bas que 0,06 gauss s'il n'y a pas grand champ magnétique externe. En dessous, le bruit des circuits de votre capteur, pas le capteur, sera probablement le facteur limitant.
Qu'en est-particules (radiation) Les dommages?
Et enfin, la chose la plus importante à savoir:
Quelle est ma mission?
Juste ce que le diable vous voulez que votre picosatellite faire? Vous pouvez parfaitement briser les choix picosatellite typiques dans les missions scientifiques, des missions d'ingénierie et œuvres d'art. Une substance de mesures de charge utile scientifique. Un des tests de charge utile ingénierie matérielle ou logicielle. Un projet d'art instancier un concept haut. Nous allons visiter chacun.
Lors d'une mission scientifique, votre picosatellite mesurera quelque chose. La science est sur la mesure en son cœur. Il existe trois types de missions que vous pouvez faire: pointage, in situ et de l'ingénierie construit.
Une mission de pointage est comme un télescope. Vos points picosatellite à un objet d'intérêt du Soleil, la Lune, les étoiles, le fond du ciel, ou la Terre et observe. Notez que montrant la Terre nécessite une licence -non difficile à obtenir, mais la vie privée est protégée dans l'espace passe-temps.
Vous pouvez pointer au hasard, mais cela ne semble pas très utile. Vous pouvez définir un mode d'enquête. où votre picosatellite est donné une orientation spécifique sur son orbite de telle sorte que, chaque orbite, il balaie le ciel d'une manière prévisible. Ou bien, vous pouvez le faire pointer actif, ce qui rend le look picosatellite où vous voulez.
pointage actif est assez difficile. Vous devez connaître votre position très précise. En utilisant des références inertielles connaissance de l'orbite initiale ainsi que la prévision interne de la façon dont le satellite se déplace-est à des fins de pointage inexacte du capteur. Par conséquent, pointant nécessite généralement une sorte de star-trackers. Ce sont deux ou plusieurs télescopes à grand champ que l'image du ciel et le comparer à un catalogue à bord des étoiles de référence lumineux connus.
le suivi de Star est techniquement complexe, et probablement au-delà des limites de poids et de conception d'un picosatellite typique. Cependant, voir « Ingénierie! » Ci-dessous, pour plus de détails.
Une utilisation de la science picosatellite plus fréquente est des mesures in situ. Ceci est l'utilisation de capteurs qui mesurent la région du satellite est sans exiger pointage. Un thermomètre est un parfait exemple d'un détecteur in situ. Il mesure la température, et vous n'avez pas besoin de pointer précisément pour savoir cela fonctionne.
D'autres mesures in-situ à partir de LEO peuvent inclure le champ électrique et magnétique dans l'ionosphère, la lumière du soleil ou réfléchie lueur de la Terre, la mesure de la densité ionosphérique, ou le suivi de la cinématique de l'orbite et de positionnement (comment vous êtes en mouvement).
Ingénierie!
Un picosatellite d'ingénierie utilise la plate-forme pour essayer quelques nouveaux concepts de matériel spatial, ou pour vous donner en pratique dans la construction de vos propres variantes de matériel spatial connu.
Vous pouvez faire un picosatellite pour tester l'un des composants matériels. Un nouveau système d'alimentation, une nouvelle méthode de positionnement, un nouveau type de communications radio ou de relais, de nouveaux capteurs-vraiment tout composant du satellite peut être construit et amélioré.
Trois onces d'instruments pilotable
Certains projets de picosatellite ont impliqué des tests sur une petite échelle, de nouveaux concepts de propulsion par satellite. allant de moteurs ioniques à voiles solaires. Vous voulez tester une station spatiale gonflable en miniature, ou si vous pouvez faire un picosatellite qui se déploie pour former un grand point de rebond radio jambon? Construit le!
Un autre motif d'ingénierie peut être pour tester les composants spécifiques: par exemple, la comparaison d'une plate-forme électronique personnalisé contre un élément hors-la-(COTS) pour voir si satellites (de toute taille) peuvent être plus rentables. Vous pouvez également tester de nouvelles méthodes de compression de données ou d'autres méthodes de faire des opérations à bord.
Concept Art!
Enfin, il y a des morceaux de concept. Mon propre « Projet Calliope » TubeSat rassemble des mesures in situ de l'ionosphère et les transmet à la Terre comme la musique, un processus appelé sonification. L'intention est de retourner un sens du niveau du rythme et de l'activité de l'espace, plutôt que des données numériques, afin que nous puissions avoir une idée de la façon dont le système tout Terre-Soleil se comporte.
Vous n'êtes pas une vraie mission jusqu'à ce que vous avez votre propre patch vol.
Vous pouvez lancer un satellite à faire quoi que ce soit. Envoyer des cendres à l'espace. Expédier un drapeau de prière de l'Himalaya. Lancez votre bague de mariage de titane en orbite. Tout l'art, la musique ou l'art / musique / science idée hybride est la bienvenue parce que c'est votre satellite. Il suffit de lui donner un but ou d'utilité au-delà du spectacle d'être en mesure de lancer votre propre satellite.
Définition de la science (avec la permission science20.com/skyday)
Voici un exercice de conception qui vous demande d'inventer un satellite. Le point est pas si vous pouvez construire, mais si vous pouvez concevoir et définir une idée qui mérite d'être la construction en premier lieu.
Modification des feuilles de glace et le niveau de la mer. Y aura-t effondrement catastrophique des grandes calottes glaciaires, y compris celles du Groenland et de l'Antarctique occidental et, si oui, comment cela se produit rapidement? Quels seront les modèles de temps de l'élévation du niveau de la mer à la suite?
Un bon terrain pourrait inclure:
Pour évaluer un bon emplacement, déterminer si:
- Votre objectif et le satellite sont plausibles.
- Votre approche semble clairement être la bonne approche pour la tâche.
Ceci est la compétence des deux propositions d'affaires et universitaires, où vous devez convaincre non seulement le public que vous êtes la bonne personne pour la tâche, mais aussi que la tâche elle-même vaut la peine!
Construire votre propre picosatellite est non seulement un moyen pour une fin, mais un objectif louable lui-même. Même si vous ne le lancez, les compétences et l'expérience que vous gagnez en faire votre propre satellite réel peut être une expérience extraordinaire.
Cet article est adapté de plates-formes de bricolage satellites et instruments de bricolage pour l'espace amateur par Sandy Antunes. Cette série, qui comprend également Survivre Orbit Way DIY. est une ressource profonde et conviviale pour les futurs constructeurs d'engins spatiaux, disponibles à partir du Maker Shed à makershed.com. Surveillez le quatrième livre de la série, la communication de données bricolage amateur Spacecraft. à venir cet été.