Новим і дуже перспективним напрямом розвитку космічної техніки є створення мікросупутників (МС), якими вважають космічні апарати вагою до 100 кг.
Перший мікросупутник “UoSat-1” розробки Університету Суррея був запущений 6 жовтня 1981 р. Після цього десятки навчальних закладів багатьох держав світу почали розробки мікросупутників: Стенфордський університет (серія “OPAL”), Університет Ціньхуа (серія “Tsnghua”), Берлінський технічний університет (серія “TUBSUT”), Римський університет ”Ла Сапієнца” (серія “UniSat”), Дніпропетровський національний університет (спільний проект Австралії та України – мікросупутник “JAESAT”) та ін. Зазначимо, що розробкою МС займаються не тільки провідні космічні держави (США, Росія, Китай), але й країни, які не мають власної космічної галузі (Єгипет, Індія, Бразилія, ін.).
Характерно, що розробка таких МС зосереджена в університетах, що пояснює їх другу назву – “університетські” супутники. Головне, що визначає винятково важливу роль розробки МС з погляду науково-освітнього процесу, – це можливість студента і навіть школяра у повному циклі за короткий проміжок часу пройти всі етапи створення найновітніших зразків космічної техніки і побачити результати своєї праці.
У рамках програми ”Космічна техніка і робототехніка” у 2006 р. в НТУУ “КПІ” виконувалися роботи зі створення МС вагою до 20 кг для дистанційного зондування Землі та навколишнього середовища з урахуванням потреб народного господарства України.
У 2006 р. було розроблено аванпроект МС, у тому числі:
- загальна концепція МС як наукового та технічного проекту НТУУ “КПІ”;
- схемно-технічні рішення супутника в цілому і його складових систем.
Було розглянуто два напрями використання МС, а саме:
- ідея космічного експерименту за допомогою бортового ультрафіолетового поляриметра полягає в контролі шару аерозолю (озонового шару) на висотах до 30 км за результатами вимірювання відносної інтенсивності, ступеня поляризації та положення площини поляризації дифузного відбитого земною атмосферою сонячного випромінювання;
- використання оптико-електронної системи для відеоспостереження (моніторингу) поверхні Землі.
Розроблена структура МС включає наступні складові: блок корисного навантаження, система орієнтації та стабілізації, інфрачервоний датчик горизонту Землі, датчик координат Сонця, бортова система збору й обробки наукової інформації, цифровий бортовий обчислювальний комплекс, бортова і наземна системи зв’язку, система енергозабезпечення, сонячні батареї, система телеметричного контролю, система терморегулювання.
До виконання робіт були залучені такі факультети НТУУ “КПІ”:
- ФАКС – (загальна концепція МС, система керування, орієнтації та стабілізації, інфрачервоний датчик горизонту Землі, бортова система збору й обробки наукової інформації, цифровий бортовий обчислювальний комплекс);
- ПБФ (ультрафіолетовий поляриметр, оптико-електронна система);
- ФЕЛ (сонячні батареї, система енергозабезпечення, датчик координат Сонця, система телеметричного контролю);
- РТФ (бортова і наземна системи зв’язку);
- ТЕФ (система терморегулювання, конструкція МС);
- ФЕА (термовакуумні випробування).
Розроблено двоканальний ультрафіолетовий поляриметр (спектральний діапазон довжин хвиль від 240 нм до 280 нм, кут поля зору в діапазоні 1° ...1,5°, об’єм 1,5 л), який не має рухомих елементів. Запропоновано та проаналізовано два варіанти схемно-технічних рішень оптико-електронної системи космічного призначення – триканальний космічний сканер з можливістю перенацілювання та одноканальна панхроматична оптико-електронна система на базі дзеркального цифрового фотоапарата. Обидва варіанти передбачають одержання високоінформативних кольорових зображень Землі в видимому діапазоні спектра.
Вимоги до системи орієнтації та стабілізації є достатньо жорсткими, тому була прийнята активна система орієнтації та стабілізації МС, яка містить вимірювачі (магнітометри, інфрачервоний датчик горизонту Землі та датчики координат Сонця) та виконавчі пристрої (магнітні котушки, електромаховичні двигуни). Розроблено алгоритми керування рухом МС для різних режимів його функціонування. Запропоновано датчик координат Сонця та інфрачервоний датчик горизонту Землі, побудовані на фоточутливих елементах.
Бортова система збору й обробки наукової інформації та цифровий бортовий обчислювальний комплекс, у тому числі системи передавання, приймання, зберігання, обробки та використання інформації, разом утворюють систему керування супутником, для якої розроблено модулі програмного забезпечення; портативні контрольно-перевіряючі та діагностуючі системи. Розроблений універсальний, уніфікований цифровий бортовий обчислювальний комплекс забезпечує обробку інформації на борту МС та керування (вибір режиму) функціонування МС у процесі польоту.
Проаналізовано основні схемно-технічні рішення побудови радіоліній супутникового зв’язку в класі “Мікросупутник”. Визначено склад системи радіозв’язку для передачі телеметричної та іншої інформації, визначено склад наземного та бортового сегмента системи зв’язку.
Розроблено конструкцію та проведено розрахунки фотоелектричних перетворювачів з розвинутою структурою тривимірних потенційних бар’єрів, які входять до складу сонячних батарей.
Запропоновано концепцію, розглянуто структурну схему та визначено основні тактико-технічні характеристики системи електропостачання, основою якої є акумуляторні батареї.
При розробці конструкції МС було:
- розроблено конструктивно-компоновочну та конструктивно-силову схеми МС;
- розроблено елементи конструкції технічних систем МС, в тому числі елементи конструкції систем терморегулювання та електрозабезпечення.
Основним типом підсистеми терморегулювання визначено пасивну систему на основі екранно-вакуумної теплоізоляції, теплозахисних покриттів та теплових екранів.
Визначено основні технічні характеристики мікросупутника МС (орієнтовно): маса платформи – 20 кг, маса корисного навантаження – до 7 кг, потужність підсистеми електропостачання – до 80 Вт.
Загальний вигляд МС наведено на рисунку. Габаритні розміри МС наступні:
- в транспортному положенні – 895х348х х348 мм;
- в робочому положенні – 5895х1470хх1470 мм.
Отримані результати створюють теоретичну і практичну основу розробки МС. Вони будуть покладені в основу робіт на наступному етапі ескізного проекту, який включає розробку конструкторської документації та макетних зразків систем і блоків.