19 червня 2014 р. на навколоземну орбіту було виведено перший український наносупутник PolyITAN-1. Його створили науковці, інженери і студенти ТЕФ, РТФ, ФЕЛ, ІТС під керівництвом зав. лабораторії наносупутникових технологій ТЕФ, ст.н.с., к.т.н. Бориса Михайловича Рассамакіна. З ним зустрівся наш кореспондент.
– Отже, 19 червня супутник вийшов на орбіту. Що було далі?
– Уже 20 червня до нас надійшла інформація від радіолюбителів Японії, Росії, Бразилії про те, що супутник функціонує і передає інформацію. Передача здійснюється в радіолюбительському радіодіапазоні на частоті 437 МГц, і радіоаматори з усього світу можуть приймати сигнали нашого супутника, коли він пролітає над територією їхніх країн. Згідно з міжнародними угодами ми надали радіоаматорам програми, за допомогою яких вони можуть обробляти сигнали, що надходять від супутника – так званий сигнал Морзе і дані телеметрії.
– Розкажіть про конструкцію PolyITAN-1.
– Наносупутник має форму куба зі стороною 10 см. На п’яти гранях розміщені сонячні батареї загальною потужністю 1,3 Вт, на шостій – антена. Маса супутника близько 1 кг.
До складу супутника входять три плати стандарту PC104 з електронними компонентами підсистем, типових для супутників даного класу, а саме: підсистема електропостачання, підсистема обробки даних, приймально-передавальна підсистема, навігаційна підсистема, підсистема орієнтації та стабілізації.
Підсистема електропостачання включає: сонячні батареї – первинне джерело електроживлення; акумуляторну батарею – додаткове джерело електроживлення; електронну плату управління підсистемою електропостачання – призначена для управління і контролю енергетичним станом акумуляторних батарей і забезпечення електроживленням різних підсистем бортового комплексу.
До складу підсистеми обробки даних входить центральний бортовий комп’ютер, який виконує наступні функції: координація роботи підсистем бортового обслуговуючого комплексу; робота з даними корисного навантаження, підсистем навігації та орієнтації.
До складу приймально-передавальної підсистеми (підсистеми радіозв’язку) входять приймально-передавальна апаратура і антенно-фідерні пристрої .
Навігаційна підсистема включає: приймач сигналів стандартної точності систем навігації ГЛОНАСС/GPS – сучасний прилад глобального позиціонування об’єктів, що надає інформацію про координати місця розташування об’єкта в просторі, середню швидкість переміщення об’єкта, високоточну тимчасову мітку в шкалі часу UTC або UTC (SU); дві антени приймача сигналів стандартної точності систем навігації ГЛОНАСС/GPS.
Підсистема орієнтації та стабілізації включає: три датчики координат Сонця, призначені для визначення координат Сонця у зв’язаній системи координат наносупутника; електромагніти, які призначені для забезпечення магнітної орієнтації наносупутника на етапах польоту; магнітометр; тривісьовий гіроскоп.
– Хто все це розробляв і виготовляв?
Підсистему обробки даних розробляли і виготовляли програмісти і електронники ТЕФ. Датчики Сонця розроблено фахівцями ТЕФ і виготовлено на ФЕЛ. Блок живлення (схема підключення фотоперетворювачів до акумуляторів та плата модуля енергозабезпечення) розробки ФЕЛ. Фотоперетворювачі виготовлено в лабораторії напівпровідникових приладів ФЕЛ. Каркас виготовив ТЕФ, фотоелементи – ФЕЛ. Модуль радіоканалу на 144 МГц (зв’язок “Земля – борт”) і 437 МГц (зв’язок “борт – Земля”) – РТФ та ІТС, антенне обладнання – РТФ. Програмне забезпечення для всіх підсистем супутника (системи орієнтації, навігації та обробки даних супутникового центрального процесора: модуля радіоканалу та енергозабезпечення) розробили фахівці ТЕФ. Теплофізики і електрофізики з кафедр атомних електростанцій та інженерної теплофізики (ТЕФ) і техніки високих напруг (ФЕА) провели тепловакуумні випробування при моделюванні умов перебування супутника на орбіті.
За тематикою, пов’язаною із супутником, виконано 15 бакалаврських і 10 магістерських робіт. Усі захистилися на відмінно. Готуються дві дисертації по системах енергозабезпечення і обробки даних.
– Як здійснюється керування супутником?
– Наземна приймальна антена на 437 МГц, яку встановлено на даху корпусу №5 (ТЕФ), забезпечує зв’язок із супутником, коли він знаходиться на відстані до 2600 км по прямій лінії, тобто приміром, коли пролітає над Берліном або Самарою. Крім антен на 144 і 437 МГц, центр керування польотом має приймально-передавальну апаратуру (трансивер ІСОМ-910Н і поворотний пристрій для антени), а також комп’ютер з програмним забезпеченням, що виконує планування прийому-передачі інформації , її дешифрування, обробку і архівацію.
Зв’язок із супутником здійснюється 4-6 разів на добу – 2-3 рази вранці, 2-3 рази вночі. На наземній станції в корпусі №5 працює оператор – випускник РТФ, аспірант кафедри телекомунікацій ІТС Назарій Бендасюк. Ведеться бортовий журнал, де фіксуються результати сеансів зв’язку, дані телеметрії та перевірки підсистем.
– Чи були якісь проблеми під час запуску?
Запуск пройшов, як кажуть, штатно, проблеми виникли згодом. Перш за все виявилось, що недостатньою для запрограмованої роботи є потужність джерел живлення. З метою економії енергії прийняли рішення передавати сигнали із супутника з інтервалом не одну хвилину, як спочатку, а дві, а згодом – 4 хвилини. Також підвищили швидкість передачі телеметрії. За рахунок цього стан енергозабезпечення супутника покращився.
Крім того, через недосконалість наземної антени спочатку був ненадійним зв’язок із супутником. Цю проблему вирішили завдяки допомозі спонсорів – Фонду ім. академіка В.С.Михалевича, який надав кошти для придбання нової антени, та Науково-виробничої фірми “Діона” (директор Є.В.Ланевський), яка виконала налагодження антени і каналу зв’язку. Зараз проблем із зв’язком “борт-Земля” немає.
– Розкажіть, як можна уявити рух нашого супутника?
– Супутник рухається по орбіті з апогеєм 712 км, перигеєм 640 км і нахилом 98 градусів. Супутник рухається із середньою швидкістю приблизно 7,6 км/с. Один оберт навколо земної кулі здійснює за 97,5 хвилини, з яких приблизно 63 хвилини перебуває на освітленій частині, а 34 хвилини – в тіні. Коли супутник освітлений, сонячні батареї живлять апаратуру і заряджають акумулятори, під час перебування в тіні апаратура живиться від акумуляторів.
Оскільки земна куля обертається, видимий шлях супутника на небесній сфері для певного географічного пункту після кожного оберту зміщується на захід приблизно на 23 градуси. Траєкторія супутника дуже рідко (приблизно раз на шість тижнів) проходить прямо над КПІ (тобто, в діапазоні 82-98 градусів відносно горизонту). Частіше його траєкторія зміщена на схід або захід. За добу супутник робить майже 15 обертів навколо Землі. Зв’язок з ним ми можемо встановити лише 4-6 разів на добу – у більшості випадків він проходить над північною півкулею Землі поза зоною видимості для нас. Але кожної доби ми отримуємо від радіоаматорів з усього світу дані телеметрії і про місцезнаходження супутника.
У нас є програмне забезпечення, яке дозволяє за даними після запуску супутника розрахувати його траєкторію на багато часу вперед. Так що відомо, де в кожний момент часу знаходиться супутник і, з урахуванням обертання Землі, коли він буде для нас видимий.
До речі, Ужгородська обсерваторія обіцяла провести спостереження за супутником у телескоп – після того як надамо координати і час його прольоту над Ужгородом. Отже, можна буде візуально зафіксувати супутник на орбіті.
– Які проблеми зараз вирішує центр керування польотом?
– Як це завжди буває, супутник після запуску почав обертатися з кутовою швидкістю 100-110 градусів за секунду (один оберт приблизно за 3 секунди). Це обертання необхідно зупинити. Для цього на супутнику було встановлено електромагніти, які вмикаються за певною програмою, взаємодіють з магнітним полем Землі і гальмують обертання. На сьогодні це першочергове завдання. Адже доки супутник обертається навколо своєї осі, не можна включати систему навігації, робота якої запланована згідно з програмою польоту. Зараз багато енергії витрачається на гасіння обертання, але завдяки заходам з економії енергії, про які я говорив раніше, маємо позитивний баланс заряду акумуляторних батарей (не нижче 40%).
– Як довго функціонуватиме супутник?
– Гарантійний термін експлуатації – 1 рік. Можна очікувати 1 рік 4 місяці. Термін експлуатації обумовлюється тривалістю роботи електронного обладнання та акумуляторів, на які негативно впливає космічна радіація. А взагалі на такій орбіті супутник може знаходитися приблизно 6-7 років – доки через гальмування не увійде в щільні шари атмосфери і не згорить.
Тим часом ми розпочинаємо роботу над новим, більшим і більш досконалим наносупутником у рамках проекту QB50.