Trio statków kosmicznych Hera będzie latać bezpiecznie dzięki łączności radiowej
Misja Hera firmy ESA na rzecz obrony planetarnej obejmuje nie tylko jeden statek kosmiczny, ale trzy: dwa CubeSaty wielkości pudełka na buty będą latać w odległości do kilkudziesięciu kilometrów od swojego statku-matki wokół binarnego układu asteroid Didymos. Utrzymanie tego trio w komunikacji w celu spełnienia własnych potrzeb misji, przy jednoczesnym zapewnieniu ich bezpiecznej separacji, jest zadaniem nowatorskiej technologii radiowego łącza międzysatelitarnego, wyprodukowanej przez portugalską firmę najbardziej znaną z naziemnych systemów dronów.
"Istnieje wiele systemów komunikacji radiowej między statkami kosmicznymi a ziemią, ale tak naprawdę nie między samymi statkami kosmicznymi - było to coś w rodzaju luki na rynku", wyjaśnia Pedro Rodrigues z firmy Tekever, której siedziba znajduje się w Lizbonie.
Założona przez studentów informatyki i inżynierii elektronicznej w 2001 roku, firma Tekever początkowo koncentrowała się na opracowywaniu oprogramowania do uruchamiania na wielu platformach sieciowych, a następnie rozszerzyła swoją działalność na rynki lotnicze i obronne.
Dziś firma stała się jednym z wiodących europejskich dostawców UAV typu "nadzór jako usługa".
Pedro Rodrigues dodaje: "Już około 2009 roku mieliśmy sprzęt radiowy definiowany programowo, używany w naziemnych radiach taktycznych. Pozwalało to platformom komunikować się, jednocześnie wymieniając informacje o zasięgu, dzięki czemu stale wiedziały, gdzie się znajdują względem siebie. Mogliśmy dostrzec jego szerszy potencjał, wprowadzając w tym czasie nasz dział kosmiczny."
"Jego użyteczność dla misji ESA Proba-3 była oczywista, która obejmuje dwa satelity lecące w bliskiej formacji, aby ustawić się w jednej linii ze Słońcem i stworzyć sztuczne zaćmienie Słońca między nimi. Nasza technologia łączy międzysatelitarnych zapewnia zgrubne pomiary jednowymiarowe między parą, które w razie potrzeby można uzupełnić dokładniejszymi metodami pozycjonowania, w tym kamerami i metrologią laserową."
Łącza międzysatelitarne firmy (ISL) stały się integralną częścią misji Proba-3, która ma zostać uruchomiona w listopadzie tego roku. W międzyczasie pojawiła się misja Hera, która zrodziła pytanie: skoro ISL działały tak dobrze dla dwóch statków kosmicznych, to czy można je wykorzystać dla trzech?
Inżynier systemowy Paolo Concari, pracujący w centrum technicznym ESTEC ESA, pracował nad dostosowaniem technologii ISL zarówno dla Proba-3, jak i Hera: "W przypadku Proba-3 chodziło przede wszystkim o uproszczenie projektu elektrycznego, a następnie zakwalifikowanie komponentów używanych w trudnych warunkach kosmicznych, co wymagało wielu testów radiacyjnych."
Pedro Rodrigues zauważa: "Nasz projekt rozpoczął się od wielu komercyjnych komponentów z półki, a nie istniejących produktów z kwalifikacją kosmiczną, z tego prostego powodu, że są one bardziej zaawansowane i wydajne. Przeszliśmy przez długi proces przesiewowy, w którym testowaliśmy kandydujące części pod kątem podatności na skutki promieniowania.
"Zajęło to dużo czasu, ponieważ musieliśmy kilkakrotnie wracać do fazy projektowania, aby wymienić nieodpowiednie komponenty, ale ten wysiłek był naprawdę niezbędny, ponieważ system nie mógłby działać zgodnie z tym samym standardem, gdyby opierał się wyłącznie na częściach zakwalifikowanych do przestrzeni kosmicznej"."
Korzyść z ponownego użycia na pokładzie Hera polegała na tym, że ciężka praca związana z kwalifikacją projektu ISL dla przestrzeni kosmicznej została już zakończona, ponieważ ISL Hera są identyczne z ich poprzednikami Proba-3 pod względem sprzętowym. Jedyną różnicą jest to, że działa na nich przepisany algorytm oprogramowania - taka łatwa rekonfigurowalność jest jedną z głównych zalet systemów radiowych definiowanych programowo.
Pedro Rodrigues wyjaśnia: "ISL Hery dostarczają informacji o zasięgu w taki sam sposób, jak robią to ISL Proba-3, ale także o szybkości zasięgu - co oznacza pokazywanie statkom kosmicznym szybkości, z jaką oddalają się lub zbliżają do siebie. A ponieważ mamy do czynienia z trzema platformami zamiast dwóch, musieliśmy wdrożyć filozofię sieciową w systemie - zasadniczo trzy statki kosmiczne dzielą się informacjami sieciowymi, a następnie decydują, czy muszą działać na ich podstawie, czy je odrzucić."
System pozyskuje również pomiary o wysokiej częstotliwości, aby oszacować niewielkie przesunięcia Dopplera wywołane przyciąganiem grawitacyjnym obu asteroid. Te wielopunktowe dane zostaną wykorzystane do obliczenia ich masy, umożliwiając określenie gęstości składu asteroidy znacznie dokładniej niż Hera mogłaby to osiągnąć samodzielnie.
Kolejną różnicą w stosunku do Proba-3 jest to, że trio Hera będzie działać znacznie dalej w przestrzeni kosmicznej - w odległości do 30 km, a nie około 150 m.
"Doprowadziło to do jednej drobnej modyfikacji sprzętu, która polega na nieco większej mocy wzmacniacza" - dodaje Paolo Concari. "Główna różnica tkwi jednak w oprogramowaniu. Jeśli statki kosmiczne rozmawiają w dużej odległości, system spowalnia szybkość transmisji, co daje statkowi kosmicznemu więcej czasu na odebranie wszystkich elementów wiadomości, zwiększając stosunek sygnału do szumu, a tym samym prawdopodobieństwo prawidłowego odbioru."
Ponieważ technologia ISL firmy Tekever była pierwotnie przeznaczona na rynek małych satelitów, zamontowanie jej na CubeSatach Hera okazało się stosunkowo proste, ponieważ mają one ten sam standard płyty PC/104.
Linie ISL zostały niedawno przetestowane razem z główną anteną Hera o wysokim wzmocnieniu, umożliwiając kontrolerom misji w Europejskim Centrum Operacji Kosmicznych ESA obsługę CubeSatów za pośrednictwem tych łączy. Teraz, gdy ta kampania testowa okazała się sukcesem, następnym razem ISL będą obsługiwane, gdy CubeSaty zostaną rozmieszczone wokół asteroid na początku 2027 r.
W międzyczasie technologia ISL jest dostarczana do Comet Interceptor ESA, który podobnie rozmieści dwie sondy z głównego statku kosmicznego - w tym jedną dostarczoną przez Japońską Agencję Badań Kosmicznych, JAXA.
Pedro Rodriques podsumowuje: "Umożliwienie wielu statkom kosmicznym rozmawiania ze sobą w ten sposób naprawdę zmienia zasady gry, w szczególności w przypadku misji naukowych, więc Tekever prowadzi obecnie rozmowy z różnymi agencjami kosmicznymi, a także bada możliwości rynku komercyjnego."
Ta strona już Ci się spodobała, możesz ją polubić tylko raz!
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
