El Centro de Control de Misión de MSTU es un elemento importante de la educación espacial. Con su ayuda, es posible realizar toda la gama de tareas de control del vuelo de la nave espacial, realizar experimentos científicos y tecnológicos y analizar rápidamente la información del servicio y los datos científicos. MCC-B está equipado con instalaciones para procesar información telemétrica, almacenarla y proporcionarla a los consumidores.
MCC-B se estableció en el marco del proyecto científico y educativo para la creación de las pequeñas naves espaciales "Baumanets" y "Baumanets-2". Actualmente, el centro se utiliza para trabajar con la constelación orbital de nanosatélites "Yarilo No. 1" y "Yarilo No. 2", desarrollado por estudiantes, estudiantes graduados y jóvenes especialistas de la Universidad Técnica Estatal de Moscú. Bauman. El 28 de septiembre de 2020, los nanosatélites Yarilo se lanzaron a la órbita de la Tierra desde el cosmódromo de Plesetsk.
Diseño de satélite
Yarilo es un grupo de 2 nanosatélites "Yarilo No. 1" y "Yarilo No. 2" para el estudio del Sol y las conexiones solar-terrestre. Una característica de la misión es la presencia de un diseño experimental desplegable del tipo "vela solar" en los vehículos, con la ayuda del cual se planea construir una constelación y una desorbitación pasiva. Este proyecto se distingue por un componente educativo significativo: todo el trabajo de diseño, desarrollo de dispositivos y sus sistemas de servicio, fabricación, desarrollo experimental, integración de la carga útil, preparación para el lanzamiento, gestión y organización del trabajo fue realizado por estudiantes, estudiantes graduados y jóvenes especialistas: el equipo del Centro Espacial Universitario Juvenil ... El conocimiento acumulado, la documentación, la experiencia, la parte material se utilizan para enriquecer los programas educativos.
Disposición interna de la nave espacial Yarilo
La carga útil del primer aparato es un espectrofotómetro para registrar la actividad solar (desarrollado por el PN Lebedev Physical Institute, RAS).
El detector permite la monitorización en el rango de rayos X suaves de 0,5-15 keV, incluida la observación de microflares, así como realizar diagnósticos espectrales de plasma en los objetos en estudio. Se cree que vivimos en la atmósfera del Sol, y las corrientes de viento solar (plasma solar expulsado del Sol) afectan fuertemente a la Tierra. La frecuencia y la intensidad de las erupciones solares dependen del ciclo de actividad solar de 11 años. Ahora el Sol ha dejado el mínimo de actividad y empieza a acelerarse. En los momentos en que el Sol está activo, se producen llamaradas en él, que el aparato estudiará. Durante las erupciones, una masa de plasma se expulsa al espacio a lo largo del radio del sol, y si la Tierra, moviéndose en órbita, entra en esta eyección, tenemos tormentas geomagnéticas.
El plasma en el campo magnético de la Tierra es "pateado" y girado a lo largo de las líneas magnéticas y, como resultado, ingresa a los polos magnéticos de la Tierra. En este punto, pueden ocurrir fallas en las comunicaciones y en la red eléctrica o, por ejemplo, los pilotos que vuelan sobre el Polo Norte recibirán una dosis de radiación. Predecir tales brotes es un gran desafío para los científicos. En 8 minutos, los cuantos de rayos X expulsados llegan a la Tierra a la velocidad de la luz para que puedan ser registrados por un dispositivo especial en órbita. El trazient en sí (eyección de plasma) llega a la Tierra en uno o dos días, vuela mucho más lento (a una velocidad de aproximadamente 1000 km / s), lo que le permite tomar las medidas necesarias con anticipación.
La carga útil del segundo aparato es un detector de radiación gamma y partículas cargadas (DeKoR es un desarrollo del Instituto de Investigación de Física Nuclear D.V. Skobeltsyn, Universidad Estatal de Moscú Lomonosov). Las tareas del dispositivo son estudiar las variaciones rápidas en los flujos de electrones en el espacio entre los cinturones de radiación, así como estudiar la dinámica de los flujos de partículas y la radiación gamma en órbitas bajas, dependiendo de las condiciones geomagnéticas en el rango de 0,1-2 MeV. . Te permite estudiar la radiación cósmica, que afecta negativamente al organismo de los seres vivos y a la tecnología, y crea barreras a las misiones espaciales distantes.
Disposición externa de los vehículos
Parus-MGTU
Además de la carga útil para la investigación del clima espacial, los satélites están equipados con una vela solar de tipo rotatorio de dos palas, cuyo diseño se está probando a bordo de la ISS "Parus-MSTU". Se sabe que la luz solar puede empujar y acelerar objetos en el espacio exterior, lo que se demuestra claramente en un modelo simplificado presentado en el MCC.
Por lo tanto, los estudiantes diseñaron una vela solar, un dispositivo de propulsión que opera por efecto de la presión de la radiación electromagnética solar. Te permite realizar vuelos interorbitales e incluso interplanetarios sin gastar un fluido de trabajo (combustible).
La vela solar, desarrollada en el proyecto, es una estructura de película delgada sin marco, cuya rigidez se asegura girando la vela alrededor del eje de simetría. Se ha propuesto el concepto de vela solar rotativa de dos palas, que tiene una serie de ventajas sobre otros tipos de velas solares: simplicidad, capacidad de plegar la vela, etc.
Un modelo de satélite con una vela solar de dos palas
¿Dónde los satélites vuelan y en qué consisten los
dispositivos Yarilo se encuentran en una órbita terrestre baja km con una inclinación de 97,6 grados. La vida útil estimada de la pequeña nave espacial es de 1 año, es decir, aproximadamente 1500 vueltas alrededor de la Tierra.
Cargando el dispositivo en el contenedor de lanzamiento
Para que los vehículos determinen correctamente su ubicación y naveguen en el espacio a bordo, funcionan dos unidades únicas de sensores a bordo, que incluyen magnetómetros, acelerómetros y un sensor solar de su propio conjunto basado en el fotodiodo de cuatro puntos FD-20K. Además, hay un receptor GLONASS en el panel exterior del dispositivo, que permite determinar las coordenadas y la velocidad de la nave espacial con gran precisión. También en cada uno de los bordes exteriores hay sensores de luz, que también se pueden usar para determinar la orientación, pero con menor precisión.
Otro problema técnico importante es la orientación del aparato con un espectrofotómetro al Sol. Para su implementación, se instala una pirámide de cuatro motores de volante a bordo del aparato, lo que permite construir una orientación de tres ejes, y bobinas magnéticas ubicadas en cada una de las caras del aparato, lo que les permite formar un campo magnético de varias configuraciones. . El sistema de orientación magnética es uniaxial, construido sobre el principio de crear un momento mecánico de control debido a la interacción del campo magnético creado por la bobina y el campo magnético de la Tierra. Los algoritmos de control forman una secuencia de encendido y apagado de las bobinas magnéticas. Además de la orientación al Sol, los controles permiten girar el aparato alrededor de su eje (es necesario para que las cintas de las "Velas" se estiren durante el despliegue) y extinguir las grandes velocidades angulares del aparato,por ejemplo, si el dispositivo gira y sale volando del contenedor de lanzamiento (modo - amortiguación). El funcionamiento del sistema de orientación se practicó colgando el aparato de una cuerda.
Todas estas tareas requieren una gran cantidad de energía. Hay dos baterías de almacenamiento a bordo de la pequeña nave espacial, que se recargan regularmente mediante fotocélulas solares ubicadas en los bordes exteriores. Esto sucede cuando la nave espacial está en el lado iluminado de la órbita. Por cierto, los chicos también desarrollaron la tecnología para su instalación. La electricidad se suministra a los sistemas de consumo a través de rieles de alimentación de 3,3 y 5 V.
Los "cerebros" del aparato están ubicados en la computadora central de a bordo, que controla todos los dispositivos de los subsistemas del aparato de acuerdo con la secuencia de vuelo. La computadora de a bordo es resistente a una falla irreversible arbitraria, por lo tanto, para el dispositivo, se eligió un esquema con redundancia descargada de dos semi-juegos de calculadoras idénticas. Las calculadoras se basan en microcontroladores STM32F205 fabricados por STMicroelectronics.
Diagrama funcional simplificado de los dispositivos
Una de las preguntas más habituales que hace el equipo de desarrollo: ¿tienes cámaras para obtener bellas imágenes de la Tierra? Hay cámaras a bordo del satélite, hasta dos, pero son necesarias para capturar el proceso de despliegue de la vela solar.
Desarrollo de algoritmos para el funcionamiento de motores de volante
Además, si miras de cerca la fotografía del dispositivo, notarás que es de dos colores. En la parte iluminada de la órbita, la nave mira al sol con el lado blanco, que refleja la luz, y el lado negro emite calor intensamente, por lo que el satélite no se sobrecalienta. En la parte de sombra de la órbita, donde es necesario aumentar la temperatura del aparato, el lado oscuro absorbe más energía y el blanco emite menos calor. Además, para algunos dispositivos que emiten mucho calor, especialistas del Instituto Skolkovo e ILMiT, mediante impresión 3D, fabricaron carcasas termostáticas con tubos de calor integrados a partir de una aleación de polvo de aluminio altamente conductivo. Y algunas de las partes del casco de la pequeña nave espacial, como la tapa de la batería y el casco del módulo de vela, se fabrican mediante sinterización selectiva por láser.
Casco del módulo de navegación
Transporte y pruebas
Los satélites se transportan al cosmódromo en estuches especiales de espuma a prueba de golpes. Sin embargo, antes de que los dispositivos se sometan a un ciclo completo de pruebas de vacío mecánicas y térmicas. Están sujetos a estrictos requisitos de resistencia a vibraciones, golpes y cargas cuasiestáticas durante su preparación y lanzamiento como parte de un vehículo de lanzamiento o etapa superior como cargas útiles asociadas. Se cargan hasta 10 g.
Test de vibración
La temperatura del vehículo en vuelo puede fluctuar dentro del rango de un profundo "más" a un profundo "menos" debido a un cambio brusco en los regímenes térmicos durante la transición de la parte iluminada a la sombra de la órbita y viceversa. El rango de temperatura asumido para los tableros internos fue de -30 a +60 ° , para paneles externos - de -70 a +80 ° .
Ensayos de vacío térmico
Funcionamiento en órbita
Mientras el satélite está volando, toda la telemetría y la información útil que recibe se almacena en su memoria (FRAM). Desde allí, la información llega a la Tierra gracias a las antenas transmisoras y receptoras del dispositivo (en Yarilo se utilizan dos antenas espirales de la gama VHF) y antenas terrestres, que se encuentran justo en la azotea del edificio Special Machine Building. Cuando un satélite sobrevuela Moscú en la zona de visibilidad de radio, la antena recibe una señal de él. La comunicación con el satélite se puede mantener durante cinco minutos si la trayectoria del satélite pasa exactamente sobre Moscú, o durante aproximadamente un minuto si la zona sólo "toca" la ciudad.
Patrón de radiación de la antena en vehículos Yarilo
Toda la información necesaria del objetivo recopilada de los sensores se transmite desde el satélite a la Tierra durante este período de tiempo: posición y orientación, velocidades angulares, temperatura, estado de las baterías de almacenamiento y baterías solares. Los comandos se transmiten desde la Tierra al satélite, los cuales deben ser realizados por el satélite: girar, emitir cierta información telemétrica, abrir la vela, etc.
En este proyecto el MSTU es el ejecutor y recibe la información necesaria de sus propios satélites Yarilo-1 y Yarilo-2 ... Y ya los procesos posteriores de estudio y análisis de datos tienen lugar en otros laboratorios y centros especializados de la Universidad Estatal de Moscú y FIAN, así como en Roshydromet.
Además, los satélites son una base experimental para el desarrollo de nuevas tecnologías: tecnología de velas solares, sistemas de servicios individuales y, en general, para probar nuestra propia plataforma de nanosatélites.
Además del trabajo asociado con el MCC, el Youth Space Center tiene muchos otros proyectos interesantes. Entre ellos se encuentran un pequeño vehículo de descenso para la entrega rápida de muestras biológicas de la ISS, un proyecto para un cohete "pequeño" que podría lanzar pequeñas cantidades de carga útil, trabajar con escolares y participar en varios programas de intercambio internacional. En nuevos artículos, te contaremos otros proyectos del Centro para acercar el espacio exterior a ti.