Блог

  Блог

Спутник дистанционного зондирования Земли SkySat

28 января 17:27

Александр Хромов, разработчик космической техники, начальник отдела в АО "Корпорация ВНИИЭМ" подготовил в своем блоге интереснейший обзор космического аппарата SkySat от американской компании SkyBox (Terra Bella). Рекомендуем его к ознакомлению всем, кто интересуется развитием современной космической техники, частной космонавтики и дистанционного зондирования Земли.

_____________________________________

У нас жизнь в семь раз быстрее, чем на асфальте.
А. Покровский


SkySat-1 в чистой комнате

Пост про космическую систему дистанционного зондирования Земли американского стартапа Terra Bella (ранее Skybox Imaging) зреет с середины 2014 года, когда откликом на запуск и первые снимки КА SkySat-1 стало «подключение к тематике» отечественных предприятий, в частности АО «ИСС» выступило с инициативным проектом ИСС-55. Понятно, что после декабря 2014 г. (ввиду объема импортных комплектующих, приобретаемых за валюту) стало не до инициатив, но мысль, что парни из Калифорнии занимаются стоящим делом возникла у меня сразу и уверенно.
 
Потом при подготовке на Байконуре «Метеора-М» № 2 удалось близко увидеть как SkySat-2 ставили на разгонный блок. Все, помню, раздумывал, возможны ли у нас такие стартапы (а «СПУТНИКС» с «Даурией» как раз проводили летные испытания своих первенцев). И еще была мысль, что «все гениальное просто» - закоокеанская матчасть выглядела очень лаконично.
 
Первые два SkySat'a были экспериментальными аппаратами. Но после начала развертывания в 2016-м году штатной системы откладывать пост стало уже неприлично. Попробую изложить то, что прочитано и обдумано.

Terra Bella и космическая система

Околоземные спутники
Развернутая группировка. Хорошо видны четыре орбитальных плоскости

Целью любого коммерческого предприятия, к коим относится и Terra Bella, является получение прибыли. В данном случае прибыль должна приносить продажа геопространственной информации, синтезированной из космических снимков высокого разрешения. Для получения последних создается космическая система из 24 малых космических аппаратов SkySat. Система должна обеспечивать оптическую съемку заданного объекта несколько раз в течение одного дня, для чего КА выводятся в четыре орбитальных плоскости по 6 аппаратов. Пространственное разрешение полученных снимков — 0,9 м на пиксель. Снимки с таким разрешением позволяют различать, например, транспортные средства, будь то парковка перед магазином IKEA-Химки (колонна бензовозов в Сирии), причал с яхтами в Черногории (или подводными лодками на Камчатке), самолеты у телетрапов в Шереметьево (на палубе ТАКР «Адмирал Кузнецов»). В общем, получается настолько универсальный инструмент, что от коммерческого успеха предприятия можно уже и отвлечься, как это случилось с космической системой «Иридиум».
 
В построении орбитальной группировки пока остается неясным один вопрос: как будут разнесены плоскости по долготе (или местному времени, что одно и то же) нисходящего узла, LTDN. Для съемки в оптическом диапазоне местное время должно приходиться на период от рассвета до заката над районом интереса. Пока запуски штатных КА производились в плоскости с LTDN = 9:30 и 10:23.
 
Стартап Skybox Imaging, 2009 г.р., прошел канонический путь успешного предприятия с венчурным финансированием. Первые два космических аппарата были созданы «по гаражной технологии» (например, в [1] описана покупка станков для изготовления КА у разорившегося автомобильного завода), в минимально необходимой комплектации (в частности, без двигательной установки). После получения информации с заданными характеристиками в 2014 году, стартап окончательно пришел к успеху — его купил Google за $ 500 млн. Штатные космические аппараты в количестве 19 шт. (две партии, 13 и 6 изделий) были заказаны у Space Systems/Loral (крупный производитель геостационарных спутников связи, которых к 2015 году запустил более 80 шт.), и это качественно опровергает тезис «малыми спутниками должны заниматься малые предприятия». Штатный спутник получил корректирующую двигательную установку и модернизированные исполнительные органы системы ориентации, оттого чуть прибавил в размерах и массе, но безусловно создан на базе технических решений экспериментальных аппаратов.

Сейчас мы наблюдаем развертывание штатной системы, которое продлится до 2018 г. (запуск 19 штатных КА). Одновременно ведется разработка спутника нового поколения SkySat-D.

Запуски космических аппаратов

Экспериментальные КА
SkySat-1 (39418, 2013-066C) – РН «Днепр» - Домбаровский, Россия — ПУ№1/2 — 21.11.2013 г. - 10:10:17 ДМВ — солнечно-синхронная орбита высотой 580 км
SkySat-2 (40072, 2014-037D) – РН «Союз-2.1Б»+РБ «Фрегат-М» -Байконур, Казахстан — ПУ№6 пл. 31 — 08.07.2014 г. - 18:58:28,065 ДМВ - солнечно-синхронная орбита высотой 640 км
Штатные КА (запущенные)
SkySat-С1 (41601, 2016-040С) – РН PSLV-C34 (XL) — Шрихарикота, Индия — 22.06.2016 г. - 03:56:00 UTC - солнечно-синхронная орбита, h= 510 км, LTDN = 9:30
SkySat-С2 (41773, 2016-058D);
SkySat-С3 (41774, 2016-058E);
SkySat-С4 (41771, 2016-058B);
SkySat-С5 (41772, 2016-058C) – РН Vega (VV07) — Куру, Французская Гвиана — 16.09.2016 г. - 01:43:00 UTC - солнечно-синхронная орбита, h= 500 км, LTDN = 10:23
Штатные КА (план)
SkySat-С6...SkySat-С11 — РН Minotaur-C-3210 (фирма Orbital ATK) - Ванденберг SLC-576E, США – начало 2017 г.
SkySat-С12, SkySat-С13 — РН LauncherOne - вторая половина 2017 г.

Космический аппарат

Спутники SkyBox
Опытный и штатный спутники

Тактико-технические характеристики штатных КА

Разрешение при съемке в надир: до 0,9 м в панхроматическом диапазоне и 2 м в спектральных каналах. При постобработке возможно получение разрешения до 0,7 м в панхроме.
Заказчик: Terra Bella (до 8 марта 2016 г. - Skybox Imaging), Монтейн Вью, Кремниевая долина, Калифорния, США. Блог компании
Исполнитель: Space Systems/Loral, Пало Альто, Калифорния, США.
Орбита: солнечно-синхронная, высотой 500 км. Планируется построение системы из четырех плоскостей по 6 КА в каждой (всего 24 КА).
Выведение: предусмотрено использование разнообразных ракет-носителей. КА были запущены на РН «Днепр», «Союз-2.1Б» (Россия), PSLV C-34 (Индия), Vega (ЕКА), планируются запуски на РН Minotaur-C-3210 и LauncherOne.
Масса: 110 кг. Габариты (в полете): 0,6 х 0,6 х 0,95 м.
Срок активного существования: не менее 4 лет.
Страница проекта на сайте eoportal.org

Полезная нагрузка


Спутник SkyBox
SkySat-1 за работой. На земной поверхности показана схема расположения матриц

Съемочная аппаратура создана самим стартапом Skybox и предназначена для получения изображений в панхроматическом диапазоне спектра (450-900 нм, разрешение 90 см при съемке в надир), а также в четырех спектральных каналах с разрешением 2 м: B (450-515 нм), G (515-595 нм), R (605-615 нм) и NIR (740-900 нм). Данные поставляются в формате GeoTIFF (16 бит).
 
Кроме того, съемочная аппаратура обеспечивает съемку видео (30 кадров в секунду) с разрешением 1,1 м в панхроматическом диапазоне спектра. Продолжительность ролика — до 90 секунд, размер кадра на местности — 2 х 1,1 км. Формат предоставления видео — MPEG-4 (H.264).
 
Съемка производится с отклонением оптической оси телескопа от надира на угол до 20&#176.
Масса полезной нагрузки SkySat составляет 23 кг.

Телескоп Ричи-Кретьена
Оптическая схема Ричи-Кретьена [Википедия]

Телескоп выполнен по оптической схеме Ричи-Кретьена (относится к классу телескопов Кассагрена, не имеет сферических аберраций и комы), он имеет диаметр апертуры 35 см и фокусное расстояние 3,6 м. Гиперболические зеркала телескопа изготовлены из карбида кремния фирмой L-3 Integrated Optical Systems. Ширина полосы захвата - 8 км.

Детекторы спутников SkyBox
Сборка фокальной плоскости

Оптико-электронное преобразование выполняется тремя установленными в фокальной плоскости телескопа КМОП-матрицами CIS2521F размером 2560х2160 пикселей фирмы Fairchild Imaging. Размер пикселя составляет 6,5 мкм. Матрицы расположены в шахматном порядке (с небольшим перекрытием), верхняя половина каждой матрицы используется для съемки в панхроматическом диапазоне, нижняя — для мультиспектральной съемки. Осуществляется многократная перекрывающаяся съемка целей (технология Pushframe, временная задержка с накоплением) на высокоскоростные матрицы с последующей обработкой на Земле.
Радиометрическое разрешение — 11 бит.

Техническая съемка спутниками SkyBox
Синтез изображения из данных с матриц на примере летящего самолета. 18 серых изображений самолета позволяют оценить, сколько кадров «сырых» данных было использовано для синтеза

Обработка изображения на борту производится по алгоритму JPEG2000, дальнейшая обработка производится на Земле. В частности, для географической привязки изображений используются векторные карты OpenStreetMaps и цифровая модель рельефа SRTM, точность привязки без реперных точек составляет где-то 100 м, но при обработке увеличивается примерно на порядок.
Режимы съемки:
 
- «съемка точечных объектов» - работа по 5 объектам на протяжении 1000 км с отклонением оси телескопа до 20&#176. Размер каждого снимка — 7х8 км;
- «съемка линейных объектов» - производится съемка полосы произвольной формы длиной до 575 км;
- «съемка площадных объектов» - съемка области размером 30х30 км.
Запоминающее устройство имеет емкость 768 Гбит.
 
Радиолиния передачи целевой информации работает в Х-диапазоне со скоростью до 480 Мбит/с. Параболическая зеркальная антенна с высоким коэффициентом усиления установлена на обратной стороне откидывающейся крышки телескопа. Используется манипуляция 8-PSK.
 
Возможна работа на наземные станции с приемными антеннами диаметром 1,5 м, но параболическая антенна наземной станции SkyNode, которую создал разработчик космической системы, имеет диаметр 2,4 м.

Наземная станция приема инвормации спутников SkyBox
Антенна станции SkyNode диаметром 2,4 м



Несколько картинок про калибровку изображений [11]
Верь себе и природе!
О. Куваев


Калибровка съемки спутников SkySat при помощи спутника Pleiades
Для калибровки съемочной аппаратуры использовали участок пустыни в Сомали размерами 10х10 км, который сняли Pleiades-1A и SkySat-1

Калибровка съемки спутников SkySat при помощи спутника Pleiades
Кадр, снятый Pleiades, с наложением изображений, полученных с трех матриц SkySat'a. Геопространственная коррекция изображений каждой матрицы проводится по сетке размером 17 х 17 точек.

Калибровка сенсоров спутника по снимкам полярных облаков
Для калибровки сигналов отдельных фотоприемников использовали 1100 равномерно-белых снимков облаков в полярных регионах

Калибровка частотно-контрастной характеристики
Обновленную миру в центре Стенниса будут использовать для измерений частотно-контрастной характеристики


Космическая платформа

Спутник SkyBox
SkySat-1. Ниже пойдет речь о наведении оси телескопа / параболической антенны на цели

Система ориентации
 
Как нетрудно догадаться, смысл существования космической платформы заключается в обеспечении работы съемочной аппаратуры. Ключевую роль при этом играет возможность наведения телескопа на объект съемки. Возможность перенацеливать его оптическую ось с объекта на объект определяет производительность космического аппарата, и — как прямое следствие — прибыль Terra Bella.
 
Коллеги из SkyBox (тогда стартап назывался так) определили: чтобы сделать из аппарата «машину для печатания денег», а не «управляемый космический мусор», необходимо обеспечить скорость перенацеливания — 3&#176/с и угловое ускорение — 1,5&#176/с2 [5]. Высокие динамические характеристики — как раз одна из причин «моноблочной» конструкции КА, у которого открывается только один элемент (крышка телескопа).


Зависимости угла поворота и угловой скорости КА от времени

На обеспечение маневров разработчики были готовы потратить до четверти всей мощности, которую вырабатывают солнечные батареи спутника. Именно тут перед ними встал традиционный вопрос про исполнительные органы системы ориентации - двигатели-маховики или силовые гироскопы? На эту тему была выполнена исследовательская работа, результат показал, что не смотря на выдающиеся моментные характеристики гиродинов для спутников с малыми моментами инерции предпочтительнее двигатели-маховики, естественно установленные по схеме «пирамида».


Область применимости двигателей-маховиков (Reaction Wheel). По оси абсцисс показан угол программных поворотов при перенацеливании, по оси ординат — момент инерции КА

Для обеспечения точности наведения оптической оси телескопа на цель в &#177 0,1&#176 и географической привязки полученных изображений измерение углового положения малого КА относительно астроориентиров производилось с помощью пары звездных датчиков ST-16 фирмы Sinclair Interplanetary [8]. Прибор массой всего 90 г. и 59х56х32 мм обеспечивал точность измерения порядка 10''. Поле зрения датчика представляет собой конус с полууглом 7,5&#176 при вершине, в звездном каталоге прописаны 3746 светил, время выдержки в 100 мс обеспечивает теоретическую частоту опроса до 10 Гц. На КА SkySat-1 звездный датчик проходил летные испытания, и они не отличались тривиальностью. Если у читателей появится желание почитать про то, как ST-16 в режиме do-or-die (цитата из [8]) учили жить и работать в космосе, прошу отписаться в комментариях — подумаю над отдельным постом.

Звездный датчик ST-16
Звездный датчик ST-16

И чисто для полноты изложения — разгрузка (сброс накопленного кинетического момента) двигателей-маховиков производится с помощью электромагнитов TQ-15 [10].

Система электропитания

Солнечные батареи - расположены на корпусе космического аппарата и единственной откидной панели. Посмотрев на фотографии SkySat'ов, можно легко удостовериться, что батареи покрывают практически всю поверхность спутника (исключением является где-то половина панели со звездными датчиками, что логично, ибо засветка последних солнечным светом весьма не приветствуется). Фотоэлектрические преобразователи — арсенид-галлиевые, что легко видно по характерной форме фотоэлемента, с двумя срезанными уголками. К слову, такая форма обусловлена оптимальным использованием площади германиевых пластин, диаметром 100 мм, на которые методом газофазной эпитаксии производится нанесение всех трех генерирующих pn-переходов и еще пары десятков слоев сложной химии. Кто-то из классиков полупроводниковой техники (не Ж. Алферов ли?) говорил, что фотоэлемент — самое сложное полупроводниковое устройство. Да, еще забавный момент — существует конструкция фотоэлементов, где в неиспользуемом уголке притаился внешний (приваренный к фотоэлементу, а не вытравленный интегрированный) шунтирующий диод, имеющий характерную зеркальную окраску (для обеспечения теплового режима)...
 
Но к делу. Если присмотреться к изображениям спутников SkySat-1 и SkySat-2, можно увидеть, что фотоэлементы объединены в группы из 3 параллельно соединенных цепочек по 12 последовательно спаянных фотопреобразователей. Напрашивается предположение, что именно так преобразователи соединяются в генераторы, каждый из которых имеет выходное напряжение 32 В (холостой ход) и 28 В (в точке максимальной мощности). Ток трех параллельно соединенных цепочек составляет примерно 1,5 А, мощность генератора — 42 Вт. Параметры фотопреобразователя взяты из data-sheet на солнечный элемент 28,3% UTJ фирмы Spectrolab (подразделение Boeing), США.
 
Практически вся доступная поверхность спутника покрыта фотоэлементами — это тоже следствие высоких динамических характеристик изделия: куда бы ни был направлен телескоп (или параболическая антенна) — аппарат обязательно повернется к Солнцу панелью с фотопреобразователями и получит Ватты энергии, необходимой и маховикам, и радиолинии, и двигательной установке.
 
Аккумуляторные батареи - про них не известно никаких подробностей, но можно уверенно предположить использование литий-ионных аккумуляторных батарей.
 
Аппаратура регулирования и контроля. Известна только средневитковая мощность системы электропитания космических аппаратов первого поколения — 120 Вт. С учетом увеличения габаритов штатных аппаратов (и соответственно, ростом площади солнечных батарей) можно предположить увеличение мощности где-то на четверть.
 
Дальше приходится углубляться в область предположений. Заманчиво считать, что раз выходное напряжение генератора солнечной батареи составляет 28 В, то и напряжение на выходных шинах системы электропитания составляет те же 28 В, являющихся де-факто стандартом для малых спутников.

Командная радиолиния

Командная радиолиния работает в традиционном S-диапазоне. Скорость передачи информации — 16 Кбит/с, спутник оборудован микрополосковыми антеннами, поэтому в транспортном положении практически не имеет выступающих частей. Антенны установлены у углах верхней и нижней панелей, чтобы не затенять антенны до раскрытия крышки телескопа последняя имеет характерные вырезы по углам.
 
На заглавном фото можно увидеть насадки, которые установлены на антеннах для связи с испытательным вычислительным комплексом спутника при наземных испытаниях.

Двигательная установка

Раетная двигательная установка коррекции орбиты ECAPS
Летный образец двигателя ECAPS с тягой 1 Н на КА PRISMA

Развертывание орбитальной группировки невозможно без оборудования штатных космических аппаратов корректирующими двигательными установками (КДУ), главная задача которых — разведение космических аппаратов по фазе в каждой из орбитальных плоскостей и поддержание структуры группировки. В противном случае параметры орбиты с течением времени сильно деградируют и теряется главное преимущество космической системы — оперативность проведения съемки и доставки целевой информации.
 
В работе [7] приведен расчет запаса характеристической скорости корректирующей двигательной установки космического аппарата массой 150 кг и габаритами 61х71х97 см, срок активного существования которого на солнечно-синхронной орбите высотой 450 км равен 5 годам. Итак:
 
- 10 м/с на разведение по фазе и 5 м/с на поддержание фазы при эксплуатации;
- 70 м/с на компенсацию атмосферного торможения (параметр солнечной активности F10,7 равен 130);
- 15 % (или 13 м/с) проектного запаса;
в результате получается 98 м/с. Отметим, что в запасе характеристической скорости для перевода КА на орбиту утилизации нет необходимости — при высоте орбиты порядка 450 км спутник гарантированно сгорит в плотных слоях атмосферы за время не более 25 лет, отведенных ГОСТ Р 52925-2008.
 
Далее были рассмотрены ограничения со стороны малого космического аппарата:
- объем ДУ не должен превышать 40 л (или 10 % от объема КА);
- мощность потребления не более 80 Вт при работе и не более 15 Вт в дежурном режиме;
- минимально возможная стоимость и минимальные риски при создании.
Разработчики малого спутника проанализировали двигательные установки на холодном газе, на базе химических (одно- и двухкомпонентных) и электроракетных двигателей. В результате было принято решение строить КДУ на базе двигателя тягой 1 Н, работающего на унитарном топливе LMP-103S, созданного шведской фирмой ECAPS (Ecological Advanced Propulsion Systems, Inc., является подразделением Swedish Space Corporation). В состав КДУ входят четыре таких двигателя. Двигатель успешно прошел летные испытания на борту малого космического аппарата PRISMA.
 
Суммарный импульс тяги КДУ равен 15 кНс (что соответствует запасу характеристической скорости 122 м/с). Масса запаса рабочего тела 8,5 кг, а заправленной КДУ - 23 кг. Мощность потребления КДУ не превышает 40 Вт.
 
Про топливо LMP-103S необходимо рассказать подробнее, ибо оно впервые применяется на штатных космических аппаратах и превосходит привычный гидразин по удельному импульсу, плотности, а самое главное — является экологически чистым, «зеленым» топливом. Основной компонент LMP-103S - динитроамид аммония (NH4N(NO2)2 - вдруг кому интересно) в мирной жизни представляет собой окислитель. Горючим служит метанол, растворителем — вода. Полученная смесь обеспечивает удельный импульс до 230 с (+6% относительно гидразина), имеет температуру кристаллизации – минус 7&#176 С (у гидразина плюс 1,7&#176 и это реальная проблема), малотоксично и разрешено к перевозке на пассажирских авиалайнерах (!). Производится топливо шведской фирмой EURENCO Bofors.
 
Привычные нам унитарные топлива — пероксид водорода и гидразин — в камере реактивного двигателя испытывают химическое превращение по реакции разложения. А вот LMP-103S — нет, тут полноценное окисление, поэтому температура в камере таких двигателей вдвое выше, чем у гидразиновых (порядка 1800&#176С против 900&#176С). Это, кстати, здорово сдерживает распространение «зеленого топлива», ибо нужны новые материалы для камеры; специально подходил к стенду отечественных материаловедов на «Армии-2016» с таким вопросом, сказали, что работы ведутся.
 
Но вернемся к SkySat'ам. Ввиду большого количества космических аппаратов, ECAPS пришлось нарастить производственные мощности, а КДУ собирать фактически в режиме конвейера. Для простоты интеграции с космическим аппаратом двигательная установка выполнена в виде моноблока, в составе которого имеются три бака с рабочим телом, соединенные последовательно. Система подачи рабочего тела, очевидно, вытеснительная, и вероятнее всего с капиллярными заборными устройствами.
 
В общем, подход к созданию двигательной установки и Terra Bella вполне новаторский. Применение экзотического рабочего тела на базе динитроамида аммония позволяет здорово экономить в течение всего жизненного цикла изделия (порядка $ 800 тыс. на каждом запуске шести малых спутников) по сравнению с гидразиновыми ДУ.

Схема ракетной двигательной установки ECAPS
Схема двигательной установки

Топливные баки ракетной двигательной установки ECAPS
Трехмерная модель и внешний вид моноблока

Однокомпонентные термокаталитические двигатели малой тяги
Однокомпонентные электротермокаталитические реактивные двигатели малой тяги на экологически чистом топливе

Сборка ракетных двигателей спутников SkySat
«Конвейерная» сборка моноблоков ДУ


Осторожный COTS
Быстро, качественно, дешево... Выберите любые два.


Алгоритм проверки бортовой электроники
Алгоритм подхода

Серьезной проблемой для разработчиков космических аппаратов является обеспечение радиационной стойкости электронных блоков и систем в условиях ограничений на сроки и бюджет проекта. На конференции по малым спутникам 2013 года фирмы Skybox и Sinclair сочли для себя возможным поделиться подходом, который они назвали «Осторожный COTS» (COTS – Components Off The Shelf – применение коммерчески доступных компонентов) [6]. Он представляет собой узкую тропинку между скалой и пропастью, то есть между использованием радстойкой электронной компонентной базы, ЭКБ (сроки и стоимость поставки, санкции) и применением ЭКБ из ближайшего магазина «Чип и Дип» (по английский оно звучит как by-and-fly).

Суть подхода отображена на приведенном выше алгоритме, сделаю необходимые пояснения к шагам:
 
1. Определение радиационной обстановки для данного электрорадиоизделия (ЭРИ). Сначала определяют высоту орбиты КА и срок эксплуатации. Затем оценивают экранирование ЭРИ конструкцией КА и соседними блоками в пересчета на алюминий. Стартап и тут проявил экономию, воспользовавшись сервисом SPENVIS от ЕКА (бесплатно после регистрации). Если в результате расчетная накопленная доза превышает 30 кРад, то необходим «второй подход к снаряду» - пересмотреть орбиту, обдумать экранирование.
 
2. Использовать имеющийся опыт космических разработок, которым авторы статьи щедро делятся с читателями. В частности, стойкими к дозе не менее 30 кРад можно считать пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы, индуктивности), диоды, биполярные транзисторы, провода и материалы (кроме стекла). Следует по возможности снижать уровень напряжения на входах и выходах ЭРИ. Использовать вместо силовых транзисторов MOSFET биполярные транзисторы или хотя бы MOSFET-ы с р-каналом при пятикратном запасе по напряжению. Ну и так и далее, вплоть до понятной рекомендации обесточить те цепи, которые не используются в данный момент (тут могу прокомментировать, что на «Канопусе-В» система питания и управления КДУ подключается к шине 28 В только перед началом работы, что положительно сказывается на ресурсе полевых транзисторов входного каскада силового инвертора).
 
3. ЭРИ необходимо приобретать большими партиями, ибо все последующие испытания подтверждают качество ровно одной партии. Авторы понимают, что это значительный финансовый риск, но это плата на качество.
 
4. Изготавливают три макета, которые позволяют полностью проверить функционирование ЭРИ (включая исполнение программного обеспечения). Проверяют работоспособность и мощность потребления макетов.
 
5. Проводятся испытания на радиационную стойкость. Первый макет является контрольным образцом, он испытания не проходит. Второй проходит получает дозу, рассчитанную в п. 1. Третьему повезло меньше всех, он получает две дозы из первого пункта. Сами испытания включают в себя два этапа:
 
- испытания на источнике гамма-излучения из кобальта-60 (метод 1019.7 по MIL-STD-883G, вдруг кому пригодится). Макет включен, регистрируется потребляемая мощность;
- испытание на воздействие протонов с высокой энергией (чем больше, тем лучше). Матчасть работает при максимальном напряжении питания, телеметрия регистрируется в режиме реального времени, при регистрации сбоя испытания приостанавливаются для перезагрузки (отключения и включения) изделия. А потом снова продолжаются для набора статистики.
Завершает испытания отжиг, который «закрепляет» повреждения от радиации.
 
6. Если ЭРИ выдержало испытание двукратной дозой — оно считается радиационно стойким для данного применения. Если однократной — то нужно еще поработать над экранированием или снижать продолжительность эксплуатации для двукратного уменьшения дозы.
Вот, собственно, подробный ответ на вопрос некоторых моих коллег: а как летают спутники SSTL на элементах класса industrial? Создателям зарубежных микроспутников удалось найти компромисс между противоречивыми требованиями, приведенными в эпиграфе.

Наземная станция SkyNode
Космос начинается с мечтыназемки.


Наземная станция приема информации SkyNode
Комплект земной станции SkyNode — антенна и две стойки с аппаратурой

Помимо информации, полученной от группировки КА SkySat, компания Skybox Imaging (за Terra Bella не поручусь) планировала поставлять клиентам наземные станции SkyNode. Что самое интересное, станция позволяла клиенту не просто получать данные от полезной нагрузки в Х-диапазоне, но и передавать на КА команды в диапазоне S. В рекламной информации на SkyNode говорится, что разработчики прямо предоставляют ресурс работы спутников. Клиент должен подготовить полетное задание на съемку не позднее, чем за 10 минут до пролета КА группировки и может принимать информацию через 20 минут после завершения съемки — из этого можно сделать вывод, что задача в течение одного сеанса связи получить задание, произвести съемку и сбросить информацию пока не решена. Решение такой задачи (при длительности сеанса связи 10 минут) в настоящее время отрабатывается в интересах Министерства обороны США (исполнитель Andrews Space).

Наземная станция состоит из поворотной параболической антенны диаметром 2,4 м, двух стоек с оборудованием и двух автоматизированных рабочих мест операторов на базе компьютеров iMac.
 
Антенна весит 595 кг, может работать при скорости ветра до 88 км/ч и температуре окружающего воздуха от - 40 до +55&#176 С, потребляя при этом киловатт электрической мощности.
 
В одну из стоек установлено радиотехническое оборудование для связи с КА, во вторую — оборудование для получения изображений (от планирования схемки до хранения в запоминающем устройстве емкостью 25 Тбайт). Каждая стойка весит полтонны, имеет габариты 1,47х1,14х0,66 м и оборудована источником бесперебойного питания.
 
В целом, конечно, впечатляет, надежность бортового комплекса управления космических аппаратов SkySat, если разработчик доверяет пользователям выдавать на спутник управляющие воздействия (хоть и направленные исключительно на получение снимков). Думаю, коллеги из РКК «Энергия» могут многое сказать на эту тему (см. Egyptsat-2).
 
Что интересно, у станции SkyNode существует отечественный аналог - мобильный наземный специальный комплекс «TRITON», созданный концерном «БАРЛ» и размещенный на шасси автомобиля повышенной проходимости. Тот же прием в Х и передача в S-диапазоне. Из прошлых работ фирмы «БАРЛ» мне запомнились создание наземных станций для работы с упомянутым КА Egyptsat-2 и оптико-электронная аппаратура наблюдения — экспонат на стенде МАКС-2015.

Молодежный центр управления полётом
Фантазеры, кто из вас приносит счастье? -
Становись и поворачивай штурвал!

Нельзя не сказать несколько слов про наземный комплекс управления космической системой, Mission Operations Center (MOC). МОС создан фирмой Skybox, в нем несут круглосуточную вахту два работника компании, которые отвечают за анализ телеметрии, действия при нештатных ситуациях, калибровку и управление режимами эксплуатации бортовой аппаратуры. 
 
Для привлечения мотивированных кадров, желающих в круглосуточном режиме (смены в Terra Bella по 12 часов) «подержать в руках успех предприятия» (это выражение нашего начальника сектора главного конструктора я буду помнить всю свою жизнь), компания открыла программу обучения интернов [9]. Первая группа из 9 слушателей была набрана в декабре 2013 года, через два года количество слушателей составляло 16 человек. Программа рассчитана на два года, даёт массу интересного экспириенса, включая умение программировать на языке Python. Обучение занимает 2 месяца, еще один месяц интерны работают дублерами в сменах — и (через 3 месяца после начала программы!) сдают зачет на «допуск к самостоятельному управлению». А еще через полгода можно сдать экзамен на капитана руководителя смены. И народ потянулся: на одну позицию приходит до 25 резюме.
 
Можете оценить, какие деньги компания экономит по сравнению с традиционным ЦУПом, а заодно — скорость жизни в американских стартапах.

Космоснимки и видео

Австралия из космоса. Перт
Перт, Австралия — первый снимок SkySat-1. 04.12.13 (две недели после запуска)

Байконур из космоса
Ракета-носитель «Союз-2.1Б» с КА SkySat-2 на стартовом комплексе пл. 31 космодрома Байконур, Казахстан. Снимок сделан КА SkySat-1 07.07.14, накануне запуска

Гаити из космоса
Порт-о-Пренс, Гаити — первый снимок SkySat-2. 10.07.14 (48 часов после запуска)

Чикаго из космоса
Стадион «Солджер Филд», Чикаго, США — первый снимок SkySat-C1. 26.06.16 (3 суток после запуска)

Штаб-квартира Google из космоса
Штаб-квартира Google, Мантинвью, Калифорния, США — первый снимок SkySat-C2. 23.09.16 (8 суток после запуска)

Рим, Ватикан из космоса
Рим, Италия — первый снимок SkySat-C3. 23.09.16

Амстердам из космоса
Амстердам, Нидерланды — первый снимок SkySat-C4. 23.09.16

Портовые сооружения и нефтебаза из космоса
Порт Альхесирас, Испания — первый снимок SkySat-C5. 23.09.16


SkySat-1 снимает днём


SkySat-1 снимает ночью


В целом — Terra Bella смогла поднять планку в дистанционном зондировании Земли. После развертывания группировки качество наблюдения за жизнью на поверхности планеты значительно повысится. Для каких применений Google приготовил столь качественный инструмент — покажет время.
Замечания, исправления и дополнения всячески приветствуются.

Литература
1. И. Афанасьев «Экспериментальные микроспутники россыпью» / «Новости космонавтики». - 2014. - №01. - С. 48-55;
2. А. Ильин «Метеор» в хорошей компании» / «Новости космонавтики». - 2014. - №09. - С. 33-41;
3. А. Кучейко, Д. Бецис «Новый индийский разведчик и 19 попутчиков» / «Новости космонавтики». - 2016. - №08. - С. 32-40;
4. И. Афанасьев «И последние станут первыми» / «Новости космонавтики». - 2016. - №11. - С. 52-54;
5. R. Votel, D. Sinclair Comparison of Control Moment Gyros and Reaction Wheels for Small Earth-Observing Satellites / Proc. Of 26 Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, SSC12-X-1 pdf
6. D. Sinclair, J. Dyer Radiation Effects and COTS Parts in SmallSats / Proc. Of 27 Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, SSC13-IV-3 pdf
7. J. Dyer, A. Dinardi, K. Anflo First Implementation of High Performance Green Propulsion in a Constellation of Small Satellites / Proc. Of 27 Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, SSC13-VII-2 pdf
8. T. Dzamba, J. Enright, D. Sinclair, K. Amankwah, R. Votel, I. Jovanovic, G. McVittie Success by 1000 Improvements: Flight Qualification of the ST-16 Star Tracker / Proc. Of 28 Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, SSC14-XII-1 pdf
9. E. Lehman, M. Longanbach The Skybox Satellite Operator Intern Program - Benefits and Lessons Learned / Proc. of the 29 Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, Logan, Utah, USA, August 8-13, 2015, SSC15-IX-1 pdf
10. P. d'Angelo, G. Kuschk, P. Reinartz Evaluation of Skybox video and still image products / The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XL-1, 2014, ISPRS Technical Commission I Symposium, 17 – 20 November 2014, Denver, Colorado, USA pdf
11. B. Smiley, J. Levine, A. Chau On-Orbit Calibration Activities and Image Quality of SkySat-1 / Proc. of JACIE 2014 (Joint Agency Commercial Imagery Evaluation) Workshop, Louisville, Kentucky, USA, March 26-28, 2014 pdf

Изображения взяты из публикаций и сети интернет.

UPD от 18.01.2017 г. По данным с сайта Sinclair Interplanetary космические аппараты SkySat-C оборудованы следующими приборами, изготовленными данной фирмой:
- звездными датчиками ST-16RT2 (по 2 на КА);
- электромагнитами TQ-15 (по 3 на КА) — по лицензии SpaceFlight Industries;
- двигателями-маховиками RW3-1.0 (по 4 на КА) — по лицензии Millenium Space Systems.
_____________________________________________ 

Вернуться к списку статей

Наши направления

мы в социальных сетях

         

 

info@dauria.ru
+7 (495) 280-07-26

Адрес: Кожевническая ул., 10, 7 этаж
Москва, Россия

© 2016 Dauria Aerospace
VK7447