Le centre de contrôle de mission du MSTU est un élément important de l'éducation spatiale. Avec son aide, il est possible d'effectuer toute la gamme des tâches de contrôle du vol de l'engin spatial, de mener des expériences scientifiques et technologiques et d'analyser rapidement les informations de service et les données scientifiques. MCC-B est équipé d'installations pour traiter les informations télémétriques, les stocker et les fournir aux consommateurs.
Le MCC-B a été créé dans le cadre du projet scientifique et pédagogique de création de petits vaisseaux spatiaux "Baumanets" et "Baumanets-2". Actuellement, le centre est utilisé pour travailler avec la constellation orbitale de nanosatellites "Yarilo No. 1" et "Yarilo No. 2", développée par des étudiants, des étudiants diplômés et de jeunes spécialistes de l'Université technique d'État de Moscou. Bauman. Le 28 septembre 2020, les nanosatellites de Yarilo ont été lancés sur l'orbite terrestre depuis le cosmodrome de Plesetsk.
Conception de satellites
Yarilo est un groupe de 2 nanosatellites "Yarilo No. 1" et "Yarilo No. 2" pour l'étude du Soleil et des connexions solaire-terrestre. Une caractéristique de la mission est la présence d'un design expérimental déployable de type «voile solaire» sur les véhicules, à l'aide duquel il est prévu de construire une constellation et une désorbitation passive. Ce projet se distingue par une composante éducative importante - tous les travaux de conception, le développement d'appareils et de leurs systèmes de service, la fabrication, le développement expérimental, l'intégration de la charge utile, la préparation au lancement, la gestion et l'organisation du travail ont été réalisés par des étudiants, des étudiants diplômés et jeunes spécialistes - l'équipe du Centre spatial universitaire des jeunes ... Les connaissances accumulées, la documentation, l'expérience, la partie matérielle sont utilisées pour enrichir les programmes éducatifs.
Disposition interne de l'engin spatial Yarilo
La charge utile du premier appareil est un spectrophotomètre pour enregistrer l'activité solaire (développé par l'Institut de physique PN Lebedev, RAS).
Le détecteur permet la surveillance dans la gamme de rayons X doux de 0,5 à 15 keV, y compris l'observation des microflares, ainsi que la réalisation de diagnostics spectraux du plasma dans les objets à l'étude. On pense que nous vivons dans l'atmosphère du Soleil, et les courants du vent solaire (plasma solaire éjecté du Soleil) affectent fortement la Terre. La fréquence et l'intensité des éruptions solaires dépendent du cycle de 11 ans d'activité solaire. Maintenant, le Soleil a quitté le minimum d'activité et commence à s'accélérer. Aux moments où le Soleil est actif, des éruptions se produisent sur lui, que l'appareil étudiera. Lors des éruptions, une masse de plasma est éjectée dans l'espace le long du rayon du soleil, et si la Terre, se déplaçant en orbite, entre dans cette éjection, nous avons des orages géomagnétiques.
Le plasma dans le champ magnétique terrestre est «frappé» et tourné le long des lignes magnétiques, et par conséquent, il pénètre dans les pôles magnétiques de la Terre. À ce stade, des pannes de communication et de réseau électrique peuvent survenir ou, par exemple, les pilotes survolant le pôle Nord recevront une dose de rayonnement. La prévision de telles épidémies est un défi majeur pour les scientifiques. En 8 minutes, les quanta de rayons X éjectés atteignent la Terre à la vitesse de la lumière pour pouvoir être enregistrés par un appareil spécial en orbite. Le trazient lui-même (éjection de plasma) atteint la Terre en un jour ou deux, il vole beaucoup plus lentement (à une vitesse d'environ 1000 km / s), ce qui permet de prendre les mesures nécessaires à l'avance.
La charge utile du deuxième appareil est un détecteur de rayonnement gamma et de particules chargées (DeKoR est un développement de l'Institut de recherche D.V. Skobeltsyn de physique nucléaire, Université d'État Lomonosov de Moscou). Les tâches de l'appareil sont d'étudier les variations rapides des flux d'électrons dans l'espace entre les ceintures de rayonnement, ainsi que d'étudier la dynamique des flux de particules et du rayonnement gamma sur des orbites basses, en fonction des conditions géomagnétiques de l'ordre de 0,1 à 2 MeV. . Il vous permet d'étudier le rayonnement cosmique, qui affecte négativement l'organisme des êtres vivants et de la technologie, et crée des barrières aux missions spatiales lointaines.
Disposition externe des véhicules
Parus-MGTU
Outre la charge utile pour la recherche sur la météorologie spatiale, les satellites sont équipés d'une voile solaire à deux pales de type rotatif, dont la conception est testée à bord de l'ISS «Parus-MSTU». On sait que la lumière du soleil peut pousser et accélérer des objets dans l'espace, ce qui est clairement démontré sur un modèle simplifié présenté dans le MCC.
Ainsi, les étudiants ont conçu une voile solaire - un dispositif de propulsion fonctionnant sous l'effet de la pression du rayonnement électromagnétique solaire. Il vous permet d'effectuer des vols interorbitaux et même interplanétaires sans dépenser de fluide de travail (carburant).
La voile solaire, développée dans le cadre du projet, est une structure en couches minces sans cadre, dont la rigidité est assurée par la rotation de la voile autour de l'axe de symétrie. Le concept de voile solaire rotative à deux pales a été proposé, ce qui présente de nombreux avantages par rapport aux autres types de voiles solaires - simplicité, possibilité de plier la voile, etc.
Un modèle satellite avec une voile solaire à deux pales
Où faire les satellites volent et ce qu'ils consistent en
appareils Yarilo sont en orbite terrestre basse km avec une inclinaison de 97,6 degrés. La durée de vie estimée du petit vaisseau spatial est d'un an, soit environ 1500 tours autour de la Terre.
Chargement de l'appareil dans le conteneur de lancement
Pour que les véhicules déterminent correctement leur emplacement et naviguent dans l'espace à bord, deux unités de capteur embarquées uniques fonctionnent, qui comprennent des magnétomètres, des accéléromètres et un capteur solaire de son propre ensemble basé sur la photodiode à quatre points FD-20K. De plus, il y a un récepteur GLONASS sur le panneau extérieur de l'appareil, qui permet de déterminer les coordonnées et la vitesse de l'engin spatial avec une grande précision. Également sur chacun des bords extérieurs, il y a des capteurs de lumière, qui peuvent également être utilisés pour déterminer l'orientation, mais avec moins de précision.
Un autre problème technique important est l'orientation de l'appareil avec un spectrophotomètre vers le Soleil. Pour sa mise en œuvre, une pyramide de quatre moteurs à volant est installée à bord de l'appareil, ce qui permet de construire une orientation à trois axes, et des bobines magnétiques situées sur chacune des faces de l'appareil, ce qui leur permet de former un champ magnétique de différentes configurations . Le système d'orientation magnétique est uniaxial, construit sur le principe de la création d'un moment mécanique de contrôle en raison de l'interaction du champ magnétique créé par la bobine et du champ magnétique terrestre. Les algorithmes de contrôle forment une séquence d'activation et de désactivation des bobines magnétiques. Outre l'orientation vers le Soleil, les commandes permettent de tordre l'appareil autour de son axe (il est nécessaire pour que les rubans "Sails" soient étirés lors du déploiement) et d'éteindre les grandes vitesses angulaires de l'appareil,par exemple, si l'appareil a tourné, volant hors du conteneur de lancement (mode - amortissement). Le fonctionnement du système d'orientation était pratiqué en accrochant l'appareil à une ficelle.
Toutes ces tâches nécessitent une grande quantité d'énergie. Il y a deux batteries de stockage à bord du petit vaisseau spatial, qui sont régulièrement rechargées à l'aide de photocellules solaires situées sur les bords extérieurs. Cela se produit lorsque le vaisseau spatial est du côté éclairé de l'orbite. À propos, les gars ont également développé eux-mêmes la technologie pour leur installation. L'électricité est fournie aux systèmes grand public via des rails d'alimentation de 3,3 et 5 V.
Les "cerveaux" de l'appareil sont situés dans l'ordinateur central de bord, qui contrôle tous les dispositifs des sous-systèmes de l'appareil selon la séquence de vol. L'ordinateur de bord résiste à une défaillance irréversible arbitraire.Par conséquent, pour le dispositif, un schéma avec redondance déchargée de deux demi-ensembles identiques de calculatrices a été choisi. Les calculateurs sont basés sur des microcontrôleurs STM32F205 fabriqués par STMicroelectronics.
Schéma fonctionnel simplifié des appareils
L'une des questions les plus fréquemment posées par l'équipe de développement: avez-vous des caméras pour obtenir de belles images de la Terre? Il y a des caméras à bord du satellite, jusqu'à deux, mais elles sont nécessaires pour capturer le processus de déploiement de la voile solaire.
Développement d'algorithmes pour le fonctionnement des moteurs à volant
De plus, si vous regardez de près la photo de l'appareil, vous remarquerez qu'il est bicolore. Dans la partie éclairée de l'orbite, le vaisseau spatial regarde le soleil avec le côté blanc, qui réfléchit la lumière, et le côté noir émet intensément de la chaleur, et ainsi le satellite ne surchauffe pas. Dans la partie sombre de l'orbite, où il est nécessaire d'augmenter la température de l'appareil, la face sombre absorbe plus d'énergie et le blanc dégage moins de chaleur. De plus, pour certains appareils émettant beaucoup de chaleur, des spécialistes de l'Institut Skolkovo et de l'ILMiT ont réalisé, en utilisant l'impression 3D, des boîtiers thermostatiques avec caloducs intégrés à partir d'un alliage de poudre d'aluminium hautement conducteur. Et certaines parties de la coque du petit vaisseau spatial, telles que le couvercle de la batterie et la coque du module de voile, sont fabriquées par frittage laser sélectif.
Coque du module de navigation
Transport et essais
Les satellites sont transportés jusqu'au cosmodrome dans des caisses spéciales en mousse antichoc. Cependant, avant que les appareils ne subissent un cycle complet d'essais mécaniques et thermiques sous vide. Ils sont soumis à des exigences strictes en matière de résistance aux vibrations, aux chocs et aux charges quasi-statiques lors de leur préparation et de leur lancement dans le cadre d'un lanceur ou d'un étage supérieur en tant que charges utiles associées. Ils sont chargés jusqu'à 10 g.
Test de vibration
La température du véhicule en vol peut fluctuer dans la plage allant d'un "plus" profond à un "moins" profond en raison d'un changement brusque des régimes thermiques pendant la transition de la partie éclairée à la partie d'ombre de l'orbite, et inversement. La plage de température supposée pour les panneaux internes était de -30 à +60 ° , pour les panneaux externes - de -70 à +80 ° .
Essais de vide thermique
Fonctionnement en orbite
Pendant le vol du satellite, toutes les données de télémétrie et les informations utiles reçues par lui sont stockées dans sa mémoire (FRAM). De là, les informations parviennent à la Terre grâce aux antennes d'émission et de réception de l'appareil (deux antennes spirales de la gamme VHF sont utilisées à Yarilo) et des antennes au sol, qui sont situées directement sur le toit du bâtiment Special Machine Building. Lorsqu'un satellite survole Moscou dans la zone de visibilité radio, l'antenne en reçoit un signal. La communication avec le satellite peut être maintenue pendant cinq minutes si le trajet du satellite passe exactement au-dessus de Moscou, ou pendant environ une minute si la zone "touche" seulement la ville.
Diagramme de rayonnement de l'antenne sur les véhicules Yarilo
Toutes les informations nécessaires sur la cible collectées à partir des capteurs sont transmises du satellite à la Terre pendant cette période: position et orientation, vitesses angulaires, température, état des accumulateurs et des batteries solaires. Les commandes sont transmises de la Terre au satellite, qui doivent être exécutées par le satellite: virage, émission de certaines informations télémétriques, ouverture de la voile, etc.
Dans ce projet, MSTU est l'exécuteur et reçoit les informations nécessaires de ses propres satellites Yarilo-1 et Yarilo-2 ... Et déjà les processus ultérieurs d'étude et d'analyse des données se déroulent dans d'autres laboratoires spécialisés et centres de l'Université d'État de Moscou et de FIAN, ainsi qu'à Roshydromet.
De plus, les satellites sont une base expérimentale pour le développement de nouvelles technologies: technologie de voile solaire, systèmes de service individuels et, en général, pour tester notre propre plateforme de nanosatellites.
En plus du travail associé au MCC, le Youth Space Centre a de nombreux autres projets intéressants. Parmi eux, un petit véhicule de descente pour la livraison rapide d'échantillons biologiques de l'ISS, un projet de «petite» fusée qui pourrait lancer de petites quantités de charge utile, travailler avec des écoliers et participer à divers programmes d'échanges internationaux. Dans de nouveaux articles, nous vous parlerons d'autres projets du Centre pour rapprocher l'espace extra-atmosphérique de vous.