ArduSat - avagy a kétkedés joga

Felreppent a hír olyan háromnegyed éve, hogy egy nyílt hardware-tervű és software-kódú műhold tervezése és építése veszi kezdetét. A médiában az információ-özönben a hátteret és a valódi alapokat kibogozni nem is olyan egyszerű... De ez az egész űrműholdasdi miért is jó nekünk? Erre kerestem a választ...

" A cikk nem jött volna létre, ha azon kéne gondolkodni, hogy mi miért nem megoldható. Inkább egy elméleti-gyakorlati gondolatsor készült a hírek alapján, hogy milyen megoldások lehetségesek. Az írás egy műszaki szempontokat körüljáró, összefoglaló-gondolatébresztő kíván lenni, hátha van benne egy-két olyan ötlet, melyből akár más területen is lehet meríteni..."

A pikoműholdak elterjedésével - és kvázi "szabványossá" válásával - egyre többen szeretnének az űrbe menni. Az ötletekből nincs hiány, a megvalósítás szokott problémás lenni. És persze - mint minden nagy hír esetén - a szenzáció mögött a technika és az ember elveszik. A technika az, ami most számunkra érdekes...

Pikoműhold/Cubesat

A CubeSat Projectet a California Polytechnic State University és a San Luis Obispo and Stanford University's Space Systems Development Lab dolgozta ki. Célja, hogy a bekapcsolódó egyetemek 10×10×10 cm méretű, legfeljebb 1 kg tömegű, működő pikoműholdakat fejlesszenek ki. A programhoz már több mint 60 felsőoktatási intézmény csatlakozott.

A pikoműholdak célja az, hogy egy 10 cm-es élhosszúságú kockába integráljanak egy olyan 1 kg tömegű rendszert, mely képes túlélni a felbocsátáskori rázkódást, alkalmazkodik a szélsőséges környezethez (pl. széles hőmérsékleti tartomány, vákuum), a Földtől 2000 km magasságban legalább 3 hétig képes működni és folyamatosan kommunikálni a földi vezérlőállomással.

Az ArduSat

Az elképzelés kulcsa, hogy a kis méretbe valamilyen kész hardware kerüljön betuszkolásra. A rendszer felépítését nagy vonalakban, számos fényképen illetve cikkek-nyilatkozatok garmadájában meg lehetett ismerni. Ezen anyagokban közös, hogy Arduino alapokon építkeznek és sok szenzort szeretnének a műholdon elhelyezni. A leírások ellentmondásosak, hogy a műholdat milyen magasra is kívánják feljuttatni. A legtöbb cikk 3-400 km magasságról ír.

De vegyük a főbb részegységeket sorra...

Áramellátás

A standard módszerekre van csak elképzelés, de eddig csak utalás szintjén: napelem és valamilyen háttér a sötét időszakok áthidalásához. Konkrét tipp-ötlet-megvalósítást nem találtam sehol.
A műholdak esetén neuralgikus pont az energiaellátás. Minden esetben feltöltött akkukkal indulnak útra, hogy a start esetén már tudjanak működni. A probléma a merülő akkuk utántöltése. Ezt jelenleg több módon is meg lehet oldani:

  • felvitt hasadóanyag segítségével (minireaktor, különféle megvalósításokkal),
  • hőkülönbségre alapozva (termoelem),
  • napelemmel.

Az földi halandó számára elérhető kategóriába csak a napelemek tartoznak. Ezek ára már emberi szintre süllyedt, kb. 18-25% hatásfokúak és a 10x10x10 cm méret esetén a felületre szépen elhelyezhetők. Így néhány watt energia stabilan kinyerhető. Előny, hogy nincsen felhő, ami a napot takarja, hátrány viszont annál több is van:

  • a nap által sütött oldal 350-400 fokos is lehet, az ellenoldal -150 fok körüli. És persze belül meg a 25 fok körüli környezetet jó lenne tartani...
  • a műhold forgása megoldást jelenthet a hőkiegyenlítésre,
  • belül pedig valami hőelosztó réteg is jól jöhet...
  • és persze egyenetlen a hőeloszlás így a hőtágulással is számolni kell..
  • a napelemek felületét a mikrometeoritok is bombázzák.... Szóval lehet gondolkodni a megoldáson:).

A felmegyünk elemet cserélni - nem a legjobb. Azonban kábelt sem húzhatunk fel. De energianyalábot? Viszont a hatás-ellenhatás miatt lehet hogy eltoljuk a műholdunkat... Kérdés, hogy a kb 0.1-1% hatásfokért megéri?
A MaSat-1 esetén a napelemet választották energiaforrásul és a háttér LiPo akku lett.

Enegia-háttértár

A begyűjtött energiát raktározni is kell. Erre valami akku nem árt. Vakuumban kérdés mi az, ami működik, jó hatásfokú, nagy energiasűrűségű? Első tipp a LiPo, NiMh vagy NiCd lenne. Bár a töltés-kisütési ciklusszám, hőingadozástűrés is befolyásolja a használatukat.
Elsősorban az igénytelen kezelés és robosztusság a követelmény...
És a működési jellemzők közt felbukkan még a memóriaeffektus, a berendezés tervezett élettartama valamint a cellafeszültség kérdése...
A standard Arduino ellen szól, hogy az 5V-os rendszerek feleslegesen sok energiát használnak. A legtöbb művelet 3.3V-os rendszerként is kezelhető lenne....

Rendszermag és intelligens részegségek

A rendszer felépítése a szokásos, moduláris kialakítású kell, hogy legyen - akár a Hunveyor modell-rendszer... A feladatokat egyes részegységek közt érdemes elszórni, így önálló, intelligens alrendszerek kialakításával építkezhetünk. A rendszermag pedig koordinálja a részegységeket.

A gyors és hatékony fejlesztés miatt, az egyes egységek közt valamilyen triviális, hétköznapi kommunikáció legyen - például I2C, SPI vagy 1-wire. Természetesen adat-sérülés elleni védelemmel teleszórva:).

Redundancia

A rendszer a "nehezen javítható" kategóriába tartozik. A "kiugrom és megnyomom a reset gombot" eljárás itt nem működik. Így kell egy független felügyeleti rendszer, ami ezt elvégzi.

Sőt, a mostoha körülmények miatt legjobb, ha a rendszerek redundánsak. Így ha az egyik kiesik, a másik átveszi a szerepét. Vagy, ha minden kötél szakad, akkor csökkentett funkcionalitással üzemeljen az eszköz. Végső esetben váljon le kommunikáció és tápellátásilag a belső rendszerekről a meghibásodott egység. Ez érdekes szoftver- és hardver-tervzési kérdéseket vet fel...

Szenzorok

Az eszközünket nem csak egyszerűen lebegni küldtük fel, hanem mérni szeretnénk vele. Így szenzorokkal kell felszerelni. Az ArduSat cikkek - kissé elrugaszkodva a realitástól - 25...50 szenzorról írnak. Ahol szenzorokról írnak, ott a következők merültek fel:

  • gyorsulásmérő,
  • giroszkóp,
  • hőmérő,
  • nyomásmérő,
  • spektrofotométer,
  • gázszenzorok...

Ezek egy része csak elképzelés, egy részük pedig kézzelfogható. A spektrofotométer érdekes darab - ez remélem egyszer a kezeim közt is lesz....
Az eddigi javaslatokat az AVRFreaks-en már szépen körbejárták - a konklúzó pedig az volt, hogy "műszakilag van a csapatnak tanulnivalója". És miért mondták mindezt? A tervezett szenzorok miatt!

  • a nyomásmérő: felejtős, közel vákuumban vagyunk...
  • GPS: felejtős, a műholdak messze vannak...
  • mágneses érzékelők: a föld mágneses mezője iránymutatásként szolgálhat (Abszolút pozíció),
  • giroszkópok: a rendszerünk mozgási adatai kezelhetők (relatív pozíció),
  • gyorsulásmérő: az egyes pozícióváltások közti elmozdulások intenzitása (gyorsulás-vektor),
  • spektrofotométer: az egyetlen, realitások talaján mozgó szenzor. Leszámítva, hogy az általános megvilágításból ellenőriz - mintavevő és kezelőfelület híján. A megoldások határterülete miatt, egy külön cikket is megérdemel...
  • ózonszenzor: légkör hiányában nem ér semmit,
  • CO2 szenzor : mint előbb,
  • GM-számláló: ezzel a háttérsugárzás mérhető. Csak a tervezett darab energiaigénye nagy.:(
  • kamera: így a fotózás is megoldható...

Rádió

Az eszközzel való kommunikációra a rádiókapcsolat a legkézenfekvőbb. Erről nem lehet semmi konkrétumot találni. Buktató a rendszerben, hogy egyirányú vagy kétirányú kapcsolat kell-e. A hosszabb hullámok jobban terjednek, így az alacsonyabb frekvenciák használata célravezetőbb. A MaSat-1 esetén használt rádió 100 illetve 400mW adóteljesítményű, 437,345 MHz frekvencián üzemel....

Kételyek

Az ArduSat felépítését és gyakorlatát több dolog is megkérdőjelezi:

  • másfél hónapja jelentek meg,
  • nincs semmiféle érdemi publikációjuk,
  • kicksarteren át próbálkoztak,
  • a 4 tagból 1 marketinges, 1 pénzügyi területen mozgott,
  • a támogatástól függő "használati jog",
  • amikor elérték a kitűzött 35e $-t, akkor lett újabb cél a 70 e$-hoz:)

Háááát, nekem gyanús.... - de ne legyen igazam...

Te mit gondolsz? - A Fórumban (ide kattintva) szólj hozzá!

 

Kapcsolódó oldalak, források:

Az eredeti cikk megjelenésének dátuma: 2012.július 2.

TavIR-Facebook