FASTrac

FASTRAC
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FASTrac
FASTRAC.jpg
이름FASTRAC 1("사라-릴리")
FASTRAC 2("엠마")
미션형기술 시연
아마추어 라디오
연산자텍사스 대학교 오스틴
COSPAR2010-062F & 2010-062M
새캣37227 & 37380
우주선 속성
제조사텍사스 대학교 오스틴
발사 질량합계: 58kg(127lb)[1]
미션의 시작
출시일자2010년 11월 20일 01:21(2010-11-20)UTC01:21) UTC[2]
로켓미노타우루스 4편 3편
발사장코디악 론칭 콤플렉스
계약자오비탈 사이언스
미션 종료
폐기해체됨[3]
궤도 매개변수
참조 시스템지리학
정권로우 어스
페리기 고도641km
아포기 고도652km
기울기72°

Strush, Relnav, Patient and Crosslink (또는 FASTRAC)를 이용한 형성 자율 우주선은 오스틴에 있는 텍사스 대학교의 학생들이 개발하고 제작한 나노 위성(존칭 Sara-Lily와 Emma)의 한 쌍이다. 이 프로젝트는 공군연구소(AFRL)가 후원하는 프로그램의 일환으로, 저렴한 우주기술 개발을 선도하는 것이 목표다. FASTRAC 임무는 다중 위성의 형성을 용이하게 하는 기술을 구체적으로 조사할 것이다. 이러한 활성화 기술에는 상대 항법, 상호 링크 통신, 자세 결정 및 추력이 포함된다. 질량을 궤도로 끌어올리는 비용이 많이 들기 때문에 우주선의 전체 중량을 소형화하는 강력한 이니셔티브가 있다. 대형 단일 위성 대신 위성 형성을 활용하면 단일 지점 고장 위험을 줄이고 저렴한 하드웨어를 사용할 수 있다.

2005년 1월, 텍사스 대학교는 다른 12개의 참가 대학이 포함된 보조금 기반 대회인 University Nanosat-3 Program에서 우승했다.[4] 우승자로서, FASTRAC은 위성을 우주로 발사할 수 있는 기회를 얻었다. 학생 주도의 팀은 프로젝트의 경쟁 부분에 대해 AFRL로부터 10만 달러를 받았고, 이행 단계에서는 10만 달러를 추가로 받았다. FASTRAC는 단일 GPS 안테나를 이용한 온오비트 실시간 상대 항법, 마이크로 방전 플라즈마 추진기를 통합한 최초의 학생 개발 위성 임무다.

FASTRAC은 2010년 11월 19일 알래스카 코디악의 코디악 발사장에서 미노타우르 4호 로켓을 타고 발사되었다.[5] 인공위성의 분리 및 상호 연계 통신이 성공적으로 수행되었다.[6]

FASTRAC는 미국 공군 연구실 나노 위성 프로그램(Unosatellite Program)에 따라 개발됐으며, 2006년 우주실험심의위원회의 우주선 실험 전 목록에서 32위에 올랐다. 이 우주선은 위성 위치 확인 시스템 상대 항법 및 마이크로 충전 추진 장치 성능을 시연할 것으로 기대되었다.

운영

주요 임무 순서는 발사, 발사 차량 분리, 초기 획득, GPS 온보드 상대 항법, 온보드 단일 안테나 GPS 자세 결정 및 마이크로 방전 플라즈마 스러스터 작동, 아마추어 무선 운영의 6개 단계로 구성된다. 1단계에서는 알래스카 코디악의 코디악 발사단지(KLC)에서 발사되는 국방부 우주실험 프로그램 STP-S26 미션에 2개의 나노위성이 발사된다. 이들은 미노타우르 4세 로켓에 의해 고도 650km의 72도 기울기 원형 저궤도로 운반될 것이다. 처음에는 두 개의 나노위성이 겹겹이 배열될 것이다. 일단 로켓이 원하는 궤도에 도달하면, 위성은 발사 차량에 의해 전원이 공급된 후에 마침내 발사 차량과 분리될 것이다.

2개의 나노위성이 로켓에서 분출되면 3단계는 시작될 것이다. 이 단계에서는 위성이 체크아웃과 초기화 과정을 거치는 30분 정도의 시간이 주어진다. 이 기간이 지나면, 위성은 각 위성의 상태를 결정하는 데 도움이 되는 원격 측정 정보가 포함된 비콘 메시지를 전송하기 시작할 것이다. 이 단계 동안 지상국은 위성과 첫 번째 접촉을 시도하고 탑승한 모든 서브시스템이 올바르게 작동하는지 확인하기 위한 체크아웃 절차를 수행한다. 이 체크아웃 절차는 지상국과 통신 통과 기간에 따라 몇 시간, 심지어 며칠이 걸릴 것으로 예상된다. 운용자가 위성의 상태에 만족하면 지상으로부터 위성을 분리하라는 명령을 받아 3단계의 임무를 마무리하게 된다.

인공위성이 성공적으로 분리되면 1차 임무가 시작돼 4단계의 시작을 알린다. 먼저 인공위성이 자율적으로 교차연결을 구축하거나, 다시 말해 UHF/VHF 대역을 통해 서로 통신하게 된다. 위성은 실시간 상대 항법 솔루션을 계산하기 위해 이 교차 링크를 통해 GPS 데이터를 교환할 것이다.[7]

5단계는 추진 벡터가 반풍속 벡터의 15도 원뿔 안에 있을 때 자율적으로 작동하는 지상에서 명령을 받아 마이크로 방전 플라즈마 추진기를 작동시킨다. 추진기 작동은 온오비트 단일 안테나 GPS 자세 결정 솔루션에 의존한다. 이 단계가 끝나면 지상국의 명령이 FASTRAC 1의 추진기를 무력화시킨다.

위성의 통신 아키텍처가 지상에서 재구성되어 자동 패킷 보고 시스템(APRS) 네트워크와 함께 작동하게 되면 임무의 최종 단계가 시작된다. 이것은 위성을 전 세계의 아마추어 무선 사용자들이 이용할 수 있게 할 것이다. 지상국이 위성과의 모든 통신이 끊기면 임무는 종료되고 인공위성은 대기권 내에서 타오르도록 수동적으로 디오비트(de-orbit)하게 된다. FASTRAC 팀은 임무 목표를 성공적으로 달성하는 데 6개월이 걸릴 것으로 추정했다.

FASTRAC Mission Phases
FASTRAC 운영 개념

서브시스템

구조

FASTRAC 위성의 구조는 티타늄 어댑터 판 2개, 알루미늄 6061 T-6 측면 패널, 삽입물이 있는 속이 빈 외부 기둥 6개, 내부 기둥 6개로 구성된 육각형 이소그리드 설계다. 두 나노위성의 질량은 약 127파운드(약 127파운드)이며, 모든 구성품이 포함되어 있다.

커뮤니케이션 아키텍처

통신 아키텍처는 PCSat2로 비행하는 시스템에 기초한다. FASTRAC 구현은 수신기 2개, 송신기 1개, 터미널 노드 제어기(TNC), 송신기 릴레이 보드 및 수신기 릴레이 보드로 구성된다. FASTRAC 1 "사라 릴리"에는 Hamtronics의 R-100 VHF 수신기 2대와 TA-451 UHF 송신기 1대가 사용된다. FASTRAC 2 "엠마"에서는 Hamtronics의 R-451 UHF 수신기 2대와 TA-51 VHF 송신기 1대가 사용된다. 사용되는 TNC는 칸트로닉스의 KPC-9612+이다. 송신기와 수신기 릴레이 보드는 모두 사내에서 설계 및 제작되었다.

명령 & 데이터 처리

명령 & 데이터 처리(C&DH) 시스템은 산타클라라 대학이 개발한 4개의 분산형 AVR로 구성된다. 각 AVR에는 Atmega 128 마이크로컨트롤러가 있으며 위성에서 개별 서브시스템(예: COM, EPS, GPS, TR 또는 IMU)을 제어한다. AVR은 I2C 버스를 통해 서로 통신한다.

GPS 하위 시스템

GPS 위치와 태도 결정 시스템은 텍사스 대학교 GPS 연구소의 학생 연구원들에 의해 설계되고 구축되었다. 이 시스템은 GPS 코드 측정뿐만 아니라 안테나 신호 대 잡음 비(SNR) 및 3축 자력계 측정을 활용하여 위치, 속도 및 자세의 추정치를 제공한다. 각 위성에는 중복된 오리온 GPS 수신기, RF 스위칭 및 분할 하드웨어가 있는 이중 교차선 안테나가 탑재된다.

파워 시스템

각 위성의 전력 시스템은 8개의 태양 전지판, VREG 박스, 그리고 배터리 박스로 구성되어 있다. 배티박스는 검은색 양극화 알루미늄으로 제작됐으며 AFRL이 팀에 제공한 산요 N4000-DRL D셀 10개를 보관하고 있다. 태양 전지판과 VREG 보드는 모두 자체 설계 및 제작되었다. 각 위성에서 VREG 보드는 3개의 VICOR VI-J00 전압 조절기로부터 전력을 분배하고, 태양 전지판에서 수집한 전력으로 배터리를 충전한다.

분리 시스템

FASTRAC 인공위성을 위한 두 개의 분리 시스템이 있는데, 이 시스템은 모두 플래니터리 시스템 주식회사(PSC)가 설계하고 제조하며, 이는 쌓여 있는 구성의 인공위성을 발사체에서 분리한 후 궤도에 있는 동안 두 개의 인공위성을 분리하는 데 사용될 것이다. PSC 광대역 분리 시스템은 2개의 스프링식 링과 전동식 해제 메커니즘으로 구성된다.

마이크로 방전 플라즈마 추진기

마이크로 방전 플라즈마 추진기는 UT-오스틴에서 설계 및 제작되었다. 추진기 채널과 마이크로 채널 노즐을 통해 불활성 가스를 가열하여 마이크로 뉴턴 레벨의 추력을 발생시킨다. 그것은 CTD에서 만든 맞춤형 복합 탱크를 사용한다. 추진기의 작동은 우주선 C&DH에 의해 GPS 자세 결정 시스템이 제공하는 자세 측정으로 자동화된다. 지상에서 추진기의 조작을 가능하게 한 후, 두 개의 노즐 중 하나가 반동력 벡터의 15도 원뿔 안에 있을 때만 활성화된다. 추진기 서브시스템은 FASTRAC 1 "사라 릴리"에만 존재한다.

관성 측정 단위(IMU)

FASTRAC 2 "엠마"에서는 추진기를 사용하는 대신 마이크로항공우주솔루션의 관성측정장치(IMU) MASIMU01을 사용하여 두 위성의 분리를 측정한다.

아마추어 무선 참여

FASTRAC 위성은 아마추어 무선 주파수로 데이터(GPS, Health 등)를 송수신한다. 모든 아마추어 무선 사업자는 위성의 데이터를 다운링크하여 FASTRAC 웹사이트의 무선 사업자 섹션에 업로드할 것을 권장한다.[8]

작동 주파수

FASTRAC 1 "사라 릴리" FASTRAC 2 "엠마"
다운링크 437.345 MHz FM 145.825 MHz FM
비콘 437.345 MHz AX.25 1200 AFSK 145.825 MHz AX.25 1200 AFSK
업링크(1200 Baud) 145.980 MHz FM 435.025 MHz FM
업링크(9600 Baud) 145.825 MHz FM 437.345 MHz FM

참조

  1. ^ "FASTRAC: Press Kit 2010" (PDF). University of Texas at Austin. Archived from the original (PDF) on 14 March 2012.
  2. ^ Muñoz, Sebastián; et al. (2011). The FASTRAC Mission: Operations Summary and Preliminary Experiment Results. 25th AIAA/USU Conference on Small Satellites. 9 August 2011. Logan, Utah. https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2011/all2011/24/을 참조하십시오.
  3. ^ "Past Missions". Texas Spacecraft Laboratory, University of Texas at Austin. Retrieved 24 October 2019.
  4. ^ "FASTRAC Project Overview". University of Texas at Austin. 2010-11-02. Archived from the original on 2010-11-14. Retrieved 2010-11-08.
  5. ^ Muñoz, Sebastian (2010-11-02). "FASTRAC News Archive". University of Texas at Austin. Archived from the original on 2010-11-14. Retrieved 2010-11-08.
  6. ^ 2011년 3월 24일 오스틴의 텍사스 대학교 보도 자료에서 UT 학생들이 주도하여 위성이 궤도를 돌고 통신하는 최초의 학생 개발 임무.
  7. ^ 스미스, A, 무뇨즈, S, 하겐, E, 존슨, G.P, & Lightsey, E.G.(2008, 8월) 제22회 USU/AIAA 소형위성회의, 유타 로건, SSC08-XII-4.
  8. ^ "FASTRAC Media Kit" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2011-07-20. Retrieved 2010-11-08.