Физическое моделирование и исследование характеристик подсистем навигации, ориентации и связи образовательного наноспутника формата CubeSat

Объект исследования - образовательный наноспутник (далее по тексту - НС) формата 2U CubeSat.
Предмет исследования – подсистема навигации для НС на околоземной орбите с приемником GPS/ГЛОНАСС, подсистема ориентации НС, подсистема связи НС с наземной станцией за форматом обмена данными AX.25 и BPSK модуляцией.
Целью работы является разработка подсистем навигации, ориентации и связи НС методами физического моделирования и экспериментального исследования основных параметров подсистем.
Основные задачи, которые решались для достижения вышеуказанной цели, состояли в разработке высокоточных подсистем навигации (определение: скорости - 0,05 м/с, высоты -5 м), ориентации и связи, которые можно использовать как унифицированные подсистемы для разных конструкций малогабаритных космических аппаратов. В том числе, обеспечение сбора телеметрии на борту НС, ее преобразование, сохранение результатов в собственном запоминающем устройстве с последующей передачей информации в другие подсистемы, как в реальном времени, так и с временной задержкой.
Получены следующие принципиально новые ценные научные результаты и новые научно-технические решения:
- физическая модель электронной платформы НС с подсистемами навигации, ориентации и связи ;
- математическая модель интегрирования траектории полета НС с использованием измерений ГЛОНАСС/GPS приемника, уточнение траектории полета спутника;
- разработаны высокоточные подсистемы навигации (определение: скорости - 0,05 м/с, высоты -5 м) и ориентации , которые можно использовать как унифицированные подсистемы для разных конструкций малогабаритных космических аппаратов. Это позволит усовершенствовать основные технические показатели подсистем навигации и ориентации НС за счет использования высокоточного приемника GPS/GLONASS сигналов, произведенного в Украине. Передача данных НС через последовательные интерфейсы RS-485, RS-422, RS-232 без использования специализированных протоколов обмена данными не дает возможность оценить количество утраченных пакетов и их целостность. Именно поэтому были реализованы необходимые протоколы для работы с GPS/ГЛОНАСС приемником CH-4706, и коммуникационный протокол для обмена данными с другими подсистемами, которые будут установлены на борту, которые дают возможность обмениваться актуальными данными своевременно и с минимальными потерями;
- разработана новая модель теплового состояния основных систем и в целом НС, которая учитывает положение спутника на орбите, тепловые нагрузки, которые действуют на него при этом, и генерацию тепла отдельными элементами систем;
- получены новые экспериментальные данные наземных исследований системы обеспечения тепловых режимов инженерной модели наноспутника, его элементов и модели спутника в условиях действия космических факторов;
- разработаны научно-технические рекомендации по моделированию подсистем связи, навигации и ориентации наноспутника POLYITAN-2-SAU;
- получены новые экспериментальные данные теплотехнических характеристик основных подсистем спутника. Разработана программа и методика испытания наноспутника в условиях влияния основных отрицательных факторов космического пространства с учетом его ориентации на орбите;
- разработано программное обеспечение для систем навигации и ориентации и связи НС.

Разработана эскизная конструкторская документация на летную модель студенческого наноспутника для международного проекта QB50 .

Габариты летной модели 100х100х225 мм, вес около 2,1 кг, максимальная потребляемая мощность - не больше 2,4 Вт. Электропитание обеспечено с помощью трех аккумуляторов и 4-х солнечных батарей. В подсистеме радиосвязи наноспутника использован радиотрансивер с частотой 437,95 МГц (вниз) и 145,5 МГц (вверх) с модуляцией BPSK, а также разработана подсистема навигации ГЛОНАСС/GPS с двумя антеннами для приёма навигационных сигналов.

Указанные новые научно-технические результаты позволяют создать принципиально новые конструкции и подсистемы малых космических аппаратов, в том числе наноспутников, и использовать их для нужд хозяйства Украины