Фізичне моделювання та дослідження характеристик підсистем навігації, орієнтації та зв’язку освітянського наносупутника формату CubeSat

Об'єкт дослідження - освітянський наносупутник (далі по тексту НС) формату 2U CubeSat.
Предмет дослідження – підсистема навігації для НС на навколоземній орбіті з приймачем GPS/ГЛОНАСС, підсистема орієнтації НС, підсистема зв’язку НС з наземною станцією за форматом обміну даними AX.25 і BPSK модуляцією.
Метою роботи є розробка підсистем навігації, орієнтації та зв’язку НС методами фізичного моделювання та експериментального дослідження основних параметрів підсистем.
Основні завдання, які вирішувались для досягнення вищевказаної мети, полягали у розробці високоточних підсистем навігації (визначення: швидкості - 0,05 м/с, висоти -5 м), орієнтації і зв’язку, які можна використовувати як уніфіковані підсистеми для різних конструкцій малогабаритних космічних апаратів. В тому числі, забезпечення збору телеметрії на борту НС, її перетворення, збереження результатів у власному запам’ятовуючому пристрої з наступною передачею інформації в інші підсистеми, як у реальному часі, так і з тимчасовою затримкою.
Отримані наступні принципово нові цінні наукові результати та нові науково-технічні рішення:
- фізична модель електронної платформи НС з підсистемами навігації, орієнтації та зв’язку ;
- математична модель інтегрування траєкторії польоту НС з використанням вимірювань ГЛОНАСС/GPS приймача, уточнення траєкторії польоту супутника ;
- розроблені високоточні підсистеми навігації (визначення: швидкості - 0,05 м/с, висоти -5 м), орієнтації і зв’язку, які можна використовувати як уніфіковані підсистеми для різних конструкцій малогабаритних космічних апаратів. Це дозволить удосконалити основні технічні показники підсистем навігації, орієнтації та зв’язку НС за рахунок використання високоточного приймача GPS/GLONASS сигналів, виробленого в Україні. Передача даних НС через послідовні інтерфейси RS-485, RS-422, RS-232 без використання спеціалізованих протоколів обміну даними не дає змогу оцінити кількість втрачених пакетів та їх цілісність. Саме тому були реалізовані необхідні протоколи для роботи з GPS/ГЛОНАСС приймачем CH-4706, та комунікаційний протокол для обміну даними з іншими підсистемами, що будуть встановлені на борту, які дають змогу обмінюватись актуальними даними вчасно і з мінімальними втратами;
- розроблено нову модель теплового стану основних систем та загалом НС, що враховує положення супутника на орбіті, теплові навантаження, що діють на нього при цьому, та генерацію тепла окремими елементами систем;
- отримані нові експериментальні дані наземних досліджень системи забезпечення теплових режимів інженерної моделі наносупутника, його елементів та моделі супутника в умовах дії космічних факторів;
- розроблені науково-технічні рекомендації по моделюванню підсистем зв’язку, навігації та орієнтації наносупутника POLYITAN-2-SAU;
- отримано нові експериментальні дані теплотехнічних характеристик основних підсистем супутника. Розроблено програму та методику випробування наносупутника за умов впливу основних негативних факторів космічного простору з урахуванням його орієнтації на орбіті;
- програмне забезпечення для систем навігації, орієнтації та зв’язку НС;
- розроблено ескізну конструкторську документацію на льотну модель студентського наносупутника за міжнародним проектом QB50 .

Габарити льотної моделі 100х100х225 мм, вага близько 2,1 кг, максимальна споживана потужність – не більше 2,4 Вт. Електроживлення забезпечено за допомогою трьох акумуляторів та 4-х сонячних батарей. В підсистемі радіозв'язку наносупутника використано радіотрансівер з частотою 437,95 МГц (вниз) и 145,5 МГц (вверх) з модуляцією BPSK, а також розроблена підсистема навігації ГЛОНАСС/GPS з двома антенами для приймання навігаційних сигналів.

Вказані нові науково-технічні результати дозволяють створити принципово нові конструкції та підсистеми малих космічних апаратів, в тому числі наносупутників, та використати їх для потреб господарства України