II. Satelit MIMOSA
Tato část poskytuje popis základních požadavků na satelit MIMOSA, jakož i detailní přehled vlastností vědeckého přístrojového vybavení a subsystémů satelitu potřebných pro zajištění jeho správné činnosti.
II.1. Přehled systému satelitu
Systém satelitu se skládá celkem ze šesti samostatných podsystémů, které se navzájem podporují v činnosti a mohou si též vyměňovat data o svém okamžitém stavu a údajích, které jsou jim k dispozici. Tato skutečnost je patrná z blokového schematu satelitu MIMOSA.
II.2. Přístrojové vybavení - payload
Jako jediný užitečný náklad satelitu MIMOSA je na palubě umístěn vysoce citlivý kapacitní akcelerometr s elektrostatickým závěsem setrvačné testovací hmoty. Jako funkčně nezbytná součást přístroje je zde uvažován mechanismus pro pohyb těžkým závažím ve třech vzájemně kolmých hlavních osách satelitu, který umožňuje velmi přesné ustavení těžiště družice na těžiště testovací setrvačné hmoty.
II.2.1. Mikroakcelerometr MAC
Mikroakcelerometr MAC je hlavním měřícím přístrojem na družici MIMOSA. Je umístěn co nejpřesněji v těžišti družice, aby se maximálně potlačil vliv odstředivých rušivých sil při rotaci družice na jeho měření. Jedná se o elektrostatický systém s krychlovou měrnou setrvačnou hmotou. Tato krychle je umístěna uvnitř přesné krychlové komůrky, na jejíchž stěnách jsou napařením vytvořeny dvojice elektrod. Napětí na elektrodách je řízeno lineárním servosystémem, který reguluje polohu krychle uvnitř dutiny tak, aby se co nejméně v každém okamžiku odchylovala od středu dutiny. Protože krychle má šest stupňů volnosti je zpětnovazebních regulačních smyček stejný počet a každá smyčka tvoří více méně nezávislý regulátor. Z důvodů linearizace řízení je použito konstantní předpětí pro každou čtveřici protilehlých elektrod. Teoretické zdůvodnění je uvedeno v práci [4]. Toto mechanické i elektronické uspořádání přístroje bylo s úspěchem vyzkoušeno při letu mikroakcelerometru MAC na družici RESURS a při experimentu na Space Shuttle, letu STS-79.
II.2.1.1. Čidlo MAC
Čidlo MAC je tvořeno velmi přesnou krychlovou setrvačnou hmotou, která se pohybuje uvnitř stejně přesné krychlové dutiny. Tato dutiny je vytvořena složením ze šesti přesně vybroušených kvádrů. Rozměr hrany krychle je 29,6 mm. Vnitřní rozměr jedné hrany krychlové dutiny je 30 mm. Přesnost všech rozměrů je cca 1mm. Kolmost všech stran je cca 1 oblouková vteřina. Tato extrémní přesnost je třeba pro dosažení potřebné přesnosti celého přístroje. Z důvodů dostatečné teplotní a časové stálosti mechanických parametrů těchto základních parametrů čidla jsou hranoly, ze kterých je sestavena dutina a stejně tak i měrná setrvačná krychle vyrobeny ze speciálního křemenného skla s velmi malým koeficientem teplotní roztažnosti. Aby nedošlo k přiblížení měrné krychličky ke stěnám dutiny na tak malou vzdálenost, že by i maximální dosažitelné napětí regulátoru již nedokázalo vrátit krychli do středu dutiny, je pohyb krychle uvnitř dutiny omezen dorazy vytvořenými na každém z hranolů na hodnotu ±20 mm od střední polohy. Výpočet, který dokládá vztah mezi maximální odchylkou od střední polohy a potřebným maximálním akčním a také polarizačním napětím je uveden v práci [5]. V této souvislosti si musíme uvědomit, že celá soustava je při elektrostatickém řízení bez zpětné vazby nestabilní (Viz. [5] Obr. 2.1. Regulační schéma) a lze si ji představit nejlépe jako balancování tužky postavené na svůj hrot. Je zřejmé, že pokud neomezíme možný odklon tužky od svislice a necháme ji třeba až zcela upadnout (tato situace je ekvivalentní dotyku měrné krychle na stěnu dutiny) není již možné ji jakoukoliv vodorovnou silou znovu postavit do svislé polohy. Proto je nutné vymezení pracovní oblasti pomocí dorazů na cca desetinu vzdálenosti mezi stěnou krychle a dutiny. Hranoly z nichž je sestavena dutina pro měrnou krychličku, jsou v požadovaných polohách fixovány klecí sešroubovanou z duralových křížů přes teflonové mezikusy. Na těchto křížích jsou upevněny desky polohových detektorů měrné krychličky označené jako POLDET.
Každá ze tří desek POLDET detekuje pomocí malého střídavého napětí o nulové střední hodnotě a frekvenci 250 kHz jednu translační a jednu rotační složku výchylky krychličky od střední polohy v dutině. POLDET pracuje na principu měření změn kapacity a jeho přesnost linearita a hlavně stabilita má zásadní vliv na celkové vlastnosti přístroje. Rozbor vlivu jednotlivých možných chyb detektoru POLDET na celkové vlastnosti mikroakcelerometru MAC je proveden v práci [6]. Protože změny kapacity pro krajní povolené výchylky měrné krychličky jsou asi ±2,5 pF a potřebná úroveň vlastního šumu POLDETu je asi 1000 x menší než jeho maximální výstupní napětí, odpovídá tedy úroveň šumu POLDET změně vstupní kapacity o ±0,0025 pF. Je vidět, že tato hodnota je extrémně malá a klade mimořádné nároky na rozměrovou stabilitu upevnění POLDET na vzhledem ke skleněným kvádrům, tvořícím měrnou dutinu. Celé čidlo včetně elektronických desek POLDET je pak umístěno v ochranném plechovém krytu a přes fixační díl připevněno ke stojánku v centru družice.
II.2.1.2. Blok elektroniky MAC
Blok elektroniky MAC je umístěn v jedné ze čtyř hlavních van tělesa družice MIMOSA. Blok elektroniky se skládá z následujících hlavních dílů:
- Napájecího zdroje a generátoru pomocných napětí
- Řídících obvodů polohy krychličky s přesnými převodníky napětí
- Řídícího počítače.
II.2.2. Vyvažovací mechanismus
Družice MIMOSA obsahuje tři jednoosé vyvažovací mechanismy pro osy X, Y a Z. Všechny tyto mechanismy jsou identické, proto tedy budeme popisovat pouze jeden z nich. Při pozemních zkouškách není možné těžiště družice změřit a nastavit s požadovanou přesností. Navíc je možné, že během startu by vlivem vibrací mohlo dojít např. k posunu kabelů uvnitř družice a poloha těžiště na oběžné dráze může být jiná než před startem. Možnost změny polohy těžiště již na oběžné dráze navíc pomůže při kalibraci mikroakcelerometru pomocí odstředivých sil.
Základem vyvažovacího mechanismu je masivní kuličkový šroub s vymezenou vůlí, který posunuje mosazné asi 1,500 kg těžké závaží rovnoběžně s danou osou družice. Tím, že uvnitř družice můžeme posouvat v každé ose takovouto hmotu o cca ±20 mm, můžeme měnit polohu těžiště družice o ±0,6 mm. Je tedy nutné, aby poloha těžiště družice před startem souhlasila asi na ±0,4 mm se středem měrné dutiny čidla MAC. Pohybem vyvažovacích hmot je pak možné na oběžné dráze vykompenzovat na základě údajů z akcelerometru a čidel orientace tento posun těžiště na hodnotu menší než 0,001 mm.
II.3. Telemetrický systém
Telemetrický systém obsahuje tři základní subsystémy:
- Datovou linku (Down Link) pro přenos dat na Zemi
- Povelovou linku (Up Link) pro přenos povelů na satelit
- Majáček
- Anténní systém
Majáček s výkonem 50 mW pracuje neustále. Převážná část informací, které majáček přenáší, jsou služební informace, ale do jeho bloku, jsou zařazeny i některá nejdůležitější vědecká data. Podobně datová linka přenáší převážně vědecká data, ale ta jsou doplněna o bloky služebních informací. Na satelitu nejsou striktně rozděleny kanály služebních a vědeckých dat, ale jsou použity dva nezávislé kanály, z nichž každý je do určité míry specializován. Protože sběr dat a formování bloku dat pro majáček představuje specifický problém, je popisu Služebního bloku a majáčku věnována samostatná kapitola.
II.3.1. Datová linka
Datová linka je tvořena dvěma nezávislými kanály pracujícími na kmitočtech 2,281 a 2,282 GHz. Každý kanál obsahuje jeden budič na nějž navazují dva koncové zesilovače.
Technické parametry každého z kanálů jsou následující:
| Kmitočet | 2,281 a 2,282 GHz |
| Modulace | bi-fázová FM, zdvih 52 nebo 13 kHz (povel.přepínání) |
| Přenosová kapacita | 80 nebo 20 kbps (povel.přepínání) |
| Výkon konc. stupňů | 2 x 1 W |
| Příkon konc. stupňů | 2,25 W |
| Příkon budiče | 2 W |
| Napájecí napětí | 7 V |
| Rozměry budiče | 90 x 70 x 25 mm |
| Rozměry konc. stupně | 60 x 50 x 20 mm |
| Hmotnost budiče | 250 g |
| Hmotnost k. stupně | 80 g |
Rezervy spoje pro příjem z pozemní stanice:
Šíře pásma přijímače 250 kHz
| Vzdálenost | [km] | 300 | 1500 | 3000 | 4500 |
| Odstup s/š | [dB] | 43.4 | 29.4 | 23.4 | 19.9 |
| Rezerva | [dB] | 29.4 | 15.4 | 9.4 | 5.9 |
Šíře pásma přijímače 300 kHz
| Vzdálenost | [km] | 300 | 1500 | 3000 | 4500 |
| Odstup s/š | [dB] | 49.6 | 35.6 | 29.6 | 26.1 |
| Rezerva | [dB] | 35.6 | 21.6 | 15.6 | 12.1 |
Rezervy spoje jsou pro příjem z pozemní stanice v Panské Vsi tak veliké, že je možno použít pro příjem i parabolu o průměru pouhých tří metrů (pro nižší přenosovou rychlost a šíří pásma přijímače 60 kHz) a příjímat tedy data i např. z mobilní stanice umístěné třeba přímo na observatoři v Ondřejově. Tato úvaha je velmi reálná, protože produkce dat a periodicita spojení je taková, že při použití nízké přenosové rychlosti je možno dostat na Zem cca 90% dat a při určité úpravě SW pravděpodobně ještě více.
II.3.2. Povelová linka
Povelové linky jsou převzaty z družice MAGION projektu INTERBALL jen s velmi malými úpravami. Byla zvýšena pouze jejich přenosová kapacita ze 2 povelů za vteřinu na 240 baud (odpovídá asi 50 povelů za sekundu). Jedná se o dvě totožné linky pracující na kmitočtech 450,200 a 450,250 MHz. Za povelovými přijímači jsou připojeny tzv. analogové dekodéry povelů, které převedou modulaci na sériový číslicový signál a za nimi pak následuje tzv. číslicový dekodér povelů, který provede dekódování sériového signálu z analogových dekodérů na jednotlivé reléové povely (krátké pulsy pro ovládání polarizovaných relé) nebo na paralelní formu povelů. Paralelní formou rozumíme 8 - bitový paralelní signál doplněný o Strobe.
Technické parametry povelového přijímače jsou následující:
| Šumové číslo přijímače | < 1 dB |
| Šíře pásma | 25 kHz |
| Modulace synchronizace | AM 40% 1200 Hz |
| Modulace Data | FSK, log. "0" = 4800 Hz, log. "1" = 7200 Hz |
| Příkon přijímače | 0,35 W (oba přijímače dohromady 0,7 W trvale) |
| Napájecí napětí | 5,5 - 8 V |
| Předběžné rozměry | 120 x 70 x 25 mm |
| Předběžná hmotnost | 300 g |
Reservy pro povelový spoj:
| Vzdálenost | [km] | 300 | 1500 | 3000 | 4500 |
| Odstup s/š | [dB] | 56.4 | 42.5 | 36.4 | 32.9 |
| Rezerva | [dB] | 36.4 | 22.5 | 16.4 | 12.9 |
Tato reserva se využije při rotaci družice na nerovnoměrnost vyzařovací charakteristiky přijímacích antén a pro přídavné ztráty při minimálním odstupu s/š 20 dB.
II.3.3. Majáček
Majáček je relativně samostatným blokem, co možná nejméně závislým na ostatních subsystémech satelitu MIMOSA. Skládá se ze tří základních bloků. Bloku spínačů, bloku sběru a zpracování služebních dat a z vlastního vysílače s anténou, které označujeme společně jako majáček. Tento blok slouží k řešení havarijních situací a pomáhá při zjišťování stavu satelitu, jeho polohy a jeho identifikaci. Na rozdíl od datové linky DW pracuje tento blok nepřetržitě. Blok sběru a zpracování služebních dat měří a sbírá služební data na těch místech satelitu, kde nejsou umístěny nějaké přístroje s vlastní inteligencí, které dodávají služební data spolu s daty vědeckými po svých komunikačních linkách. Takovým typickým blokem je třeba systém magnetických cívek (MC), který obsahuje pouze cívky a jejich spínače a nemá žádnou zpětnou linku. Teplota těchto spínačů, cívek a např. proud, který cívkami teče musí zjišťovat jiný subsystém. Podobně například teploty v některých uzlových místech konstrukce musí měřit tento nezávislý subsystém, protože konstrukce sama není vybavena žádnou možností komunikace a přístroje na ni nejsou rozloženy rovnoměrně. Je vhodné tento subsystém spojit s napájecím subsystémem, neboť na straně jedné jsou informace o stavu energetického systému družice jedny z nejpotřebnějších zejména v případech, kdy je energie málo a zapnutí vysílačů a koncových stupňů datové linky by bylo velmi riskantní. Dalším důvodem propojení energetického systému a nouzového majáčku je fakt, že majáček vysílá velmi pomalu s úzkou šíří pásma a i děje v energetickém napájecím systému jsou velmi pomalé z hlediska výpočetního výkonu i velmi malého mikropočítače. Vzhledem k těmto skutečnostem se nabízí využít pro oba subsystémy jediný mikropočítač
Majáček sestává z jednoduchého vysílače s vlastním modulátorem a vysílací antény.
Parametry majáčku jsou následující:
| Pracovní frekvence | 137,150 MHz |
| Přenosová kapacita | 5 kbaud |
| Modulace | bi-fázová FM |
| Kmitočtový zdvih | 10 kHz |
| Výstupní výkon | 50 mW |
| Příkon | 100 mW, trvalá spotřeba |
| Typ vys. antény | Helical |
| Zisk vys. antény | -6 dB |
II.3.4. Anténní systém
Anténní systém telemetrie se skládá ze šesti antén, dvou přijímacích antén povelových přijímačů pro 450 MHz a čtyř vysílacích antén na 2,28 GHz pro koncové stupně datových vysílačů. Sedmou anténou na družici je vysílací anténa majáčku pro 137 MHz.
Přijímací antény na 450 MHz jsou typu Helical, se ziskem - 8 dB. Vysílací antény na 2,28 GHz jsou smyčkové, se ziskem 0 dB. Anténa majáčku na 137 MHz je také typu Helical a její zisk je -6 dB.
II.4. Palubní počítač
II.4.1. Hlavní palubní počítač
Činnost systému satelitu je možné upravovat dvěma způsoby, jednak přes povelovou linku a za druhé palubním počítačem. Základní řídící jednotkou je palubní počítač, který obsahuje blok hlavního počítače a blok záložního počítače (viz příloha "Blokové Schéma palubního počítače"). Každý z bloků palubního počítače je schopen pracovat samostatně a obsahuje vlastní modul připojení na napájecí palubní síť, modul pevné paměti PROM s řídícím programem, modul statické paměti RAM pro ukládání dat během obletu , modul sériového styku se sběrnicemi RS 422. Zdvojení systému palubního počítače je provedeno s cílem zvýšit spolehlivost systému metodou zálohování. Rozhodnutí o tom, který z bloků bude připojen k systému satelitu je ponecháno na pozemní stanici a ovládání je vedeno přes povelovou linku.
Řízení povelovou linkou má nejvyšší prioritu a přijaté dekódované povely umožňují operativní zásah do probíhajících funkcí satelitu.
II.4.2. Obvodové řešení hlavního a záložního počítače
Každý z bloků počítačů obsahuje 16 bitový CMOS mikrokontroler SIEMEMS SAB 80C166, blok pevné paměti PROM s řídícím programem, blok paměti RAM s kapacitou 2Mbyty, obvody styku se sériovými linkami RS 422 zabezpečujícími komunikaci s jednotlivými periferiemi satelitu, adresový dekodér a blok stabilizace napájecího napětí. Zapnutí jednotlivých počítačů je prováděno přes povelový systém, který předá služebnímu bloku povel pro zapnutí nebo vypnutí . Služební blok připojí nebo odpojí bloky počítačů od napájecí sítě satelitu a průběžně sleduje stav odebíraného výkonu z palubní sítě.
Každý blok palubního počítače má vlastní adresovou, datovou a řídící sběrnici. Z vnějšího pohledu jsou počítačové bloky přístupny pouze po sedmi sériových linkách RS 422 a jednom paralelním rozhraní pro styk s povelovým dekodérem. Sériové linky spolupracují s centrálním mikrokontrolerem SAB za použití obvodů UART a podpory přerušovacího systému procesoru.
Hlavní i záložní počítač je umístěn na samostatné desce vsunuté do základové desky palubního počítače. Obvody s vysokým stupněm integrace jsou opatřeny stínícím titanovým krytem pro omezení vlivu radiace. Desky jednotlivých počítačů jsou po obou stranách zastíněny nemagnetickým vodivým krytem pro odstínění elektromagnetického vyzařování na vyšších kmitočtech odpovídajících taktovacímu kmitočtu procesorů a jejich harmonických násobků. Elektromagnetické stínění je provedeno pocínovaným měděným plechem o tl.0,1 až 0,2 mm.
SAB 80C166 je jednočipový 16 bitový CMOS mikrokontroler s maximálním taktovacím kmitočtem 40MHz , letový taktovací kmitočet bude stanoven po definitivním odladění letového řídícího programu a je předpokládán v oblasti 2 až 10 MHz.
Předávání řídících povelů periferním jednotkám a sběr informací včetně přenosu měřených dat v systému satelitu je realizováno po sériových linkách RS 422 hvězdicově připojených k blokům palubních počítačů. Ovládané periferie systému jsou vybaveny vlastním řídícím mikrokontrolerem, nebo řídící logikou, která zajišťuje činnost periferie a zprostředkovává komunikaci. V činnosti je vždy pouze jeden z bloků počítačů nebo žádný, druhý blok nebo oba jsou ve vypnutém stavu. Řízení periferií a sběr dat provádí zvolený blok palubního počítače sekvenčně tak, že se postupně připojuje k periferiím, kterým případně předá patřičný povel a odebere naměřená data. Periferie nemají povolen interaptový přístup k palubnímu počítači a musí čekat na obsluhu.
II.4.3. Software
Řídící letový program je obsažen v pevně programovatelných paměťových obvodech PROM, které jsou součástí každého počítače. Po připojení na napájecí napětí povelem z povelového přijímače, začíná čítač adres příslušného mikrokontroleru adresovat paměťový prostor od nulté adresy. Letový program provede inicializaci počítačového systému a vnitřní test zahrnující prověření prostoru paměti RAM, kam je následně přenesen řídící program.
Řídící programové vybavení satelitu bude optimalizováno z hlediska rychlosti provádění řídících operací tak, aby řídící program bylo možné umístit v nízko kapacitních PROM obvodech s nižší hustotou integrace a nižší spotřebou, tedy nižším vyzářeným tepelným výkonem a následně vyšší spolehlivostí. Optimalizovaný řídící program umožní snížit taktovací kmitočet procesoru a tím snížit příkon palubního počítače. Instrukční soubor je orientován na účinnou řídící činnost užitím logických operací nad prostorem datových typů bit, byte, 16 bit word. Většina instrukcí procesoru je provedena v jednou strojovém cyklu. Řízení funkce systému satelitu je realizováno z pozemní stanice přes povelový systém. Interní palubní počítač je připojen k činnosti příslušným povelem z řídícího střediska na zemi.
II.5. Technologický blok
Technologický blok je složen z bloku slunečních panelů a bloku napájecí soustavy.
II.5.1. Sluneční panely
Osvětlené sluneční panely konvertují v nich absorbovanou energii na energii elektrickou. Slunečních panelů je celkem 17 a tvoří blok slunečních panelů, který můžeme nazvat sluneční baterií.
Slunečními panely je na družici MIMOSA pokryto 17 čtvercových ploch z celkového počtu 18, každá o rozměru 220x220 mm. To je patrné z obrázku družice např. na obalu této zprávy. Samotný panel je tvořen rámečkem slunečního panelu, skládající se ze 6 nosníkových dílů. Rámeček nese velkou desku pro tištěné spoje. Ta má rozměr 217,5x217,5x1,5 mm a na své vrchní straně nese zdvojené sluneční články uspořádané do "šindelové" struktury.
Výstup ze všech panelů je spojen paralelně přes ochranné diody.
Každý z panelů je sestaven ze sériového spojení 48 solárních křemíkových článků o velikosti 32,3x24,6x0,3 mm. Výrobce článků je firma SOLARTEC s.r.o., Rožnov pod Radhoštěm.
Na jednotlivých článcích je nalepeno ochranné sklíčko (32,3x23,3x0,4 mm) s pokoveným povrchem, který je spojen s kostrou družice, a tak je zajištěn svod vznikajícího náboje.
Dvojice článků jsou přemostěny diodou zajišťující funkci panelu i při zastínění plochy příslušné dvojice článků anténou.
Šest panelů má na sobě umístěná Pt teplotní čidla. Jednotlivé výstupní proudy z těchto 6 panelů, umístěných protilehle ve třech navzájem kolmých osách, je možné měřit. Tím je umožněno jejich použití jako náhradních slunečních čidel.
Panel je konstruován tak, aby bylo minimalizováno rušivé magnetické pole vzniklé průtokem proudu solárními články.
Výstupní napětí panelů kolísá podle osvětlení a teploty od 10 do 30 V. Celkový příkon z panelů předpokládáme do 24W.
II.5.2. Napájecí soustava
Blok napájecí soustavy konvertuje výkon ze slunečních panelů a interních akumulátorů, umístěných v tomto bloku, na napájecí napětí a proud pro jednotlivé bloky. Schema napájecí soustavy je v Příloze 5.
Napájecí soustava zajišťuje jištění napájení jednotlivých bloků pomocí elektronických pojistek. Při dvojnásobném překročení jmenovitého proudu bloku je blok po 2 sekundách vypnut. Dále je zde zajištěno případné vypínání a zapínání těchto bloků elektronickými spínači a distribuce výstupních napětí do jednotlivých bloků.
V soustavě je 6 Li-Ion akumulátorů, které je možné jednotlivě připínat elektronickými spínači do všech pozic výstupní trojice akumulátorů nebo na měřící obvod, či na jednu ze tří nabíječek, případně je úplně odepnout.
Zálohování je zajištěno tím, že jsou vestavěny dva automaticky přepínané primární měniče, rovněž i použitím dvou automaticky přepínaných sekundárních měničů pro dvě výstupní napájecí napětí +6,5V a +5,4V. Podobně jsou zde dva rozběhové měniče. počítačem. Zálohování akumulátorů je vícenásobné, každý akumulátor je možné nahradit jiným. Minimální konfigurace pro mód práce s akumulátory jsou tři nabité funkční akumulátory.
V bloku napájecí soustavy je umístěn sběr technologických dat, a to z čidel teploty, dále obvody pro měření proudu a napětí. Tato data jsou příslušně elektricky zpracována, multiplexována a digitalizována rychlým převodníkem ADC.
Blok obsahuje zálohovanou paměť dublovanými bateriemi pro záznam stavu zapnutí jednotlivých měničů, připojení akumulátorů, řízení pracovního bodu primárního měniče, ale i stavu zapnutí nebo vypnutí dalších bloků družice a dalších důležitých funkcí. Tak je možné uchovat stavovou informaci i při úplné ztrátě vstupu primární energie ze slunečních panelů a z akumulátorů např. při vstupu družice do stínu s vybitými akumulátory. Po výstupu ze stínu pak bude soustava inicializována do stavu před výpadkem.
Napájecí soustava také obsahuje desku služebního bloku, na které je generátor palubního času v délce 3byte a synchronizačního kmitočtu. Deska zajišťuje komunikaci s palubním počítačem, který může řídit napájecí soustavu. Tato deska rovněž zajišťuje řízení napájecí soustavy povely z číslicového dekodéru povelů vyslaných ze Země. Naposled zmíněné řízení má nejvyšší prioritu.
Deska služebního bloku generuje datový signál pro modulátor majáčku. Na desce služebního bloku jsou dva tzv. hlídací psi pro napájení bloků vysílačů zajišťující automatické vypnutí těchto bloků po 20 minutách, pokud dříve nepřijde další řídící povel z počítače. Hlídací pes pro hlavní palubní počítač a pro záložní počítač má na starosti přepnutí řízení na počítač, který právě neběží, pokud právě zapnutý počítač neobnoví aktualizaci stavu tohoto hlídacího psa ani po trojnásobném vyslání signálu RESET.
V napájecí soustavě je také umístěn měnič dobíjení z palubní sítě nosné rakety.
Propojovací deska je nejvýše mechanicky umístěnou deskou bloku napájecí soustavy a spojena s konektory umístěnými na všech čtyřech stranách desky. Propojovací deska slouží nejen k rozvodu všech vodičů mezi napájecí soustavou a ostatními bloky, ale i mezi dalšími bloky, případně čidly, navzájem.
II.6. Orientace a poloha satelitu
Účelem tohoto subsystému je umožnit určení okamžité polohy a orientace satelitu v geocentrickém referenčním systému s dostatečnou přesností.
Pro určení orientace satelitu platí požadavek přesnosti vyšší než 1o požadovaná přesnost určení polohy satelitu ve dráze je následující:
| ve směru vektru rychlosti | < 20 km |
| boční | < 5 km |
| výška | < 5 km |
Orientace se na palubě satelitu MIMOSA měří pomocí dvou subsystémů:
- 8 slunečních čidel, jejichž výstupy jsou zpracovány blokem DSP procesoru magnetometrem
- Změna úhlové rychlosti rotace satelitu kolem těžiště je dosahována systémem 3 párů elektromagnetických cívek.
II.6.1 Sluneční čidla
Systém se skládá z Centrální řídící a výpočetní části (CPU) a jednotlivých sensorů. Blok CPU obsahuje DSP procesor s vlastním oscilátorem. Jednotlivé kalibrační konstanty sensorů i části programu je možné modifikovat ze Země. Přístroj předává na požádání nadřízeného počítače či telemetrického systému aktuální odměřené úhly, přiřazování absolutního času provádí v dosavadní verzi tento nadřízený systém. Přístroj přijímá a vysílá data po sériové sběrnici.
Ovlivnění činnosti na dráze :
Citlivost zařízení na radiaci je dána citlivostí elektronických součástek. V průběhu času bude docházet ke snížení citlivosti fotocitlivých elementů, obdobně jako dochází k degradaci slunečních panelů. Jelikož všechny elementy jsou vyrobeny z jediného řezu monokrystalu, dá se předpokládat, že degradace jednotlivých elementů bude probíhat stejnou rychlostí, což při zvoleném způsobu zpracování (algoritmus zpracování využívá relativní citlivosti jednotlivých elementů) neovlivňuje přesnost měření. Zkušenosti s provozem Magionu 4 ukazují, že jednotlivé elementy degradují víceméně stejně, přestože jeho dráha je podstatně více radiačně namáhaná.
II.6.1.1 Funkční parametry
Systém slouží k určení směru na Slunce v souřadnicích družice resp. sensoru Slunce.
Přesnost : < 0,5° ; typ. 0,2° až 0,3° do odchylky Slunce ±35° od osy sensoru; < 1,3° pro větší odchylky
Rozlišovací schopnost : 0,05°
Zorný úhel : maximálně ±80°, v zorném úhlu nesmí být žádné předměty, které by sensor zastiňovaly nebo by na něj odrážely sluneční záření. Zorný úhel je výhodné zúžit clonou, zmenší se tak možné parazitní chyby vzniklé odraženým světlem od Země a nároky na umístění sensoru.
II.6.1.2 Ostatní parametry
Hmotnost : CPU cca 0,75 kg, sensor < 0,1 kg
Napájecí napětí : 28V; 12V až 50V pracovní rozsah vstupního měniče.
Spotřeba : CPU 350mW, sensor (1ks) max. 100mW + účinnost měničů. Jednotlivé sensory lze vypínat.
II.6.2 Magnetometr
Fluxgate magnetometr je doplňkový přístroj pro měření okamžité orientace satelitu v prostoru. Základním požadavkem je, aby poskytoval údaj o orientaci satelitu ke každému akcelerometrem provedenému měření, t.j. s frekvencí cca 1Hz a s přesností cca 1deg. Požadovaný měřicí rozsah magnetometru je 65 000 nT s rozlišením 1 nT. Magnetometr má stabilitu cca 5nT/den. Teplotní koeficient je cca 0.2nT/deg a lienarita výstupu je 0.01 procenta. Hmotnost magnetometru je cca 300g a spotřeba cca 300mW v analogové části. Napájecí napětí je z primární sítě satelitu o nominálním napětí 7V.
II.6.3 Magnetická stabilizace
Magnetické cívky jsou výkonnými členy systému magnetické stabilizace. Mohou fungovat ve dvou režimech, a to v pasivním a aktivním. V pasivním režimu jsou všechny cívky pouze propojeny do krátka a při rotaci družice v magnetickém poli Země se v nich indukuje napětí, které vyvolá proud působící proti této rotaci. Tento režim je základním režimem funkce MC a je automaticky nastaven po oddělení satelitu od raketového nosiče. Druhým režimem je režim aktivní stabilizace. Při tomto režimu je do jednotlivých cívek pouštěn proud který vyvolá vlastní magnetické pole družice a toto pole interakcí s magnetickým polem Země může družici buď účinněji zpomalovat nebo naopak roztáčet kolem dané osy. Jako optimální se podle předběžných odhadů jeví rotace o velikosti asi jedné otáčky za 15 minut. Tato rotace již neohrožuje při dobrém vyvážení těžiště měření akcelerometrem a současně zabezpečuje rovnoměrný teplotní režim družice. Řízené rotace je nutno použít také pro kalibraci akcelerometru na oběžné dráze. Systém magnetických cívek je velmi jednoduchý, bez jakékoliv inteligence a zahrnuje pouze tři cívky (či páry cívek pro každou osu) a jejich výkonové spínače, které jsou přímo řízeny paralelním osmibitovým portem palubního počítače spolu se signálem STROBE. Cívky jsou umístěny pod slunečními panely.
II.6.4 Poloha satelitu
Jako alternativa k systému dálkoměru (viz popis pozemní stanice) pro přesné určování polohy satelitu na oběžné dráze je zvažováno použití navigačního systému GPS. Vzhledem k existujícím omezením využití přesného signálu z GPS satelitů se jeví v současné době tato alternativa velmi nepravděpodobná.
II.7. Mechanická konstrukce satelitu MIMOSA
II.7.1. Těleso satelitu
Základní podmínkou úspěšného uskutečnění vědeckého záměru projektu je umístění akcelerometru MACEK v prostorově symetrické samostatné družici. Vnější tvar družice je proto navržen jako kouli se blížící 26 stěn se základní délkou hrany každé stěny 220 mm, což je zřejmé z obrázku. Průměr družici opsané koule bez vnějších komunikačních antén je potom 617 mm.
Tento tvar a celá koncepce vnějšího obalu družice vhodně spojuje jak zmíněné vědecké potřeby, tak i technologické nároky jednoduchosti výroby a snadné dostupnosti vnitřních systémů během montáže a provozních zkoušek. Základní konstrukční požadavky respektované při návrhu tělesa družice lze potom shrnout do těchto zásad:
- dokonalý přístup ke všem subsystémům v etapě montáže a oživování celkového systému družice
- mechanická tuhost konstrukce družice
- opakovatelnost polohy jednotlivých dílů konstrukce po demontážích
- geometrická podobnost základních modulů tělesa satelitu pro snížení nákladů při opakované výrobě
- dobrý styk konstrukčních prvků družice pro zajištění maximální tepelné vodivosti konstrukce
Samotné vany jsou tenkostěnné odlitky z Al-slitiny, upravené pro montáž a v maximálně možné míře odlehčené. Na dvě z nich jsou potom připevněny dvojice postranic z plechu opět Al-slitiny, které ponesou některé lehčí prvky vnitřní výbavy družice. Poněvadž původní koncepce připevnění akcelerometru MACEK s deskou základny pomocí věžového dílu nebyla úplně nejvýhodnější, na základě dynamické analýzy jsme se rozhodli toto uspořádání změnit. Úplně jsme odstranili věžový díl a akcelerometr jsme v návrhu připevnili přímo na dva postranní příčníky.
Akcelerometr je i tak umístěný v těžišti družice a odstranily se nežádoucí nizké základní frekvence družice.
Všechny nosné části družice jsou navrženy tak, aby jejich vnitřním vzájemným šroubovým spojením vzniklo velmi kompaktní a tuhé základní těleso družice. Jedná se zde o všechny čtyři vany, postranní vany, vrchní desku a spodní desku základny. Potom se lze domnívat, že celková mechanická odolnost družice v operační fázi, ale především v nejvíce kritické startovní fázi bude dostatečná. Přesto již byly provedeny úspěšné teoretické pevnostní výpočty na zjednodušeném numerickém modelu družice a v budoucnu se plánují i praktické zátěžové testy na předletovém modelu družice MIMOSA. Současně se propojením nosných částí výrazně zlepšuje vnitřní rozvod tepla, důležitý faktor optimální funkce většiny elektronických subsystémů v satelitech na oběžné dráze.
II.7.2. Rozhraní nosiče
V rámci definice kompatibility s nosičem se posuzuje vnější i vnitřní způsobilost satelitu pro daný nosič. Jedná se zejména o zajištění mechanického, elektrického a oddělovacího propojení s nosičem, posouzení vzájemných rozměrových, hmotnostních, bezpečnostních a případně dalších žádaných požadavků.
II.7.3. Regulace teploty
Regulace teploty na palubě satelitu bude pouze pasivními prostředky s jedinou výjimkou u akumulátorů napájecí soustavy, kde bude zajištěno lokální ohřátí akumulátorů v případě nebezpečného podchlazení.
Pasivními prostředky regulace teploty jsou povrchové úpravy bloků včetně užití vícevrstvých izolačních folií a uzpůsobení mechanické konstrukce k dokonalejšímu rovodu tepla ve skeletu satelitu.
Last update Friday, October 30, 1998.
Vaše dotazy zodpoví a připomínky uvíta webmaster.