Polski satelita studencki Materiały informacyjne 2014
Skontaktuj się z nami Inna Uwarowa Koordynator Projektu PW-Sat2 Artur Łukasik Wicekoordynator Projektu PW-Sat2 Dominik Roszkowski Koordynator ds. Promocji PW-Sat2 prof. dr hab. inż. Piotr Wolański Opiekun naukowy Studenckiego Koła Astronautycznego E iouvarova@gmail.com T +48 663 443 884 E artur.mikolaj.lukasik@gmail.com T +48 504 998 074 E dominik.roszkowski@gmail.com T +48 666 936 441 E wolanski@itc.pw.edu.pl www.pw-sat.pl pwsat2@gmail.com /PWSat2 wrzesień 2014 wizualizacje 3D: Dima Romanov
Spis treści PW-Sat2 PW-Sat Problem śmieci kosmicznych Czym jest CubeSat? 4 7 8 9
PW-Sat2 Projekt polskich studentów Rok po udanym starcie PW-Sata pierwszego polskiego satelity studenckiego przyszedł czas na kolejne duże przedsięwzięcie Studenckiego Koła Astronautycznego PW-Sat2. Nowy zespół złożony ze studentów różnych wydziałów Politechniki Warszaw-skiej, korzystając z doświadczenia swoich poprzedników, rozpoczął prace nad dwukrotnie większym satelitą wyposażonym w znacznie bardziej zaawansowane podzespoły. W pracach nad PW-Satem2 cele edukacyjne są priorytetem. Oprócz możliwości zebrania doświadczenia przy projektowaniu zaawansowanego satelity istnieją również inne okazje do rozwoju, takie jak prace przejściowe, inżynierskie i magisterskie na tematy związane z satelitą i eksperymentami. W kolejnej odsłonie wróciliśmy do idei żagla deorbitacyjnego, tym razem rozwijanego na konstrukcji ze sprężyn. Zdecydowaliśmy się również na wykorzystanie standardu CubeSat 2U (20x10x10 cm). Problem śmieci kosmicznych zyskuje na znaczeniu i uważamy, że to najlepszy czas na tego typu eksperymenty. Najważniejsze elementy PW-Sata2 to: Żagiel deorbitacyjny Czujnik słoneczny Rozkładane panele słoneczne Kamera do obserwacji żagla PW-Sat był pierwszym polskim satelitą studenckim. Znalazł się na orbicie 13 lutego 2012 r. i pozostanie na niej jeszcze przez co najmniej dwa lata. Żagiel deorbitacyjny W PW-Sacie2 systemem deorbitującym jest żagiel otwierany za satelitą. Jego zadaniem będzie zwiększenie oporu aerodynamicznego, który na niskich orbitach jest wciąż znaczącym czynnikiem powodującym degradację orbity. Dzięki temu satelita po przeprowadzeniu pozostałych eksperymentów i otrzymaniu sygnału z Ziemi rozłoży strukturę przypominającą spadochron i zacznie obniżać orbitę, by docelowo spłonąć w atmosferze. Aktualnie trwają prace koncepcyjne nad różnymi metodami otwierania żagla. Testowano pomysły rozważane przy poprzednim satelicie przede wszystkim z rozkładaniem folii za pomocą materiału z pamięcią kształtu. Ostatecznie wybrano nowe rozwiązanie trwają zaawansowane prace nad żaglem wysuwanym na odległość kilkudziesięciu centymetrów za satelitę i otwieranym za pomocą czterech ramion (sprężyn płaskich). Wizualizacja otwartego żagla 4
PW-Sat2 Czujnik słoneczny i rozkładane panele słoneczne Nasz satelita będzie miał na pokładzie dwa dodatkowe eksperymenty. Pierwszym jest czujnik słoneczny służący do zorientowania się satelity w przestrzeni. Większość satelitów na orbicie musi być skierowanych w konkretne miejsce na niebie (np. w przypadku teleskopów) lub Ziemi (kamery satelitarne). By obrócić satelitę potrzebne są odpowiednie silniki, które ten obrót umożliwią oraz swoisty kompas, który wskaże kierunek obrotu. Czujnik Słoneczny jest właśnie przykładem satelitarnego kompasu, który dostarczy informacji potrzebnych do prawidłowego ustawienia paneli słonecznych PW-Sata2 Naszą ambicją jest stworzenie czujnika, którego wielkość, masa i dokładność będą porównywalne z rozwiązaniami komercyjnymi. Nieskomplikowana konstrukcja sprawi, że będzie prostszy w pro-dukcji, a dzięki temu tańszy. Pozwoli to na wykorzystywanie go przez inne zespoły studenckie z całego świata. PW-Sat2 wyposażony będzie także w rozkładane panele słoneczne, zwiększające powierzchnię Stanowisko do testowania Czujnika Słońca fotoogniw, niezbędnych do zasilania satelity. Oba panele mają wielkość ok. 10 x 20 cm i są umieszczone symetrycznie na przeciwległych ściankach satelity. W trakcie startu satelita pozostaje w stanie złożonym - panele utrzymywane są za pomocą bardzo wytrzymałej tzw. linki Dyneema. Po umieszczeniu PW-Sata2 na orbicie nadany zostanie sygnał do przepalenia linki i zwolnienia mechanizmu otwierania paneli. Kamera do transmisji otwarcia żagla na orbicie Zdecydowaliśmy się także na umieszczenie na pokładzie satelity kamery przeznaczonej do rejestracji momentu rozwinięcia żagla na orbicie. W naszym projekcie chcemy wykorzystać kamery płytkowe. Mają one małe wymiary, są lekkie, posiadają nieskomplikowany układ optyczny oraz dobre parametry rozdzielcze. Takie kamery używają matrycy CCD lub CMOS umieszczonej na płytce PCB. Ważnym założeniem jest również automatyzacja działań satelity, dzięki czemu w przypadku problemów w komunikacji z Ziemią satelita samodzielnie wykona swoją misję po upływie ustalonego czasu. Pierwsze polskie zdjęcia z kosmosu wykonał gen. Mirosław Hermaszewski, w trakcie swojego lotu kosmicznego w 1978 r. za pomocą aparatu fotograficznego. PW-Sat2 ma szanse być pierwszym polskim satelitą, który wykona zdjęcia Ziemi. Prototyp kamery do obserwacji żagla 5
PW-Sat2 Podsumowanie PW-Sat2 jest projektem wyjątkowym także ze względu na ludzi, którzy nad nim pracują. W przedsięwzięciu biorą udział studenci z wielu wydziałów Politechniki Warszawskiej, a pomocą służą naukowcy z Uczelni. Większość podsystemów satelity to nasze oryginalne pomysły, realizowane także jako prace dyplomowe na Uczelni. Dzięki doświadczeniu zdobytemu w projektach edukacyjnych Europejskiej Agencji Kosmicznej nasze rozwiązania techniczne spełniają rygorystyczne wymagania stawiane profesjonalnym misjom kosmicznym. Przewidywany czas trwania projektu to około 3 lata poczynając od 4 stycznia 2014. Przez ten czas chcemy wykształcić ponad 30 inżynierów w dziedzinie kosmonautyki, około 10 studentów będzie pisało prace dyplomowe i przechodziło praktyki powiązane z projektowaniem ładunków użytecznych i podsystemów PW-Sata2. Wierzymy, że udział w tym projekcie pomoże studentom zdobyć miejsca pracy w polskiej branży kosmicznej. Wizualizacja PW-Sata2 Szacowane koszty przedsięwzięcia PW-Sat2 Platforma 3 000 Komputer pokładowy Moduł zasilania Ogniwa fotowoltaiczne Moduł komunikacji System kontroli orientacji Struktura mechaniczna 4 500 9 000 12 000 8 000 3 500 Razem 40 000 Eksperyment Kamera Żagiel deorbitacyjny Czujnik słoneczny 1 000 7 500 5 500 Razem 14 000 Start Koszty przygotowania i wysłania satelity na orbitę Promocja 250 000 2 000 Razem 252 000 Przewidywany koszt projektu 306 000 ok. 1 280 000 zł 6
PW-Sat Pierwszy polski satelita studencki 13 lutego 2012 roku na orbicie okołoziemskiej znalazł się pierwszy polski satelita studencki - PW-Sat. Urządzenie, którego pomysł stworzenia zrodził się w 2004 r. wśród studentów Politechniki Warszawskiej. Po ponad 7 latach zostało skonstruowane wspólnymi siłami studentów i współpracujących z nimi naukowców z Centrum Badań Kosmicznych PAN. PW-Sat miał przetestować nowatorską koncepcję walki z problemem kosmicznych śmieci. Rozłożony ogon miał zadziałać niczym kosmiczny hamulec zwiększając powierzchnię i opór aerodynamiczny satelity. Przyśpieszyłoby to proces deorbitacji, czyli zejścia z orbity w atmosferę i całkowitego spalenia się w niej. Eksperyment miał być demonstratorem technologii sprowadzania niepotrzebnych obiektów kosmicznych z orbity do atmosfery ziemskiej. Dodatkowo na ogonie zostały zamontowane elastyczne panele fotowoltaiczne. PW-Sat miał przetestować ich zastosowanie w przestrzeni kosmicznej. Ogon PW-Sata. Fot. A. Kotarba PW-Sat - model inżynieryjny. Fot. A. Kotarba Polski zespół, wraz z sześcioma innymi z całej Europy, zdobył miejsce dla swojego satelity na europejskiej rakiecie VEGA w ramach konkursu zorganizowanego dla studentów przez Europejską Agencję Kosmiczną. Po spełnieniu rygorystycznych wymagań i pomyślnym przejściu wszystkich testów specjaliści z ESA dopuścili PW-Sata do lotu na ich nowej rakiecie. Udany start, umieszczenie urządzenia na orbicie Ziemi, rozłożenie anten i odebranie sygnału z satelity było już znaczącym sukcesem. To osiągnięcie udało się tylko 3 z 7 studenckich satelitów wyniesionych na tej samej rakiecie co PW-Sat. Aktywny kontakt z satelitą trwał kilka miesięcy od momentu umieszczenia go na orbicie. Misje tego typu nie różnią się od profesjonalnych, realizowanych przez agencje kosmiczne, jednak najczęściej użyte komponenty są o wiele tańsze, co oznacza niższą jakość i krótszy czas działania na orbicie. Podobnie było w przypadku PW-Sata, jego misja była bardzo krótka i satelita przeszedł w stan całkowitej hibernacji ponad pół roku po wystrzeleniu. Zawiódł wtedy jeden podsystemów zakupionych od zewnętrznej firmy. Przyczyniło się to do trudności z odebraniem przez satelitę komendy otworzenia ogona. Nasz nowy satelita, PW-Sat2, będzie gotów zmierzyć się z taką awarią i wykona misję automatycznie, nawet w razie utraty kontaktu z satelitą. 7
Kosmiczne śmieci Problem kosmicznych śmieci Od 1957 roku ludzkość wysyła obiekty kosmiczne na orbitę ziemską. Obecnie nad naszymi głowami znajduje się ok. 3600 satelitów z czego tylko 1000 aktywnych. Dotychczas skatalogowano ok. 20 000 obiektów o średnicy większej niż 5 cm wytworzonych przez człowieka. Szacunki mówią o 300 000 śmieciach mniejszych niż 1 cm. Na tę liczbę składają się m.in. części rakiet wielostopniowych, nieużywane satelity, elementy rakiet, satelitów i pozostałości eksploatacyjne, które są np. wynikiem satelitarnych zderzeń. Są to tzw. kosmiczne śmieci. Zagrażają one istniejącym systemom satelitarnym oraz astronautom na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Należy pamiętać, że mimo niewielkich rozmiarów tego typu obiektów, poruszają się one z prędkościami rzędu 36000 km/h i mogą wyrządzić naprawdę duże szkody warte miliardy dolarów lub nawet ludzkie życie. Usuwanie śmieci Zazwyczaj nikt nie sprawuje nad nimi kontroli, dlatego stanowią spore zagrożenie dla wciąż funkcjonujących satelitów i misji załogowych. Każdy z takich obiektów musi być monitorowany, by można było go bezpiecznie ominąć, natomiast rosnąca liczba śmieci sprawia, że coraz więcej zasobów trzeba poświęcać na ich śledzenie. Z każdym rokiem ich usuwanie staje się coraz poważniejszym problemem, który w przyszłości może znacząco wpłynąć np. na misje załogowe. Najprostszym i najpopularniejszym sposobem pozbywania się kosmicznych śmieci jest ich spalanie w atmosferze. Liczba obiektów 17000 16000 15000 14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Liczba skatalogowanych obiektów na orbicie okołoziemskiej Ogółem Szczątki i odłamki Satelity i statki kosmiczne Pozostałości misji kosmicznych Człony rakiet 1957 1959 1961 1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 Rok Za NASA Orbital Debris Quarterly News Przyszłość Dopiero niedawno świat zaczął zdawać sobie sprawę z tego, jakie niebezpieczeństwo niosą śmieci kosmiczne. Niestety z większością obiektów obecnie krążących na orbicie okołoziemskiej nie jesteśmy w stanie nic zrobić. Musimy czekać, aż pod wpływem szczątkowego oporu atmosferycznego, sił grawitacji i promieniowania słonecznego, powoli zmienią swoją orbitę i ostatecznie spalą się w ziemskiej atmosferze. Możemy jednakże zadbać o naszą przyszłość i dopilnować, aby kolejne wystrzeliwane satelity na orbitę okołoziemską były wyposażone w systemy które zapewnią bezpieczną deorbitację satelity po skończonym okresie jego użytkowania. Takie zadanie ma postawione przed sobą PW-Sat2, który będzie demonstratorem jednej z technologii deorbitacji - obniżania orbity z wykorzystaniem oporu aerodynamicznego obecnego na niskich orbitach okołoziemskich. 8
CubeSat Czym jest CubeSat? Zarówno PW-Sat, jak i PW-Sat2 to satelity typu CubeSat (od angielskiego cube sześcian). Jest to standard dla satelitów tworzonych m.in na uczelniach wyższych, głównie w celach edukacyjnych, opracowany przez California Polytechnic State University (CalPoly). Pomysłodawcy zaproponowali, by redukować koszty podsystemów poprzez ich seryjną produkcję oraz wykorzystanie elementów dostępnych komercyjnie na rynku. Dodatkowo satelity powinny być niewielkie, dzięki czemu w czasie jednego startu rakiety nośnej umieścić na jej pokładzie kilka satelitów. PW-Sat został zbudowany w standardzie CubeSat 1U i jest sześcianem o masie ok. 1 kg i objętości 1 litra, natomiast PW-Sat 2 będzie dwukrotnie większy (standard 2U) i będzie miał wymiary 20 x 10 x 10 cm. CubeSaty w standardzie 3U wypuszczane z ISS Porównanie objętości satelitów budowanych w standardzie CubeSat. Od lewej objętości 1U, 2U oraz 3U. Rys. Dima Romanov 9
Media o nas i projekcie Wybrane media, w których pojawiały się informacje o PW-Sat Wybrane media, w których pojawiły się informacje o PW-Sat2 Udział w odcinku specjalnym teleturnieju muzycznego "Jaka to melodia?"; emisja w dniu 15.09.2013 Udział razem z Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego prof. Barbarą Kudrycką w magazynie "Kawa czy herbata?"; emisja w dniu 26.02.2013 Informacje o projekcie w magazynie informacyjnym "Kurier warszawski"; emisja w dniu 29.08.2013 Informacje o rozpoczęciu budowy satelity PW-Sat2; publikacje w dniu12.02.2013 Informacje o postępach prac w projekcie; publikacje w dniu 26.08.2013 Informacja o konkursie na logo projektu; publikacje w dniu 19.10.2013 Studenci szykują drugiego satelitę ; relacja wideo z Kosmicznego Dnia w CNK 16.04.2014 Nominacja w konkursie "Soczewki Focusa '13" w kategorii "Innowacje techniczne" Wywiad z koordynatorką projektu; publikacja w nr 85 (10-24.12.2013) 10
pw-sat.pl