コーネル大学サテライト

コーネル大学衛星（CUSat ）は、コーネル大学が開発し、2013年9月29日に打ち上げられた超小型衛星です。この衛星は、キャリア位相差動GPS（CDGPS）と呼ばれる新しいアルゴリズムを使用して、全地球測位システムを3ミリメートルの精度で調整しました。この技術により、複数の宇宙船が近接して移動できるようになります。^[1]

CUSatプロジェクトは2005年に始まり、将来の航空宇宙労働力を教育し、新しい宇宙技術を開発することを目的とした大学ナノサット4プログラムの優勝者でした。このプログラムの一環として、CUSatはカートランド空軍基地のAFRL航空宇宙工学施設で環境試験とその他の最終I&Tの側面を完了しました。CUSatはAFRLと協力して、宇宙試験プログラムでの打ち上げに備えて国防総省のSERBプロセスを完了しました。衛星は2013年9月29日にスペースXファルコン9ロケットでCASSIOPEの二次ペイロードとして打ち上げられました。^[2]

宇宙セグメントは、当初、ターゲット・インスペクター構成で同時に打ち上げられ、軌道上で分離する、機能的に同一の衛星 2 基で構成されるように設計されました。軌道に乗ると、CUSat はマイクロスラストパルス プラズマ スラスタ(PPT) とサブセンチメートル レベルの精度を持つ搬送波位相差動 GPS (CDGPS) を使用して、衛星を互いに 10 メートル以内に誘導します。インスペクター衛星は、相対ナビゲーションを実行しながら、カメラを使用してターゲット衛星の画像を収集します。ターゲット衛星の画像は地上セグメントに転送され、エンド ユーザー向けに 3 次元モデルを再構築するために使用されます。

テスト中にセグメントの1つが損傷したため、ミッションは変更され、後に複数のアンテナが相互にデータを送信する単一の衛星で構成されるようになりました。^[3]

CUSat は、ロケットの二次ペイロードとして打ち上げられました。軌道に乗って正しい姿勢になると、CUSat はロケットから分離され、第 2 段階である初期化が開始されました。

CUSat が打ち上げロケットから分離して初期化フェーズに入ると、太陽の光を浴び、宇宙船の電源がオンになります。宇宙船は、いくつかの地上局の 1 つを介してコーネル大学のミッション コントロール センターと通信し、状態をビーコンで知らせます。次に、宇宙船は回転速度を評価し始め、必要に応じて回転を止めます。安定すると、CUSat は試運転を開始します。MCC のオペレーターは、ほとんどの衛星サブシステムの状態を評価します。この間、最上位の宇宙船は周囲の GPS 衛星の検索を開始します。次に、キャリア位相差動 GPS ロックが取得され、正確な姿勢ソリューションが取得されます。宇宙船はフェーズ 3 の宇宙船分離に入ります。

姿勢制御が得られると、CUSat のアクチュエータが適切な分離のために姿勢を調整しました。

CUSatは、まだ照明が当たっている間に、トップとボトムの衛星にライトバンドを使用して低衝撃分離を実行しました。分離後、CUSatはフェーズ4の検査に入りました。

上部衛星と下部衛星の両方が GPS ロックを取得すると、CDGPS を介して 2 つの衛星間の相対距離が計算されます。パートナー衛星が運用カメラの視野に入ると、検査衛星はパートナー衛星の画像を取得します。地上は特定の画像を要求し、その後、次の通信機会に宇宙セグメントからダウンリンクされます。

地上では、ダウンリンクされたデータを使用して CUSat の 3D 画像を構築し、CDGPS データを検証しました。

2013年の開始時点では、2005年の開始以来、 200人のコーネル大学の学生がこのプロジェクトに参加したと推定されています^。[3]

CUSat プロジェクトの主任研究員は Mason Peck です。CUSatプロジェクトの2 人の顧問は Mark Campbell と Mark Psiaki です。

CUSat はコーネル大学のエンジニアリング プロジェクト チームであるため、さまざまな能力と才能を持つ多数の学生で構成されています。チーム メンバーは、電気およびコンピューター工学、機械および航空宇宙工学、応用および工学物理学、コンピューター サイエンス、経済学および経営学、さらには建築学などの専攻から来ています。

FCR 以降、作業はさまざまなサブシステムに大幅に再配分されました。現在のサブシステムは以下のとおりです。

• ADCNS: 姿勢決定、制御、およびナビゲーション サブシステム (ADCNS) は、CUSat の軌道上検査手順に使用される相対ナビゲーションを実行します。CUSat は、姿勢決定に主に 3 つのGPSボードを使用しました。姿勢制御には、CUSat はパルス プラズマ スラスタ(PPT) とリアクション ホイールを使用しました。ADCNS のソフトウェア部分は、CONOP で定義されたさまざまな動作モードを実行する相対ナビゲーション アルゴリズムで構成されていました。
• カメラ: カメラ チームは、軌道上で画像を取得し、修正されたJPEG形式で圧縮し、搭載コンピューター C&DH に送信する役割を担っていました。
• コマンドとデータの処理: C&DH は、衛星の通信と計算の中心ハブでした。Windows CEと C++ を実行する市販の (COTS) シングル ボード コンピュータを使用して、C&DH は ADCNS アルゴリズムとフライト コードを実行しました。
• GPS: GPS チームは、GPS 受信機、アンテナ、および 1 センチメートル未満の相対位置を計算するために使用されるアルゴリズムを担当しました。
• 地上セグメント: 地上セグメントは、地上から衛星への通信、追跡、およびコマンド送信を含む、衛星の地上運用を担当します。
• ハーネス: ハーネス サブシステムは、衛星配線、電子バックプレーン、電気インターフェイス ボード、およびシステム レベルの電気的な問題を担当します。
• 業界関係: 業界関係チームは、CUSat のマーケティングと商業的および学術的なスポンサーシップの獲得を担当していました。
• 統合とテスト: I&T チームは、CUSat の迅速な統合とテストを実現する責任を負っていました。また、I&T は、コーネル大学の熱真空チャンバーで CUSat をテストする責任も負っていました。
• 機械ハードウェア: 機械ハードウェア チームは衛星構造を製造し、設計を管理しました。構造には、8 つのアイソグリッドパネルと多数の電子ボード エンクロージャが含まれていました。
• ミッション運用: ミッション運用チームは、両方の CUSat 衛星の詳細な軌道上運用計画を定義しました。運用手順は、ハードウェアとミッションの仕様に一致するように定義され、ミッションの成功を確実にするのに役立ちます。
• 電力: 電力チームは、太陽エネルギーを活用し、それを貯蔵し、衛星全体に分配する責任を負っていました。
• 推進: 推進チームは、各衛星に6 つの自由度(並進自由度 3 度と回転自由度 3 度)を与えるCUSat のパルス プラズマ スラスタ(PPT) を担当しました。
• 構造: 構造チームは、衛星本体の設計、分析、製造、および内部コンポーネントのロジスティクスを担当しました。
• 生存性: 生存性チームは、地上、打ち上げ時、および軌道上での衛星の熱、電気、振動環境の分析と制御を担当しました。分析された影響には、ESD、原子酸素の影響、ベント、ガス放出が含まれます。
• システム: CUSat 衛星プロジェクトでは、システム エンジニアリングが広範に採用されました。システム グループは、トップレベルのシステム要件の作成、ベスト プラクティスの作成、コミュニケーションの維持、設計の選択、成功する製品を作成するためのプロセスの作成など、プロジェクトに方向性を与えることに主に責任を負っていました。各サブシステム リーダーもシステム グループのメンバーとして参加し、プロジェクトの一貫性と焦点を維持することができました。
• テレメトリとコマンド: T&C は、衛星間通信と衛星から地上への通信を担当していました。T&C は、アマチュア周波数帯域で動作する改造された商用無線を使用して、衛星で取得した画像を地上局に送信しました。この衛星には、アマチュア無線衛星サービス用の FCCコールサインWG2XTI が割り当てられていました。