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 ミッションロゴ | |
| ミッションタイプ | 教育 |
|---|---|
| コスパーID | 1998-067PA |
| SATCAT番号 | 43552 |
| Webサイト | www.brownspace.io/equisat.html |
| ミッション期間 | 3～6か月の予定 |
| 宇宙船の特性 | |
| 宇宙船の種類 | 1Uキューブサット |
| メーカー | ブラウン大学宇宙工学 |
| 乾燥質量 | 1.3キログラム（2.9ポンド） |
| 寸法 | 10cm立方体 |
EQUiSatは、ブラウン大学工学部の学部生グループであるブラウンスペースエンジニアリング（旧ブラウンキューブサットチーム）によって設計および構築された1U（1ユニット）のキューブサットでした。EQUiSatの使命は、地球から見えるように設計されたビーコンに電力を供給する、宇宙で飛行したことのないバッテリー技術をテストすることでした。[1] [2]
衛星は2020年12月26日に軌道から外れた。[3]
ミッション
EQUiSatの主な使命は、低コストのDIYキューブサットのデモンストレーションと教育活動を通じて、大衆が宇宙にアクセスできることを証明することだった。[4]
主なミッションを推進するため、ブラウン スペース エンジニアリングは EQUiSat を低コストで厳密に文書化されたオープン ソースプロジェクトとして維持し、多額の予算や高度な専門知識がなくても EQUiSat のサブシステムを複製できるようにしています。EQUiSat を複製するための部品の総コストは約 5,000 ドルです。ブラウン キューブサット チームはコストを最小限に抑えるためにDIY哲学を掲げ、専門家以外の人でも広く実現可能でアクセス可能な製造プロセスも活用しています。[5]ブラウン スペース エンジニアリングの予算は他のキューブサットに比べて非常に低く、プロジェクトを 5,000 ドル未満で複製することを目標としています。[6]
EQUiSatの2番目のミッションは、LiFePOの運用の実現可能性をテストすることだった。
4 宇宙で使える電池。[6 ] LiFePO
4この電池は宇宙に飛ばされたことはないが、リチウムイオン電池よりも熱暴走のリスクが少なく、高電流を引き出すことができるなど、異なる化学組成の電池に比べていくつかの利点がある。[5]
アウトリーチ
ブラウン スペース エンジニアリングが宇宙へのアクセス性を高めるもう 1 つの方法は、若者に衛星の設計と社会における役割について教育することです。ブラウン スペース エンジニアリングは、全国の学校や博物館と協力して、学生や一般の人々に EQUiSat と、EQUiSat や同様の衛星が社会の科学的進歩に与える影響について教える教育アウトリーチ プランを開発しています。打ち上げ後、夜空で EQUiSat を簡単に見つけ、聞き、見ることができる機会は、これらのアウトリーチ活動に重要な具体的な要素を提供しました。アウトリーチのもう 1 つの方法は、EQUiSat のソース コード/CAD ファイルをオンラインで利用できることです。[7]
ペイロード
EQUiSatの主な搭載物は高出力LEDアレイで、これを点灯すると地球上で北極星のように明るく見えました。[4]この搭載物は地球上の人々と交流するために使用され、特に宇宙を一般の人々にとってよりアクセスしやすいものにするというプロジェクトの主な使命を遂行するために使用されました。
二次ペイロードはリン酸鉄リチウム（LiFePO
4）バッテリーを搭載し、LEDに電力を供給した。EQUiSatの2番目のミッションは、LiFePO
4バッテリーはこれまで宇宙に飛ばされたことがなく、電力貯蔵ユニットというだけでなく、それ自体がペイロードとなる。
打ち上げ
2014年2月6日、NASAはCubeSat打ち上げイニシアチブ（CSLI）の一環としてEQUiSatを打ち上げると発表した。[8] EQUiSatは2018年5月21日に国際宇宙ステーション（ISS）補給ミッションで打ち上げられた。 [9] [10] 2018年7月13日にISSから軌道上に放出された。[11] EQUiSatは52˚傾斜で高度400kmの軌道に配置された。[1]
サブシステム
光ビーコン（フラッシュ）
フラッシュサブシステムは、地球上の人々が打ち上げ後にEQUiSatを視覚的に追跡できるようにする光学ビーコンでした。ビーコンは、EQUiSatが夜空にあるときに毎分0.1秒間3回連続して点滅する4つの非常に明るいLED（それぞれ約10,000ルーメン）のアレイでした。 [5]アレイの見かけの等級は3で、北極星とほぼ同じ強度でした。地球上の光度をさらに高めるために、高出力LEDアレイはすべて1つのパネルに搭載され、パッシブ姿勢制御を使用して地球の北半球に向けられます。
無線
EQUiSatに搭載されたトランシーバーは、 UHF 70 cmアマチュア無線帯域の435-438 MHzで信号を送信し、登録されたコールサインビーコンとセンサーデータで構成されていました。送信はアマチュア無線ユーザーが受信できましたが、一般の人々のアクセスを増やすためにオンラインにも投稿されました。無線は衛星の位置を追跡するためのビーコンとしても機能しました。ブラウンのアマチュア無線クラブと提携して構築された主要な地上局は、EQUiSatの主な連絡窓口であり、必要に応じて衛星との通信を終了することができました。[12]
CubeSat の仕様では、打ち上げ前に衛星の部品がサイド レールから 1 cm 以上突き出ないように規定されているため、アンテナはコイル状に巻かれて打ち上げられました。そのため、アンテナをぴんと張ったナイロン ワイヤーで構成された展開システムが使用されました。このナイロン ワイヤーはニクロム フィラメントに巻き付けられ、展開後 30 分でワイヤーが燃えます。その後、アンテナは元の位置に戻ります。
姿勢制御
EQUiSat はパッシブ磁気姿勢制御システム (ACS) を採用しており、姿勢決定システムへの依存、トルクコイルやモーメンタムホイールからのエネルギー消費、衛星の回転を止めて安定させるのに必要な複雑なアルゴリズムへの依存を必要としません。2 組のヒステリシスロッドを使用して、ISS からの打ち上げとアンテナの展開によって生じる回転を相殺するために衛星にトルクを与えました。これらのヒステリシスロッドはトルクを与えるだけでなく、回転の過渡応答を減衰させることもできます。これにより、数日間の回転が軽減されます。ACS は永久磁石を使用して EQUiSat を地球の磁場に合わせます。これにより、北半球の地球の表面を向いたままになります。[5]
エレクトロニクス
電子サブシステムは、衛星が適切に機能できるように、他のすべてのサブシステムを結び付けます。電子サブシステムは、5 つのカスタム ビルドPCBで構成され、それぞれが EQUiSat 内部に物理的に積み重ねられています。5 つのボードは次のとおりです。
- フラッシュ パネル: フラッシュ パネルには、4 つの LED、アンテナ展開システム、4 つの温度センサー、IR センサー、およびフォトダイオードが収容されています。
- LED ドライバ ボード: このボードはフラッシュ パネルの真下にあります。このボードには、LED ごとに 1 つずつ、合計 4 つのブースト レギュレータ回路が含まれています。これらのブースト レギュレータは、バッテリーから 6.6 V で 60 A を引き出し、LED 用に 36 V と 2.7 A に変換します。また、アンテナ展開システムの駆動回路も含まれています。
- バッテリー ボード: このボードは 2 層のバッテリーの間にあります。このボードには、ソーラー パネルの出力に基づいてバッテリーの充電を継続的に最適化する最大電力点追跡を実行する回路が含まれています。また、バッテリー出力を管理し、バッテリーの特性を監視するためのコントロールも備えています。
- 制御ボード: 制御ボードには、衛星の頭脳であるAtmel SAMD21J18A プロセッサ、メモリ、および他のすべてのボードからの入力データを管理するデマルチプレクサが含まれています。制御ボードは無線とのインターフェイスも備えており、IMUと磁力計も含まれています。
- 無線アダプタ ボード: これは、無線とコントロール ボード間のインターフェイスを提供する、よりシンプルなボードでした。
電子サブシステムは、PCB製造を除いて、完全に社内で設計、テスト、組み立てられました。すべてのコンポーネントは市販されており、オンラインで簡単に購入できます。PCBはPCB CADソフトウェアを使用して設計され、CADファイルはGitHubにアップロードされ、簡単に一般公開されています。[7]
ソフトウェア
電子サブシステムは、プロセッサ上で実行されるソフトウェアによってバックアップされていました。プロセッサは、 FreeRTOSに基づくリアルタイム オペレーティング システムを実行していました。リアルタイム オペレーティング システムの使用は、小型の組み込みシステムでは標準であり、EQUiSat がタイムリーかつ確定的な方法でイベントに応答できるようにしました。
このソフトウェアは、電子サブシステムのセクションで説明したセンサーからのデータ収集を担当していました。その後、内蔵のADCから読み取ったデータを処理し、データを適切に地球に送信しました。データは Node.js サーバーによって収集および処理され、リアルタイムで監視されます。このソフトウェアは、主要な地上局からの受信伝送も処理できました。
宇宙放射線は、軌道上でビット反転の可能性があります。データ メモリ内のビットが反転した場合は、揮発性であるため問題にはなりません。したがって、システムを再起動するとこの問題は解決されます。プログラム メモリ内のビットが反転した場合は、ウォッチドッグ タイマーによってシステムの再起動がトリガーされ、ブートローダーによって放射線耐性 MRAM に保存されたコピーによってプログラム メモリが上書きされます。このウォッチドッグ タイマーは、通常のプログラム操作では元の値にリセットされるため、破損したプログラムによってカウントがゼロになった場合にのみ再起動がトリガーされます。
EQUiSatの残りのサブシステムについては、ソフトウェアファイルはオンラインで入手可能です。[7]
力
電力システムには、宇宙での発電用のソーラーパネルと電力貯蔵用の 2 つのバッテリー システムが含まれていました。
ソーラーパネルは、十分に文書化された製造プロセスを使用して、スクラップのガリウムヒ素セルから製造されました。その結果、同等のパワーを持つ市販のパネルよりも 35 倍安価になりました。パネルは CubeSat の 5 つの側面を構成し、さまざまな構成の Triangular Advanced Solar Cells と TrisolX セルで構成されていました。以前の製造元が開発中に倒産したため、EQUiSat では上部と下部のパネルにのみこれらのセルが含まれています。他の 3 つのパネルには TrisolX セルが使用されていました。4S6P 構成で 24 個のセル、3 つの側面パネルには 4S5P 構成で 20 個のセルが含まれていました。上部と下部のパネルは、直射日光下で平均出力が 1.3 W をわずかに超える電力で 140～170 mA で 8.76 V を出力するように設計されています。他のパネルは、約 0.5～0.7 W の電力で同様の電圧を出力しました。
EQUiSatには2組のバッテリーが搭載されており、1つはフラッシュシステムに電力を供給するもので、もう1つは無線システムとマイクロコントローラに電力を供給するものである。フラッシュに電力を供給するバッテリーは、2S2P構成のA123 System 18650 LiFePO4セルであった。無線とマイクロコントローラに電力を供給するバッテリーは、並列に接続された2つのLIR2450リチウムイオン充電式コイン型電池であった。EQUiSatはバッテリーシステムを交互に使用し、LIR2450バッテリーを優先した。[5]
構造
シャーシとその他の部品は、コストを最大限に抑えるために社内で製造されました。シャーシは、3軸CNCミル、旋盤、タップを使用して、Al 6061のソリッドブロックから削り出されました。これにより、EQUiSatの本体とすべての部品の固定ポイントができました。さらに、6個のバッテリーを安全に配置するブロックは、デルリンから削り出されました。材料の無駄を減らすために、機械加工可能なワックスを使用して製造プロセスを完璧にしました。
シャーシは、他の機械加工部品や完全なアセンブリとともにCADソフトウェアで設計されました。CNCツールパスとGコードはこれらのファイルから作成されました。[5]
参照
参考文献
- ^ ab 「ElaNa CubeSatの今後の打ち上げ」NASA 2016年7月3日. 2016年10月18日閲覧。
- ^ 「カウントダウン：NASAの学生宇宙プロジェクトの打ち上げ日が近づいています」ブラウン大学。 2017年3月30日閲覧。
- ^ “EQUISAT”. N2YO.com . 2020年12月26日. 2022年5月26日閲覧。
- ^ ab 「NASA、ブラウン大学の学生のナノ衛星を打ち上げる」ABC、2014年。 2014年4月26日閲覧。
- ^ abcdef 「NASA、学生向けナノ衛星を打ち上げる」ブラウン大学、2014年。 2014年4月26日閲覧。
- ^ ab 「ブラウン大学の学生が製作した衛星がNASAのロケットで打ち上げられる」 Go Local Prov. 2014 . 2014年4月26日閲覧。
- ^ abc 「EQUiSat GitHub リポジトリ」。GitHub。2017年3 月 30 日閲覧。
- ^ 「NASAがCubeSat宇宙ミッション候補の第5ラウンドを発表」2015年7月22日。 2017年3月30日閲覧。
- ^ Del Santo, TJ (2018年5月22日). 「Made-in-RI satellite now in space」. WPRI . 2018年3月26日閲覧。
- ^ ウェルズ、ジャクソン（2018年5月24日）。「学生が製作した衛星が宇宙に打ち上げられる」ブラウン・デイリー・ヘラルド。 2018年3月26日閲覧。
- ^ Herwick III, Edgar B. (2018年7月18日). 「ブラウン大学の学部生が、可能性のある小さなDIY衛星を打ち上げる」WGBH . 2018年3月26日閲覧。
- ^ 「ブラウン・キューブサット・チーム、超小型衛星で星を目指す」ブラウン・デイリー・ヘラルド、2014年。 2014年4月26日閲覧。
外部リンク
- 公式ホームページ