Доклад на радиолюбительском фестивале Домодедово – 2007, Report on radio festival Domodedovo - 2007, 21 сентября 2007 года, Форум "Молодёжь и радио". 21 September 2007, Forum on Youth and radio. " Научно-образовательный проект: Research and Education Project: радиолюбительский наноспутник «Северное сияние». radio nanosatellites «Northern Lights». А.Зайцев, RW 3 DZ – RK 3 DXB , Zaitsev, RW 3 DZ - RK 3 DXB, http://rk3dxb.narod.ru , http://rk3dxb.narod.ru, эл . адрес zait007<a>rambler.ru e-mail. address zait007 <a> rambler.ru Введение. Introduction. Развитие
электроники и космической техники привели к тому, что сегодня реально
стало создание наноспутников – аппаратов весом около 1 кг и размером
стороны 10 см. Эта идея была предложена проф. Р.Твигсом из Стенфорда в
1999 году и реализована в нескольких ведущих университетах в США,
Европы и Японии. The development of electronics and space
technology have meant that this really was the creation of
nanosatellites - machines weighing about 1 kg and 10 cm in size hand
This idea was proposed by prof. R. Tvigsom from Stanford in 1999 and
implemented in several leading universities in the U.S. Europe and
Japan. В
настоящее время в космосе работает около 10 таких аппаратов, и в
перспективе следует ожидать массового распространения технологии
наноспутников для научных исследований. Currently, the space has
about 10 such machines, and in the future should be expected of mass
dissemination of technology nanosatellites for scientific research. Вместе
с тем «малобюджетный» характер проектов с использованием наноспутников
открывает возможность реализации экспериментов в космосе для небольших
коллективов и организаций, вплоть до студенческих и общественных
объединений .
However, the «low» nature of the projects using nanosatellites opens
the possibility of implementing experiments in space for small groups
and organizations, including the student and community associations. Перспективные задачи под наноспутники. Challenges of nanosatellites. Ввиду бурного развития микроэлектроники и новых космических технологий при создании спутников в формате наноспутников представляется возможным реализовать ряд вполне значимых научных экспериментов. Given the rapid development of microelectronics and new space technologies in the creation of satellites in a nanosatellite possible to realize a number of very important scientific experiments. Исходя из накопленного опыта можно предложить несколько экспериментов для нескольких спутников. Based on past experience, you can suggest a few experiments for several satellites. В качестве пробных можно рассмотреть реализацию таких экспериментов: As a test, you can consider implementing such experiments: 1. измерение флуктуаций ( пульсаций) магнитного поля в диапазоне периодов 100 сек – 5 гц. measuring fluctuations (fluctuations), the magnetic field in the range of periods of 100 seconds - 5 Hz. Для этих целей подходит феррозондовый микромагнитометр, пилотные образцы которых уже работали в космосе. For this purpose, suitable fluxgate mikromagnitometr, pilot samples which have already been working in space. Научная задача состоит в обнаружении флуктуаций, сопровождающих развитие струйных токов, формирующихся во время магнитосферных возмущений. Такие измерения важны для диагностики магнитосферы и детальные знания появления пульсаций во времени и пространстве востребованы как для чисто научных задач, так и для оценки «космической погоды». The scientific objective is to detect fluctuations that accompany the development of jet currents emerging during the magnetospheric disturbances. These measurements are important for the diagnosis of the magnetosphere and detailed knowledge of the emergence of fluctuations in time and space as the demand for purely scientific problems, and to assess the «space weather». Впервые такого типа наблюдения были выполнены на спутнике FREYA в эксперименте SWAZI ( см. http://sd-www.jhuapl.edu/Freja/SWAZI/ ). For the first time this type of surveillance had been met by satellite FREYA pilot SWAZI (see http://sd-www.jhuapl.edu/Freja/SWAZI/). Сегодня подтверждена возможность постановки магнитометра на наноспутник, поэтому один из экспериментов видится как конфигурация нескольких наноспутников и базового спутника на низкой полярной орбите. Today confirmed the possibility of setting magnetometer to nanosatellites, so one of the experiments is seen as the configuration of multiple nanosatellites and basic satellite into low polar orbit. При удалении наноспутника на расстояние 10-50 км When you remove nanosatellites a distance 10-50 km характер флуктуаций должен существенно различаться. Fluctuations in nature to differ. При этом сбор данных с наноспутников может идти через базовый спутник. In this collection of data nanosatellites can go through a basic satellite. Такой эксперимент позволит провести сравнение наземных и спутниковых данных для поиска динамической связи в изменениях магнитного поля на разных уровнях: магнитопауза – магнитосфера - ионосфера. This experiment will allow for a comparison of terrestrial and satellite data to search for a dynamic connection, the changes of magnetic field at different levels: magnitopauza - magnetosphere - ionosphere. 2. эксперименты по радиопросвечиванию ионосферы с помощью радиомаяков. radioprosvechivaniyu experiments in the ionosphere using radio beacons. Эти методы применяются для исследования состояния ионосферы во время возмущений и оценки влияния этих возмущений на качество работы навигационных систем типа GPS , ГЛОНАСС и т.д. These methods are used to study the state of the ionosphere during the disturbances and assess the impact of these disturbances on the quality of the navigation systems of GPS, GLONASS, etc. В настоящее время работает система КОСМИК, разработанная совместно США и Тайванем, которая состоит из пяти микроспутников. Currently, the system space, developed jointly by U.S. and Taiwan, which consists of five microsatellites. Расширение экспериментов по радиопросвечиванию могут служить дальнейшему развитию навигационных систем и прикладным задачам по оценке состояния космической среды что важно для прогнозов космической погоды. Expansion of experiments on radioprosvechivaniyu can serve the further development of navigation systems and applications to assess the space environment which is important for forecasting space weather. При бортовой электрической мощности в 2-3 вт на наноспутник можно установить когерентный радиомаяк на частоты 150, 400 и 1200 Мгц и выполнить качественные эксперименты по радиопросвечиванию ионосферы. With on-board electric power 2-3 W at nanosatellites can be set coherent radio beacon at frequencies of 150, 400 and 1200 MHz and comply with quality experiments radioprosvechivaniyu ionosphere. 3. эксперименты по исследованию условий распространения радиоволн в СВЧ диапазонах. 3. Experiments to study the conditions in the microwave radio bands. Эта задача особенно важна ввиду широкого использования СВЧ диапазонов для космической связи. This is particularly important given the wide use of microwave bands for space communications. Предлагается поставить на наноспутник ретранслятор на любительский диапазон 5,7 Ггц, и использовать его для проведения опытных связей. A place to nanosatellites repeater on amateur band 5.7 GHz, and use it to test the links. Подобный эксперимент планируется осуществить на радиолюбительском спутник EAGLE Such an experiment planned for amateur radio satellite EAGLE (см. www . amsat . org ) в 2008 году, разработчиками которого являются известный радиоастроном Том Кларк, W3IWI, (НАСА) и (See www. amsat. org) in 2008, developers are known Radioastron Tom Clark, W3IWI, (NASA) and специалист по широкополосным цифровым системам связи Фил Карн, (Phil Karn, KA9Q), автор протокола TCP - IP . Specialist broadband digital communications Phil Karn, (Phil Karn, KA9Q), the author of the protocol TCP - IP. Большой вклад в развитие систем космической связи внесли исследователь квазаров и лауреат Нобелевской премии, профессор Принстонского Университета Джо Тэйлор, (K1JT), разработчик СВЧ-аппаратуры для связи через Луну С.Жутяев (RA3DA), и многие другие. A great contribution to the development of space communications made quasars researcher and Nobel laureate, Professor at Princeton University's Joe Taylor, (K1JT), the developer of microwave equipment for communications via the Moon S. Zhutyaev (RA3DA), and many others. Количество экспериментов с применением наноспутников стремительно растет. The number of experiments using nanosatellites is growing rapidly. Очевидно, наступает период подобный тому, который мы пережили при внедрении персональных компьютеров – вместо громадных «мэйнфреймов» вычисления перешли на персональные компьютеры и на системы «кластерного» типа, объединившие множество персональных компьютеров. Clearly, the period is similar to that we experienced in the introduction of personal computers - instead of huge «Mainframe» switched to computations personal computers and systems «cluster» type, together multiple personal computers. Созвездия наноспутников помогут расширить космические исследования и достигнуть новых результатов в практическом освоении космического пространства. Constellations nanosatellites will help expand space exploration and achieved new results in a practical space. В сети Интернет имеется обширная информация по поводу наноспутников. In the Internet has a wealth of information about the nanosatellites. Часть информации собрана в обзоре (1), некоторые данные по радиолюбительским спутникам в (2). Some of the information collected in the survey (1), some data on amateur satellites in (2). Каждый год в Университете штата Юта проводится конференция по малым спутникам. Every year at the University of Utah conference on small satellites. Один из первых докладов по наноспутникам был представлен там в 2002 году, см. (3). One of the first reports of nanosatellites was presented there in 2002, see (3). Технология построения наноспутников. The technology of building nanosatellites. С момента начала разработки и использования наноспутников в 1998 году к 2007 году сложился определенный стандарт при работе над проектами наноспутников. Since the beginning of the development and use of nanosatellites in 1998 to 2007, a certain standard when working on projects nanosatellites. Создано несколько Created a few общественных объединений разработчиков наноспутников, см. www.cubesat.org . Было предложено, что наноспутник представляет собой куб с размером стороны 10 см и весом 1 кг. associations developers nanosatellites, see www.cubesat.org. It was suggested that nanosatellite is a cube with sides measuring 10 cm and weighing 1 kilogram. Для запуска с борта носителя используется устройство в виде трубы, куда закладывается 3 наноспутника, отделяемые по автономным командам. Можно в такую трубу заложить спутник в 2-3 раза больше одинарного наноспутника. To start with a bead media used the device in the form of pipes, which provides a 3 nanosatellites, along the autonomous commands. You can lay the pipe in a satellite 2-3 times more single nanosatellites. Перечисли основные показатели наноспутника. Enumerating the major indicators of nanosatellites. 1. Конструкция спутника – куб со стороной 10 см, вес 1 кг. 1. The design of the satellite - the cube with a party of 10 cm, the weight of 1 kg. При необходимости постановки экспериментов, требующих больших возможностей, размер наноспутника можно увеличить кратным образом - If necessary, set of experiments that require large capacities, the size of nanosatellites can be folded to increase -- двойной double или тройной наноспутник. or triple nanosatellites. Конструктив наноспутника выполнен из простых материалов - алюминиевые стенки, печатные платы внутри, электрические соединения со стороны разъемов. Constructive nanosatellites made from simple materials - aluminum panels, printed circuit boards inside, electrical connections from the sockets. 2 . Блок питания и солнечные батареи обеспечивают 5 и 12 вольт, общая мощность 3 вт. 2. Power supply and solar panels provide 5 and 12 volts, with a total capacity of 3 Tue. Система регулирования зарядки от солнечных батарей, контроль батарей, преобразователи-стабилизаторы The system of regulating the charging of solar panels, batteries, control, converters, regulators 5 и 12 вольт и т.д. 5 and 12 volts, etc. 3. Система связи состоит из двух микросхем – приемник и передатчик 144 - 430 Мгц в пределах радиолюбительских диапазонов. 3. The communication system consists of two chips - a receiver and transmitter 144 - 430 MHz in the amateur bands. Мощность передатчика 500 мвт или 1 вт, Transmitting power 500 MW or 1 Tue, выбирается по команде с Земли. Скорость передачи по линии вниз - 1200 или 9600 байт/сек, линия вверх - прием 300 / 1200 байт/сек, антенна – скрещенные проволочные диполи на 144 и 430 мгц. chosen by a team from the ground. transmission speed of the down - 1200 or 9600 bytes per second, the line-up - receiving 300 / 1200 bytes / sec, antenna - crossed wire dipole at 144 and 430 MHz. 4. Бортовой компьютер – 8-битовый процессор с микропотреблением, общая шина под USB порты, система перезагрузки и т.д. 4. On-board computer - 8-bit processor with mikropotrebleniem, the total tire of USB ports, a system reboot, etc. Используются разработки готовых систем под микроконтроллеры и микросотовой связи, протокол связи по АХ-25. Used to develop systems manufactured by Micro microcontrollers and communications, protocol for the AH-25. Система сбора данных включает аналоговые и цифровые входы. The data acquisition system includes analog and digital inputs. 5. Датчики делятся на две группы. 5. The sensors are divided into two groups. 1 группа – служебные датчики состояния батарей, температуры в 4-х точках, навигация, солнечный датчик, система ориентации по магнитному полю, Group 1 - official probes battery, the temperature in a 4-point navigation, solar sensor, the orientation of magnetic field, 2 группа – научные датчики: измеритель пульсаций магнитного поля, детекторы частиц, CCD -камера. Возможна установка любых других датчиков под конкретный научный эксперимент. Group 2 - scientific sensors: measuring the magnetic field fluctuations, particle detectors, CCD-camera. You can install any other sensors for specific scientific experiment. 6. Система ориентации и навигации включает два прибора – колечную систему для ориентации по магнитному полю (алгоритм М.Ю.Овчинникова), и GPS - GLONASS приемник. 6. The system of targeting and navigation includes two instruments - kolechnuyu system for the orientation of magnetic field (algorithm M. Ovchinnikov), and GPS - GLONASS receiver. Орбитальные элементы задаются при запуске. Orbital elements are set when you start. Как правило, пробные запуски проводятся на солнечно-синхронную орбиту, затем возможен запуск на любые LEO Typically, test launches are carried out on solar-synchronous orbit, and then may launch at any LEO орбиты. orbit. Наземный сегмент под наноспутники. Ground segment of nanosatellites. Успех проектов с наноспутниками определяется не столько самим изготовлением The success of projects with nanosatellites is determined not so much by manufacturing аппарата
для запуска в космос – этот этап безусловно важен и с него начинается
весь проект – но и наличием развитого наземного сегмента. Staff
to launch into space - this step is important, and obviously it starts
with the whole project - but also the availability of advanced ground
segment. В
случае научно-образовательного проекта необходимо иметь по крайней мере
несколько десятков школьных и университетских наземных станций, могущих
принимать телеметрию (данные), а также засылать команды на управление
спутником. In the case of scientific and educational project
must be at least several dozen school and university ground stations
that may receive telemetry (data) as well as zasylat team to manage the
satellite. Кроме
того, наземные школьные станции являются опорой учебных программ, а
кураторы таких станций и руководители проектов выступают в качестве
ключевых персон для расширения подготовки будущих специалистов в
области космических исследований. In addition, ground stations
are the backbone of the school curriculum, and curators of these
stations and project managers act as key persons to enhance training of
future specialists in the field of space research. Именно
ввиду необходимости большого числа наземных станций для связи с микро и
наноспутниками используются радиолюбительские частоты, в основном УКВ
диапазоны 144, 430 и 2400 Мгц. It is because of the need for
large numbers of ground stations for communication with the micro and
nanosatellites uses radio frequencies in the UHF range mainly 144, 430
and 2400 MHz. Для
этих диапазонов массово выпускается аппаратура связи по вполне
доступным ценам, что делает возможным повторение и копирование
аппаратуры для наземных станций и стандартных приемов/программ для
организации связи со спутниками. Кроме этого, использование сети
Интернет обеспечивает быстрый обмен информацией и развитие виртуального
сообщества молодых исследователей и экспериментаторов, использующих
оптимальные решения всех задач, связанных с созданием, запуском и
управлением наноспутников. For these bands mass produced
equipment for quite affordable prices, making it possible repetition
and copying equipment for ground stations and standard methods /
programs for communications satellites. In addition, the use of the
Internet provides quick information exchange and development of a
virtual community of young researchers and experimenters, using the
best solution of all problems connected with the creation, launch and
administration nanosatellite. Реализация проектов по наноспутникам. В течении 2007-2008 гг. Projects on nanosatellites. During the 2007-2008 period. ожидается запуск не менее 50 наноспутников по проектам во всех развитых странах. expected to launch at least 50 nanosatellites for projects in all developed countries. В
Китае, Бразилии и Индии проекты по наноспутникам выставлены как
приоритетные национальные задачи, поддерживаемые на государственном
уровне. In China, Brazil and India projects nanosatellites exhibited as national priorities, supported at the state level. В России разработкой наноспутников занимается РНИИ КП. In Russia the development of nanosatellite is RISDE. Реализация проекта по наноспутнику The project for nanosatellites «Северное сияние» планируется нами по примеру работы над микроспутником «Колибри-2000», которая была выполнена МОО «Микроспутник» в 1998-2001 гг. Микроспутник «Колибри-2000» был успешно запущен в марте 2002 года и показал хорошие результаты. «Northern Lights» scheduled to us by the example of the mikrosputnikom «Kolibri-2000», which was completed MOO «microsatellite» in the 1998-2001 biennium. Microsatellite «Kolibri-2000» was successfully launched in March 2002 and showed good results. Для работы по проекту «Северное сияние» предлагается создать общественное объединение из специалистов и энтузиастов космических исследований, включая ученых To work on the project «Northern Lights» proposed to establish a voluntary association of professionals and enthusiasts of space research, including scientists ИКИ, ИЗМИРАН, НИИЯФ и использовать опыт работы МОО «Микроспутник», в котором выполнить все необходимые поисковые работы. ICI, IZMIRAN, NPI and use the experience MOO «microsatellite», which perform all the necessary search of work. Для реализации конкретного проекта использовать техническую базу СКБ ИКИ или одного из ведущих университетов, для вывода в космос использовать попутный запуск с одной из программ Военно-космических сил РФ или коммерческой организации «Космотрас», которая специализируется на запусках микро и наноспутников ракетой «Днепр». For a specific project to use the technical basis of SKB ICI or one of the leading universities for the withdrawal of space use associated with the launch of a program of the Military Space Forces, or a commercial organization «Kosmotras», who specializes in nanosatellites launches micro and rocket «Dnepr». Финансовая сторона проекта может быть решена за счет грантов из национальных проектов по развитию образования и высоких технологий, а также спонсорской помощи со стороны частных и государственных компаний. The financial side of the project can be resolved by grants from the national projects for the development of education and high technologies, as well as sponsorship from the private and public companies. 17 апреля 2007 года успешно проведен запуск ракеты «Днепр» с серией космических
аппаратов «ЕгипетСат-1» (Египет), «СаудиСат-3», 5 микроспутников
«СаудиКомсат» (Саудовская Аравия) и 7 наноспутников типа «КубСат»
(университеты США и Колумбии). 17 Apr., 2007 successfully conducted missile launch «Dnepr» with a series of spacecraft
«EgipetSat-1» (Egypt), «SaudiSat-3», 5 microsatellites «SaudiKomsat»
(Saudi Arabia) and 7 nanosatellites type «KubSat» (U.S. universities
and Columbia). Спустя несколько часов были получены данные, что все наноспутники работают нормально. A few hours later received information that all nanosatellites working normally. Этот запуск еще раз подтверждает перспективность проектов с наноспутниками для науки и образования. This launch once again promising projects with nanosatellites for science and education. В течении учебного года 2007-2008 гг. During the academic year 2007-2008. нами планируется собрать коллектив единомышленников и приступить к разработке российской версии радиолюбительского наноспутника «Северное сияние». Базой для работы может служить Троицкий Центр творчества молодежи «Космическая связь и информатика». we planned to collect minded team and begin to develop Russia's version of radio nanosatellites «Northern Lights». basis for the work can serve as Trinity Center creativity of young people «Satellite Communications and Information». Саму идею поддерживают НП ИНТЕХ, ООО «ГРАНИТ», образовательные структуры в МГУ, МВТУ, The idea of supporting NP INTECH Ltd. «GRANITE», the educational structure in the MSU, MVTU, ФИЗТЕХа, и т.д. FIZTEHa, etc. В качестве первых шагов необходимо провести учебные и конструкторские работы по следующим направлениям ( для As a first step should be to conduct training and design work in the following areas (for групп школьников, студентов и радиолюбителей) : Groups of schoolchildren, students and radio amateurs):
Как видно из этого изложения, осталось начать As seen from this statement, left to start и кончить. and finish. Но радиолюбители всегда отличались тем, что невозможное делали возможным. But radio amateurs always that doing the impossible possible. И в этом случае мы все надеемся And in this case, we all hope то, что радиолюбительский наноспутник будет сделан и будет запущен ! that the radio nanosatellites will be made and will be launched! Все идеи и соображения по проекту просьба присылать на имя All ideas and suggestions on the draft, please send to the А.Н.Зайцева (RW3DZ): AN Zaitseva (RW3DZ): эл . почта : e-mail. Mail: zaitsev<a>izmiran.ru zaitsev <a> izmiran.ru
или or zait007<a>rambler.ru zait007 <a> rambler.ru директор (на общественных началах), г.Троицк, Московской обл, В-39, 17 этаж Director (volunteers), g.Troitsk, Moscow region, V-39, 17 Floor Литература. Literature.
|
