| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|
Космические технологии: наноспутники в компьютерной сети
ВВЕДЕНИЕ
По современной классификации, наноспутники – аппараты массой не более 10 кг. Несмотря на такой, казалось бы, малый вес, они представляют собой полнофункциональные устройства для измерений или наблюдений из космоса.
Рисунок 1 – Схема строения наноспутника
1 ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ НАНОСПУТНИКОВ
1.1 Зарождение наноспутников
В 1998 г. эксперты и аналитики Агентства новейших оборонных исследований МО США DARPA (Defence Advanced Research Project Agency) совместно с головным НИИ ВВС США AFOSR (Air Force Office of Scientific Research) пришли к выводу о необходимости создания новых космических средств на основе последних достижений микроэлектроники. Специалисты считают, что в XXI веке многие задачи оборонного характера будут решаться с помощью кластеров микроспутников, каждый из которых будет представлять собой аппарат весом не более 100 кг и энергетикой не менее 1000 Вт. Так была сформирована TechSat21 – программа разработки следующего поколения микроспутников. Сейчас она активно развивается – совсем недавно было объявлено, что выбраны четыре фирмы, которые готовят предложения по созданию TechSat21. Каждая фирма получила по 10 млн $ для их разработки, срок работы – 12 месяцев. После этого этапа будет выбрано два лучших предложения, а для реализации будет профинансирован один проект. Финиш программы – 2006 год. Совместная программа ВВС США и университетской науки по наноспутникам рассматривается как способ поддержки программы TechSat21 в части проектирования, создания и проведения экспериментов с помощью наноспутников. Конечная цель экспериментов – исследовать возможности военного использования наноспутников. Прямая финансовая поддержка исполнителей очень скромная – 1 млн $ на три года. Но все фирмы, сотрудничающие с Минобороны, предоставляют бесплатно консультации, установки для испытаний и спонсорскую помощь в виде комплектующих типа солнечных батарей и других стандартных элементов КА.
1.2 Параметры наноспутников
Существует множество видов спутников,отличающихся друг от друга критериями:
a) Коспания разработчик
b) Функция спутника
c) Способ запуска
d) Элементная база
e) Источник питания
f) Вес
g) Тип связи
h) Способ корректировки орбиты
В данной таблице приведено сравение Русского наноспуника THC – 1 разработанного ФГУП ”РНИИ КП” и AFRCam разработанного NASA.
Таблица 1.1 Сравнение параметров нанспутников
Так же для сравнения приведены наиболее известные прокты наноспутников
Таблица 1.2 Наиболее известные проекты наноспутников
1.3 Технология CubeSat
CubeSat — формат малых искусственных спутников земли для исследования космоса, имеющих объем 1 литр и массу не более 1.33 кг. Обычно используют COTS-электронику. Спецификации CubeSat были разработаны в 1999 году Калифорнийским политехническим (англ.) и Стэнфордским университетами, чтобы упростить создание малых спутников.
Большую часть спутников CubeSat разработали университеты, но крупные компании, например, Boeing, тоже проектировали спутники на базе CubeSat. Также формат CubeSat используется для создания частных радиолюбительских спутников.
Большинство CubeSat имеют один или два научных прибора.
Несколько компаний предоставляет услуги по выводу CubeSat на орбиту, в частности ISC Kosmotras и Eurokot.
13 февраля 2012 года ракета-носитель «Вега» вывела на полярную орбиту 8 спутников «CubeSat» и спутник LARES.
Рисунок 1 – Спутник на основе технологии CubeSat
Спутники имеют размер 10х10х10 см и запускаются при помощи Poly-PicoSatellite Orbital Deployer (P-POD). Стандарт допускает объединение 2 или 3 стандартных кубов в составе одного спутника (обозначаются 2U и 3U и имеют размер 10х10х20 или 10х10х30 см).
1.4. Технология STRaND
Британская компания Surrey Satellite Technology разработала новый наноспутник, который использует при работе технологию Kinect от Microsoft. Kinect позволяет спутникам объединяться друг с другом при движении по орбите планеты. Наноспутник носит название STRaND, что означает Surrey Training Research and Nanosatellite Development (Суррейское учебное исследование и разработка наноспутников).
Рисунок 2 – Спутник на основе технологии STRaND
Смысл идеи разработки такого спутника — построение маленького космического аппарата с помощью потребительской технологии. Внутри спутника находится смартфон Google Nexus, который используется в качестве бортового компьютера. Kinect будет использоваться для того, чтобы каждый из наноспутников мог определить расположение другого и иметь возможность с ним состыковаться. Очевидно, что подобные системы обычно не используются для создания таких маленьких и дешёвых спутников, однако разработчики всё же хотят дать идее шанс на существование.
1.5. Технология UniSat
UNISAT представляют собой серию небольших (~ 12 кг) спутников для выполнения технологических экспериментов и проверки использования космического оборудования в вакуумном пространстве.
Рисунок 3 – Спутник на основе технологии UniSat
Программа UNISAT была первой университетской программы в Италии предназначенные для поощрения использования коммерческих технологий в аэрокосмической области, выступая в орбитальных испытаний до современных технологий, с коротким временем развитие и значительное снижение затрат.
1.6. Текущее состояние
На данный момент создается большое колличество наноспутников. За период с 1990 по 20012 года на орбиту было выведено более 64 малых спутников с массой менее 30 кг, из них 41 шт – США.
2. ПРИМЕНЕНИЕ НАНОСПУТНИКОВ
2.1. Дистанционное зондирование Земли
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные — использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия. Данные ДЗЗ, полученные с космического аппарата (КА), характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы.ного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах.
Космические аппараты дистанционного зондирования Земли используются для изучения природных ресурсов Земли и решения задач метеорологии. КА для исследования природных ресурсов оснащаются в основном оптической или радиолокационной аппаратурой. Преимущества последней заключаются в том, что она позволяет наблюдать поверхность Земли в любое время суток, независимо от состояния атмосферы. Качество данных, получаемых в результате дистанционного зондирования, зависит от их пространственного, спектрального, радиометрического и временного разрешения.
Частота пролета спутника над интересующей областью поверхности. Имеет значение при исследовании серий изображений, например при изучении динамики лесов. Первоначально анализ серий проводился для нужд военной разведки, в частности для отслеживания изменений в инфраструктуре, передвижений противника.
Для создания точных карт на основе данных дистанционного зондирования, необходима трансформация, устраняющая геометрические искажения. Снимок поверхности Земли аппаратом, направленным точно вниз, содержит неискаженную картинку только в центре снимка. При смещении к краям расстояния между точками на снимке и соответствующие расстояния на Земле все более различаются. Коррекция таких искажений производится в процессе фотограметрии. С начала 1990-х большинство коммерческих спутниковых изображений продается уже скорректированными.
Кроме того, может требоваться радиометрическая или атмосферная коррекция. Радиометрическая коррекция преобразует дискретные уровни сигнала, например от 0 до 255, в их истинные физические значения. Атмосферная коррекция устраняет спектральные искажения, внесенные наличием атмосферы
В рамках программы NASA Earth Observing System были сформулированы уровни обработки данных дистанционного зондирования:
Таблица 2.1 – Обработка данных дистанционного зондирования
2.2 Исследование гравитациооных троссовых систем
Новой тенденцией в создании систем гравитационной стабилизации является использование в качестве стабилизаторов вместо жесткой гравитационной штанги гибких протяженных элементов: тросов, лент. Введение таких элементов позволяет снизить стоимость системы стабилизации и уменьшить массу космического аппарата (КА), что особенно важно для малых КА. Такие системы разрабатываются для ряда перспективных микро- и наноспутников.
Привлекательность использования вместо штанги тросового соединения заключается в возможности технологически достаточно просто увеличить расстояние между спутником и стабилизирующим грузом до нескольких километров, что на 2–3 порядка больше длины жесткой штанги. Соответственно увеличивается и восстанавливающий момент градиента гравитационных сил, который в первом приближении пропорционален квадрату расстояния между спутником и стабилизирующим грузом.
Рисунок 1 - Схема тросовой системы гравитационной стабилизации космического аппарата
Идея создания новой системы ориентации и стабилизации КА с использованием тросового соединения, заключается во введении в систему дополнительного тела (приставки), с одной стороны прикрепленного к тросу, а с другой стороны, соединенного с КА при помощи сферического шарнира. При такой схеме соединения тел появляется возможность создавать диссипативные моменты, рассеивающие энергию колебаний системы в плоскости и перпендикулярно плоскости орбиты. Использование сферического шарнира снимает также проблему невозможности точного присоединения троса в точке, расположенной на линии главной оси инерции КА.
2.3 Исследования систем связи
В современном мире,наноспутники приминяются для создания новых систем связи. В США было приведено описание инфраструктуры сети, которую они (быть может, вопреки сложившейся терминологии) назвали "5G". Указанная сеть будет представлять собой не что иное, как глобальную защищенную унифицированную широкополосную сеть передачи данных. Как заявляется, на базе данного решения M2mi Corp. сможет предлагать на рынке связи:
a) защищенные беспроводные службы данных (wireless data services)
b) глобальные виртуальные частные сети (VPN);
c) возможность проведения финансовых операций с мобильных телефонов;
d) мобильный cloud computing.
Сеть "5G" будет состоять из двух основополагающих элементов:
a) технологические разработки компании Machine-to-Machine Intelligence (M2mi) Corp, называемые "универсальным транслятором";
b) транспортная сеть на базе группировки наноспутников, разрабаты ваемых NASA.
По словам исполнительного директора M2mi Corp. Джеффа Брауна, разрабатываемые технологии предназначены для создания среды, в которой мобильные устройства бесшовно взаимодействуют друг с другом в едином пространстве без вмешательства человека и без использования телекоммуникационного или Интернет-соединения, лишь по принципу mesh поверх Wi-Fi. Система "5G" будет сочетать системы передачи голоса, видео, данных на основе IP и Wi-Fi, а также интеллект machine to machine. Разработчики утверждают, что решению будут присущи бесшовная защищенность, скоростная и сетевая гибкость, устойчивость. M2mi унифицирует инфраструктуру "5G" с помощью собственного ПО, которое выступает в роли автономного "универсального транслятора" между машинами.
По данным официального пресс-релиза компании НАСА, сеть "5G" будет реализована на основе "транспортной" группы низкоорбитальных наноспутников, их количество может быть весьма значительным. Группировка обеспечит глобальное космическое покрытие новой высокоскоростной сети для современных телекоммуникаций. В рамках контракта, анонсированного в апреле 2008 г., НАСА в сотрудничестве с M2mi разработает новое поколение компактных наноспутников весом от 5 до 50 кг, отличающихся низкой себестоимостью и возможностью массового производства.
По мнению разработчиков, решения M2mi Corp. позволят осуществить переход от сетей 3G сразу к сетям "5G", основанным одновременно на нескольких передовых технологиях.
2.4 Выводы
Практическое применение различных наноспутников:
а) Исследования систем связи и программного обеспечения различных производителей;
б) Калибровки РЛС и оптических систем контроля космического пространства;
в) Дистанционное зондирование Земли(ДЗЗ) задержки при передаче информации;
г) Исследования тросовых систем;
д) В образовательных целях;
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Целью данной работы было рассмотрение наноспутников, их разновидностей и областей применения. В ходе работы было выяснено, что наноспутники имеют свои размеры и стандарты,у всех имеется своя техническая(аппаратная) и програмная поддрежка. Так же выбор определенного спутника зависит от необходимой области приминения. |
| Категория: Домашние задания (по сетям МИФИ) | Добавил: SaltySea (28.10.2012)
|
| Просмотров: 3250
| Рейтинг: 0.0/0 |
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
|