Družica skCUBE ponesie na palube viacero nových technológií

28. apr. 2017 • Fyzikálne vedy

Družica skCUBE ponesie na palube viacero nových technológií

Mnohí ľudia už isto niekedy počuli alebo poznajú aj detailnejšie projekt skCUBE – prvej slovenskej družice, ktorá má byť zakrátko vypustená do vesmíru. Fungovať bude tak ako každá umelá družica. Bude obiehať okolo Zeme a zaznamenávať zaujímavé údaje z palubných senzorov a experimentov. Tie bude odosielať rádiovým staniciam na Zemi a pomocou nich bude tím vysielať na družicu príkazy. To, že ide o čisto slovenskú družicu, znamená, že bola kompletne navrhnutá, vyrobená a bude ovládaná zo Slovenska.

Menej ľudí už ale možno vie, že má na palube niekoľko zaujímavých experimentov. Tým hlavným experimentom je podľa Antona Cvika zo Slovenskej organizácie pre vesmírne aktivity detektor rádiových vĺn veľmi nízkych frekvencií. Vysvetľuje, že očakávaným zdrojom signálov na nízkej orbite Zeme, môžu byť tzv. nadoblačné blesky, nabité častice v magnetosfére Zeme a samozrejme aj ľudská činnosť.

Medzi ďalšie experimenty na palube radíme súbor technologických experimentov. „Z množstva by som vybral hlavne unikátny Sun-senzor, ktorý sme vyvinuli a predpokladáme, že môže byť až o rád presnejší než sú bežne dostupné na trhu. Ďalej testovanie vlastného operačného systému Real Time Operating System (RTOS). Ten je založený na štandarde Misra-C pre bezpečnostné kritické systémy. Testované budú všetky vlastnosti systému ako manažment úloh, riešenie chýb, komunikačné protokoly, atď. Zaujímavým experimentom bude aj vysokorýchlostný prenos na frekvencii 2,4 Ghz,“ uvádza.

Tím pripravil aj aktivity pre rádioamatérov. „Napríklad palubný digipeater umožní spojenie dvoch rádioamatérskych operátorov prostredníctvom satelitu,“ hovorí Anton Cvik.

SkCUBE sa veľkosťou radí do triedy nanosatelitov. Jeho rozmery sú 10 x 10 x 13,5 cm a váži presne 1 056 g. Zem by mal obiehať vo výške 450 – 720 km so sklonom orbity 98°. Jeden obeh okolo Zeme zvládne za 96 minút s priemernou obežnou rýchlosťou 7,5 km/s.   

Ako pokračuje Anton Cvik, projekt SkCUBE slúži celkovo na „vyslanie“ jasného signálu svetu, že Slovensko je na vesmírne aktivity pripravené. A to technologicky, organizačne i ľudskými kapacitami. Nápad vznikol oficiálne na jeseň roku 2009, kedy bolo založené občianske združenie Slovenskej organizácie pre vesmírne aktivity (SOSA). Cieľ bol podľa Antona Cvika jasný – dostať konečne Slovensko, ako jeden z posledných štátov EÚ, medzi štáty spolupracujúce s Európskou vesmírnou agentúrou (ESA). „Projektom chceme zároveň popularizovať technické smery, ktoré sú vo svete stále viac potrebné a prispieť svojou troškou k národnej hrdosti.“

SkCUBE je podľa neho doslova nabitý inováciami. „Jednou zo zaujímavých vlastností družice je redundancia. Redundancia je zdvojenie kritických komponentov systému za účelom dosiahnutia jeho väčšej spoľahlivosti. V prípade malých satelitov ako skCUBE, je ich elektronika voči vplyvom kozmického prostredia a radiácie prakticky nechránená. Všetky kritické systémy skCUBE, ako palubný počítač, napájací zdroj a komunikácia sú preto zdvojené. Jednou z najväčších inovácií na palube je napríklad Sun-senzor. Ide o snímač, ktorý bude na orbite merať polohu Slnka, na základe ktorej budeme takisto môcť zistiť orientáciu družice na orbite. Ukazuje sa, že vo svete je záujem aj o technológiu vysúvateľnej patch antény, či o naše riešenie systému na zmenu orientácie satelitu.“

Ďalej spomenul High-speed COM alias Vysokorýchlostný prenos obrázkov. „Objem prenesených dát zo satelitu na nízkej obežnej dráhe je limitovaný časom, ktorý družica strávi nad obzorom prijímateľa, rýchlosťou a kvalitou satelitného komunikačného systému. Prvý problém sa dá čiastočne odstrániť zapojením širšej rádioamatérskej komunity po celom svete. Ten druhý si vyžaduje vysokorýchlostný prenos údajov. Prvý slovenský satelit skCUBE využíva obidve tieto možnosti.“

Komunikácia s družicou má prebiehať v dvoch rádioamatérskych pásmach. „Na prenos štandardnej telemetrie z družice na Zem bude použité pásmo 437 MHz. Pri vysielaní sa bude striedať vysielanie AX.25 paketov s vysielaním CW majáka. Rádioamatérske pásmo 2.4 GHz použijeme na prenos obrázkov z palubnej kamery (rozlíšenie 750 x 480) rýchlosťou až do 250 kbps s pomocou vlastného protokolu, ktorý bude obsahovať aj FEC zabezpečenie voči chybovosti,“ vysvetlil Anton Cvik.

Aby skCUBE mohol vôbec niečo prijať alebo odoslať potrebujete zdroj energie. Ten sa nachádza v napájacom zdroji, laicky povedané v akumulátoroch. „Tie dobíjame za pomoci solárnych panelov, ktoré sú po stranách družice. Nemali by sme zabudnúť na palubný počítač. Bez neho by bolo riadenie družice nemožné. Na palube okrem experimentu, družica nesie kameru, Sun-senzory, Earth-senzory, magnetometer, akcelerometer a gyroskop,“ hovorí pracovník SOSA.

Zdroj: SOSA / Animácia štartu družice skCUBE do vesmíru (credit: INOVE Slovakia s. r. o.)

Jedným z rizík projektu prvej slovenskej družice je kolízia s iným telesom. Anton Cvik pripomína, že družica bude vypustená z letového kontajneru, ktorý je umiestený na druhom stupni nosnej rakety. „Družica nedokáže meniť svoju rýchlosť, s ktorou opustí box a práve pre to ani svoju obežnú dráhu. Prečo? Ak by ste chceli zmeniť, potrebujete motory. Nezabúdajte, že ste limitovaný priestorom. Do tak malého priestoru by nám žiaden pohon nevošiel. Čo však vieme zmeniť, je rotácia, resp. orientácia družice okolo vlastnej osi. Tá je dôležitá napríklad pre snímkovanie Zeme. Realizujeme ju trojicou elektromagnetických cievok. Každá sa nachádza v jednej osi pohybu x, y, z. Magnetické pole Zeme nám poskytne akýsi oporný bod, o ktorý sa družica oprie polom vybudeným cievkami a otočí sa požadovaným smerom.“

Pracovník SOSA hovorí, že trend na najbližšie roky je jasný už dnes. „Cubesat = budúcnosť. Nanosatelity úplne menia prístup k výskumu vesmíru. Výrazným spôsobom uľahčujú a zlacňujú prístup do kozmu. Sú ideálnym prostriedkom na realizáciu technologických, vedeckých, či iných experimentov. Cubesaty a technológie s nimi spojené sú budúcnosť a preto je dobré, že sme potrebné zručnosti získali práve počas vývoja 1. slovenskej družice skCUBE. Cubesaty tiež nevytvárajú nežiadúci odpad na obežnej dráhe, nakoľko sú vypúštané len na nízku orbitu. Družica po ukončení svojej misie zhorí vatmosfére Zeme.“ Presahy do iných odvetví sú podľa neho jasné na prvý pohľad. Menuje od konštrukčných, strojárskych zručností napr. pri stavbe rámu družice, cez elektroniku, elektrotechniku, informatiku až po právne zručnosti a schopnosti komunikovať s verejnosťou. „Takýto projekt zasahuje všetky oblasti, i keď sa to tak nemusí zdať.“ Nositeľom projektu skCUBE je Žilinská univerzita v Žiline, ktorá v spolupráci s Leteckou fakultou Technickej univerzity v Košiciach a Slovenskou organizáciou pre vesmírne aktivity pracuje na projekte od roku 2011.

 

Bude mať projekt skCUBE nejaké pokračovanie? Po štarte čaká vedecký tím komunikácia so satelitom, zber dát a ich vyhodnocovanie. „Pripravujeme sériu prednášok po celom Slovensku. Chceme aj naďalej popularizovať výskum vesmíru a motivovať ostatných, aby sa nebránili snívať aj naozaj veľké sny,“ zdôraznil Anton Cvik. V rámci študentských inkubátorov v Bratislave a Košiciach chce tím odovzdávať skúsenosti študentom a iným záujemcom. Len nedávno sa podarilo uzatvoriť i vďaka ich predsedníčke Dr. Michaele Musilovej, MSci. dohodu medzi Slovenskou organizáciou pre vesmírne aktivity (SOSA), Slovenskou technickou univerzitou v Bratislave (STU v Bratislave) a Technionom (Israel Institute of Technology) o výmene informácii a pomoci pri práci na nanosatelitoch. V plánoch je teda medzinárodná spolupráca a na stole je aj projekt flotily cubesatov – vesmírneho observatória na zaznamenávanie gama zábleskov. Ďalšie pokračovanie majú aj iné projekty SOSA.

SOSA sa od svojho vzniku postupne rozširovala o monohých kvalitných členov, a to nielen elektrotechnikov, ale aj marketérov, vedcov, právnikov a všetkých spája vášeň pre vesmír. Má už za sebou značné úspechy. Na konci roku 2010 prvýkrát letela do stratosféry sonda JULO (nazvaná na pamiatku zosnulého Júliusa Satinského). Dosiahla výšku 40 kilometrov nad povrchom Zeme. Drsné podmienky stratosféry pracovníkom SOSA postupne odhaľovali, čo všetko sa môže počas letu pokaziť – od problémov s navigáciou, cez výpadky signálu, až po vysokonapäťové skraty vo vákuu a ďalšie nevídané fenomény. Na desiatkach víkendových workshopov tak postupne sondu zdokonaľovali až kým sa im podarilo zrealizovať 17 úspešných letov. Tieto znalosti ich motivovali, aby sa pustili do vývoja prvej slovenskej družice, ktorá dnes zas otvára dvere mnohým medzinárodným spoluprácam aj vo vesmírnom priemysle.

 

Informácie poskytol: Anton Cvik zo Slovenskej organizácie pre vesmírne aktivity

Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR

Redigovali:

Jakub Kapuš, podpredseda SOSA a líder projektu družice skCUBE

Dr. Michaela Musilová, MSci., predsedníčka SOSA

Foto: skCUBE

 

Tento inovatívny projekt bol predstavený v rámci 4. ročníka networkingo­vého podujatia TECH INNO DAY, ktoré sa konalo začiatkom apríla 2017 na Fakulte informatiky a informačných technológií v Mlynskej doline, Bratislava.

TECH INNO DAY organizoval opäť Univerzitný technologický inkubátor STU v Bratislave, ktorý patrí medzi prvé univerzitné inkubátory na Slovensku. Počas 11 rokov svojej existencie podporil rozbeh už viac ako 50 inovatívnych firiem. 

„Podujatie TECH INNO DAY vzniklo pre to, aby sme zvýšili povedomie o zaujímavých projektoch študentov a technologických start-upov. Zároveň ponúka priestor na networking a získanie zaujímavých kontaktov pre firmy aj študentov,“ hovorí Lenka Bednárová, vedúca Univerzitného technologického inkubátora STU v Bratislave.

 

ZOZNAM VŠETKÝCH VYSTAVOVATEĽOV – originálnych študentských projektov z STU a inovatívnych firiem


 

Súvisiace:

Hore
Quark_2020
TVT2020 prihlasovanie
Veda v CENTRE / Vedecká kaviareň 7/2020
TVT2020 súťaže
Vedec roka SR
Vedecká cukráreň video
VC 6/2020 železany
Veda v CENTRE máj
Vedecká cukráreň 5/2020
Aurelium - centrum vedy
Vírusy, vakcíny, imunita
Quark 25 rokov
kúpa časopisov jún 2016
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Publikácie Veda v CENTRE
Zaujímavosti vo vede
Počítačové čipy, lasery či LED diódy dnes pracujú na princípoch kvantovej mechaniky.
Zistite viac