Ihre eigenen Satelliten 7 Dinge zu wissen, bevor Sie gehen, stellen
Ich frage ist alles eine erfolgreiche Markteinführung, ein sauberes Funksignal, und ein Leben gerade lang genug, um dieses Ziel zu erreichen.
Aurora von der ISS gesehen in niedriger Erdumlaufbahn, Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA
Was ist ein Picosatellite?
Picosatelliten. per definitionem sind extrem klein, leicht Satelliten. Jede Picosatellit dazu neigt, diese Kernkomponenten haben:
- eine Antenne
- Ein Funksender für uplinking Befehle oder das Herunterladen von Daten
- Ein Computer-on-a-Chip, wie beispielsweise einen Arduino oder ein basischen-X24
- Ein Energiesystem, meist Solarzellen sowie eine Batterie sowie ein Stromversorgungsbus
- Sensoren
Der Vorläufer der Pico-Klasse ist die CubeSat. eine Open-Source-Architektur, die Sie alles läßt packen Sie das wollen, in 10 cm × 10 cm × 10 cm-Würfel.
Dies ist eine Parallele ordentlich Interorbital Systems TubeSat. Interorbitalsysteme (IOS) hat den Rand in Preis / Leistung, wie sie die Einführung in für die gleichen Kosten zu werfen. Aber es sieht aus wie weder IOS noch Kürbis premades bieten, nur Kits. Es gibt also noch Bastler Arbeit beteiligt, aber Kits die Notwendigkeit für technische entfernen und lassen Sie einfach den Spaß Teil der Montage und Integration.
TubeSat und CubeSat, zwei Varianten eines Picosatellit, mit Vierteln für Skala gezeigt
Wie viel kostet es zu starten?
Wenn Sie eine CubeSat bauen, eine Rakete zu sichern, es zu starten, ist nicht schwierig, nur teuer. Eine typische CubeSat Launch Kosten werden auf $ 40.000 geschätzt. Es gibt mehrere kommerzielle Anbieter Zukunft CubeSat Raketen viel versprechend, sie vollständige Entwicklung übernehmen. Verschiedene NASA und Internationalen Raumstation Projekte akzeptieren einige Vorschläge der CubeSat Architektur. Es gibt mehr Unternehmen im Privatboot Geschäft jedes Jahr eintreten, so die Aussichten für einen Start bekommen werden immer robuster.
Die TubeSat Architektur von Interorbital System ist ein alternatives Schema. Derzeit werden nur durch Interorbital unterstützt, ist es sehr kostengünstig. Sie erhalten die Schaltpläne, Haupthardwarekomponenten und eine Einführung auf ihrer noch-in-Entwicklung Rakete für den Einheitspreis von $ 8.000. A TubeSat verwendet eine etwas längere hexagonal Architektur, 12 cm in der Länge und 4 cm Durchmesser.
Wo ist Orbit?
Wo wird Ihr Picosatellit gehen? Es ist fast selbstverständlich, dass Ihr Picosatellit auf erdnahen Orbit (LEO) gehen. eine breite Bande im Bereich von etwa 150 km bis vielleicht 600 km auf. Dies ist der Bereich, der auch viele Forschungssatelliten und die Internationalen Raumstation (ISS) hat. Es ist in und unterhalb der Ionosphäre, die sehr, sehr dünne Teil der Atmosphäre, die auch mit viel der das Magnetfeld der Erde übereinstimmt.
Die Erdmagnetfeld schützt uns vor der Sonne heftigsten Aktivität. Hochenergetischer Teilchen, flare Emissionen und koronale Massen (CMEs, im Grunde Blobs von Sun-stuff) erhalten durch das Magnetfeld parallel geschaltet, bevor sie Boden erreichen können. Wo die Magnetfeldlinien in der Nähe der Pole tauchen, drückt diese Energie selbst als die Aurora.
Erdnahen Orbit Ansicht eines aurora (Bild ISS006E18372, mit freundlicher Genehmigung von NASA)
Oberhalb der Ionosphäre kann der Raum Umwelt, weil der Sonnenaktivität feindlich sein. Darunter sind die Strahlungsrisiken deutlich geringer. Deshalb ist die ISS in LEO gehalten wird. LEO ist, am Herzen liegt, um so sicher wie Platz bekommen kann. Es ist auch, wo Ihre Picosatellit wahrscheinlich zu leben.
Ein typischer LEO Orbit hat etwa einen 90-Minuten-Zeitraum. Das heißt, dreht es sich um die Erde einmal alle 90 Minuten, ca. 15 Bahnen pro Tag zu tun. Orbits können in der Nähe der Erde Äquator (äquatoriale Umlaufbahnen) oder Schleife von Norden nach Südpol (polare Umlaufbahnen) positioniert werden. In ähnlicher Weise können Bahnen nahezu kreisförmig sein, oder als sehr exzentrisch kommt näher an die Erde an einem Ende der Bahn, und dann weit weg am andere bewegen.
Wie lange wird mein Satellite Last?
Ihre Umlaufbahn ist vollständig bestimmt durch das, was Ihre Rakete Anbieter hat Ihnen verkauft. Auf dem Bastler Ebene, wirst du höchstwahrscheinlich einen Standard 250km oder so nahezu kreisförmige Umlaufbahn, entweder äquatorialen oder polar. Ein solche Umlaufbahn dauert (wegen des Widerstands, der durch die dürftige Ionosphäre) from3 bis 16 Wochen vor dem Satelliten eine feurige Reentry leiden.
Bei Picosatellit Massen, dies bedeutet, dass Ihr Satellit steigen wird und nicht zurück. Sie haben weniger als drei Monate Daten zu sammeln. Die Picosatellit wird dann im Wesentlichen verdampfen ordentlich auf Reentry (kein Weltraumschrott Risiko!)
Wie ist das Wetter da oben?
LEO Bedingungen und Lebensfähigkeits
Die Ionosphäre wird so genannt, weil es ein sehr dünnes Plasma aus elektrisch geladenen Atomen (Ionen) und Elektronen aufgrund der ultravioletten (UV) Strahlung von der Sonne Technisch reicht es aus etwa 50 km bis zu über 1.000 km, aber LEO beginnt bei 150 km (Danke Wikipedia!) - unter dem, können Sie nicht eine stabile Umlaufbahn halten. Der Ionosphäre, wie erwähnt, wird durch die Sonnenaktivität angetrieben. Der Teil der Sonne zugewandte Seite mehr Ionisation; Auch hier kann die Sonnenaktivität sein Verhalten stark antreiben. Es gibt auch in der magnetischen Feldlinie eintaucht, was zu Strahlung steigt bei niedrigeren Höhen. Wir haben den Pol erwähnt, und Regionen wie der Südatlantik Anomaly (SAA) auch Feldlinien hat, die niedriger tauchen.
Wenn Sie Sensoren sendet up, sollten Sie ein paar Dinge gewährleisten:
- Sie haben eine Empfindlichkeitsstufe entsprechend dem Pegel des Signals Sie versuchen zu messen.
- Sie haben einen Dynamikbereich, die Sie extrahieren aussagekräftige Daten können.
LEO Temperaturen
Eine Metallplatte in LEO wird Zyklus von -170 ° C bis 123 ° C in Abhängigkeit von seiner Sonnenseite und seine Zeit in Sonnenlicht. Wenn Ihr Picosatellit dreht, wird dies die Wärmeverteilung ein wenig glätten, aber das ist der Bereich zu übernehmen. Eine Umlaufbahn hat etwa die Hälfte seiner Zeit in der Sonne und die andere Hälfte in der Erde Schatten, so dass das Temperaturverhalten lohnt Modellierung.
Da die Picosatellit Spinnen, so ist dieser Bereich zum Glück kleinen (als Wärme Zeit zu verteilen und abzuführen hat), und mit einer 90-Minuten-Umlaufbahn, sollten Sie durchlaufen drei Bereiche: zu kalt zu registrieren; Übergangsbereiche, wo der Sensor liefert gültig ist, sich langsam ändernden Daten; und gegebenenfalls am oberen Ende Übersättigung. Sie können eine Heizung hinzufügen, wenn erforderlich-Satelliten verwendet haben Heizungen und Kühler auf dem Gerät abhängig und mit Blick auf.
Ähnlich ist ein Lichtdetektionssensor für eine Spinn Picosatellit ist, wahrscheinlich nur ein binäres Signal zurückzukehren: super-bright Sun in Ansicht und Sonne nicht im Blickfeld. Also alles, was es messen wird, ist der Zeitpunkt, wann die Sonne im Blick. Die Funktion der Lichtsensoren wird weitgehend binär, Sun-Dunkel-Zyklen zu fangen, wie sie sich dreht, sowie die Gesamt Tag / Nacht-Zyklus der Umlaufbahn. Wenn es einen leichten Sturz auf den Satelliten, umso besser. Diese Lichtsensoren wird ein Grundmaß von der Lage des Satelliten zur Verfügung stellen und Taumeln. Wenn Sie tatsächliche Lichtpegel messen wollen, wird Ihr Design, um sicherzustellen, hat die Sonne nicht Ihren Detektor sättigt.
LEO Magnetic Field
Die Ionosphäre hat eine Feldstärke in der Größenordnung von 0,3-0,6 gauss, mit Schwankungen von 5%. Für eine polare Umlaufbahn, werden Sie höhere Variabilität und höhere Magnetfelder als eine äquatoriale Umlaufbahn haben (wie die Magnetfeldlinien dip der Erde in der Nähe der Pole, also die auroras). Wenn Sie Fluktuation messen wollen, nicht die Feldstärke, müssen Sie 0,06-0,1 gauss Signale erfassen. A $ 10 Hall-Effekt-Sensor sowie ein Operationsverstärker könnte Variationen messen unten so niedrig wie 0,06 Gauss, wenn es keine große externe Magnetfeld ist. Darunter die Schaltungen der Lärm von Ihrem Sensor, nicht der Sensor, wird der limitierende Faktor wahrscheinlich.
Was über Particle (Radiation) Schaden?
Und schließlich das Wichtigste zu wissen:
Was ist meine Mission?
Genau das, was zum Teufel wollen Sie Ihre Picosatellit zu tun? Sie können ordentlich die typischen Picosatellit Entscheidungen in wissenschaftlichen Missionen, Engineering-Missionen und Kunst auszubrechen. Eine Wissenschaft Nutzlast Maßnahmen Sachen. Eine Engineering-Nutzlast Tests Hardware oder Software. Ein Kunstprojekt instanziiert ein hohes Konzept. Wir werden jeden Besuch.
Auf einer Wissenschaftsmission, wird Sie Picosatellit etwas messen. Die Wissenschaft ist über Messung an seinem Herzen. Es gibt drei Arten von Missionen, die Sie tun können: zeigen, in-situ und Engineering baut.
Eine Zeige Mission ist wie ein Teleskop. Ihre Picosatellit Punkte auf einem Objekt von Interesse-Sonne, Mond, Sterne, der Himmel im Hintergrund, oder der Erde und führt sie aus. Beachten Sie, dass eine Lizenz auf der Erde zeigen -keine hart erfordert zu bekommen, aber die Privatsphäre ist in Hobbyraum geschützt.
Sie können zufällig Punkt, aber das scheint nicht sehr nützlich. Sie können eine Umfrage-Modus eingestellt. wo Ihr Picosatellit eine bestimmte Ausrichtung in seiner Umlaufbahn gegeben wird, so dass jede Umlaufbahn, fegt sie über den Himmel in einer vorhersagbaren Art und Weise. Oder Sie können aktiv Zeige tun, was die Picosatellit Blick, wo Sie wollen.
Aktive Zeige ist ziemlich anspruchsvoll. Sie müssen Ihre Position sehr genau kennen. Mit Trägheits Referenzen-Kenntnis der Anfangsbahn sowie die internen Vorhersage, wie der Satellit Wander ist ungenau für Sensor zeigt Zwecke. Daher erfordert zeigt typischerweise eine Art von Stern-trackers. Dies sind zwei oder mehr Weitfeld-Teleskope, die den Himmel Bild und vergleichen Sie es mit einem Onboard-Katalog von bekannten hellen Referenzsterne.
Star-Tracking ist technisch komplex und wahrscheinlich über das Gewicht und Design Grenzen einer typischen Picosatellit. Allerdings sehen „Engineering“ unten, für mehr zu diesem Thema.
Eine üblichere Picosatellit Wissenschaft Nutzung ist in-situ-Messungen. Dies ist der Einsatz von Sensoren, die die Region der Satellit in ohne Zeige erfordert, ist zu messen. Ein Thermometer ist ein perfektes Beispiel für einen in-situ-Detektor. Er misst die Temperatur, und Sie müssen nicht genau es Punkt zu wissen, dass es funktioniert.
Andere in-situ-Messungen von LEO können die elektrischen und magnetischen Feld in der Ionosphäre, Licht von der Sonne enthalten oder reflektiert Erde leuchten, die Ionosphäre Dichte zu messen, oder die Verfolgung der Kinematik Ihrer Umlaufbahn und Positionierung (wie Sie sich bewegen).
Ingenieurwesen!
Ein Ingenieur Picosatellit nutzt die Plattform einige neue Raum Hardware Konzepte auszuprobieren, oder Sie in den Aufbau Ihrer eigenen Varianten bekannter Raum Hardware Praxis zu geben.
Sie können eine Picosatellit machen jede der Hardware-Komponenten zu testen. Ein neues Energiesystem, ein neues Positionierungsverfahren, eine neue Art von Funk oder Relaiskommunikation, neue Sensoren-wirklich jede Komponente des Satelliten kann gebaut und verbessert werden.
Drei Unzen flyable Instrumentierung
Einige Picosatellit Projekte Test-in geringem Umfang neue Satelliten-Antriebskonzepte beteiligt. im Bereich von Ionentriebwerken zum Solarsegel. Möchten Sie eine aufblasbare Raumstation in Miniatur testen, oder ob Sie eine Picosatellit machen können, die einen großen Schinken Radio Bounce Punkt bilden entfaltet? Baue es!
Ein weiteres Engineering Motiv kann bestimmte Komponenten testen: zum Beispiel einer benutzerdefinierte Elektronik rig gegen einen commercial off-the-shelf (COTS) -Komponente zu vergleichen, um zu sehen, ob Satelliten (jede Größe) können kostengünstiger hergestellt werden. Oder können Sie neue Datenkompressionsverfahren testen oder alternative Methoden der Operationen an Bord zu tun.
Art Concept!
Schließlich gibt es Konzept Stücke. in-situ Mein eigenes „Projekt Calliope“ TubeSat Messungen der Ionosphäre und überträgt sie auf die Erde als Musik, ein Prozess namens Sonifikation sammelt. Die Absicht ist, ein Gefühl für den Rhythmus und Aktivitätsniveau des Raumes zurückzukehren, anstatt numerische Daten, so dass wir ein Gefühl von nur erhalten, wie die Sonne-Erde-System verhält.
Sie sind keine wirkliche Mission, bis Sie Ihren eigenen Flug-Patch.
Sie können einen Satelliten starten, um nichts zu tun. Senden Asche in den Weltraum. Schiff auf eine Himalaya-Gebet Flagge. Starten Sie Ihren Titan Ehering in der Umlaufbahn. Jede Kunst, Musik oder Kunst / Musik / Wissenschaft Hybrid-Idee ist willkommen, weil es Ihr Satellit ist. Probieren Sie es einfach einen Zweck oder Nutzen mehr als nur das Schauspiel in der Lage, Ihre eigenen Satelliten zu starten.
Definieren Wissenschaft (mit freundlicher Genehmigung science20.com/skyday)
Hier ist eine Design-Übung, die Sie einen Satelliten erfinden fragt. Der Punkt ist nicht, ob Sie bauen können, sondern ob Sie schwanger werden und eine Idee skizzieren, die den Bau in erster Linie wert ist.
Ändern Eisschilde und Meeresspiegel. Werde es katastrophalen Zusammenbruch der großen Eisschilde auch die, die von Grönland und der Westantarktis und, wenn ja, wie schnell wird dies geschehen? Was wird die Zeitmuster des Anstiegs des Meeresspiegels als Folge sein?
Eine gute Tonhöhe könnte gehören:
Um eine gute Tonhöhe zu bewerten, zu prüfen, ob:
- Ihr Ziel und Satelliten sind plausibel.
- Ihr Ansatz scheint eindeutig der richtige Ansatz für die Aufgabe zu sein.
Dies ist die Fähigkeit der beiden Unternehmen und akademische Vorschläge, wo Sie müssen nicht nur das Publikum davon überzeugen, dass Sie die richtige Person für die Aufgabe sind, sondern auch, dass die Aufgabe selbst ist lohnt sich!
Ihren eigenen Picosatellit Aufbau ist nicht nur ein Mittel zum Zweck, sondern ein lohnenswertes Ziel selbst. Auch wenn Sie es nie starten, die Fähigkeiten und die Erfahrung, die Sie bei der Herstellung Ihrer eigenen realen Satelliten gewinnen können eine wunderbare Erfahrung sein.
Dieser Artikel ist aus DIY Satellitenplattformen und DIY Instrumente für Amateur Space von Sandy Antunes angepasst. Diese Serie, die auch Orbit Surviving the DIY Way enthält. ist eine tiefe und benutzerfreundliche Ressource für Satelliten Bauer vom Hersteller zur Verfügung Shed Möchtegern-, bei makershed.com. Achten Sie auf das vierte Buch in der Reihe, DIY Datenkommunikation für Amateur-Raumschiff. in diesem Sommer kommen.