Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Development and Launch of the First Ukrainian Nanosatellite "Polytan-1"

325 views

Published on

Presented by Yevhen Kovalenko,
PhD Researcher, Engineer, National Technical University of
Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", at the Workshop of Opportunities, the satellite meeting of the International Young Scientists Forum on Applied Physics YSF-2015

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Development and Launch of the First Ukrainian Nanosatellite "Polytan-1"

  1. 1. Розробка та запуск першого українського наносупутника POLYTAN-1 Коваленко Євген Аспірант, інженер Національний Технічний Університет України «Київський Політехнічний Інститут»
  2. 2. Cтудентський наносупутник PolyITAN-1, перша версія PolyITAN-1 являє собою малий космічний апарат (штучний супутник Землі), який має форму прямого паралелепіпеда. Габаритні розміри корпусу НС 140х140х120мм, вага близько 1 кг. 2
  3. 3. Конструкція першого варіанту супутника 3
  4. 4. Структурна схема системи живлення СБ Підвищую- чий ШІП АКБ Блок вихідних понижуючих ШІПів Мікроконтроллер ШІМ Живлення МК Керування 3.3В 3.3В 1.8В 5В RXD TXD Дані на ЦП Система резервування та балансування заряду АКБ Система запуску Напруга, струм Напруга, струм Формувач двополярного живлення -5В 4
  5. 5. Вимірювач напруги елементів АКБ АКБ 1 АКБ 2 АКБ N Система керованих комутаторів Ємність Вихідний комутатор Мікроконтроллер АЦП 5
  6. 6. Система резервування АКБ АКБ 1 АКБ 2 АКБ N Драйвери Мікроконтро- ллер Ключі на MOSFET Ключі на MOSFET Зворотні діоди Зворотні діоди 6
  7. 7. Була здійснена імітація наступних умов космосу: • Вакуум (10-5) • Скидання тепла на кріоекрани (-192°С) • Імітація сонця 7
  8. 8. Зовнішній вигляд супутника та його розташування у вакуумній камері 8
  9. 9. Фотографії плати процесора та АКБ Термодатчики Інтерфейс діагностики, виведений зовні камери 9
  10. 10. Методика випробувань Обертання НС навколо осі камери: А - вихід НС з тіньової орбіти; В - перехід НС в тіньову орбіту; С - максимальне випромінювання Сонця і Землі 10
  11. 11. Зміна температури поверхонь граней 1 та 3
  12. 12. Зміна температур елементів наносупутника 12
  13. 13. Результати перших експериментів • Підтверджений загальний принцип побудови схеми • Перевірена елементна база • Перевірена стабільність роботи АЦП процесора • Перевірена стабільність роботи понижуючих перетворювачів • Перевірена робота АКБ • Перевірений ККД роботи підвищуючого перетворювача для заряду АКБ (95%) • Перевірені теплові режими роботи елементів з навантаженням та без По платі: -10…+40 По АКБ: -5…+30 13
  14. 14. Перевірка системи орієнтації 14
  15. 15. Радіаційні тести 15
  16. 16. Друга версія супутника, сумісна зі стандартом CUBESAT 16
  17. 17. Структурна схема супутника 17
  18. 18. Конструкція Унікальні вуглепластикові сотопанелі, які захищають акумулятори та плати від теплового впливу Сонця; а в тіні - забезпечують оптимальний температурний режим. 18
  19. 19. Система бортової обробки даних (Модуль центрального процесора) • Багатошарова плата з 32-розрядним процесором ARM Cortex-M4 • ПЗ для циклограми, сплячий режим • Маяк для радіоаматорів з телеметрією • 3 Датчика положення Сонця, 3 електромагніти орієнтації, 2 x RS-485 19
  20. 20. Прийомо-передаюча система • Плата і ПО розробки КПІ • Резервні канали, режими низького енергоспоживання • Протокол AX.25 з інкапсульованим протоколом Modbus • Апаратна реалізація забезпечує високу якість вихідного сигналу Чутливість приймача 145 МГц -110 dBm Потужність передавача 437 МГц 33 dBm Швидкість передачі в діапазоні 437 МГц До 10 кБит/с Напруга живлення, В 5 В, 3.3 В Споживана потужність: - режим очікування - Сеанс зв'язку: -передача, канал 437 МГц, Вт 0,056 Вт 4,5 Вт 20
  21. 21. • Заряд акумуляторів в оптимальній точці вольтамперних характеристик всіх сонячних батарей. • ККД перетворювальної частини: не менше 90% • ККД сонячних батарей: 16.2-18.4% • Кількість сонячних батарей: 5 шт. • Загальна потужність СБ: до 1.5 Вт • Вихідні канали: (3x3.3 В; 2x5 В) • Загальна вихідна потужність: до 10 Вт • Тип АКБ: Літій-залізні • Ємність АКБ: 30 Вт•год (3.3 В, 9.2 А•год) Система живлення 21
  22. 22. З’єднання сонячних батарей MPPT1 MPPT2 MPPT3 ACB Переваги: • Кожна панель працює в точці максимум потужності • Нема необхідності в послідовно включених діодах (вищий ККД) • При виході з ладу одно панелі чи контролера АКБ продовжуватиме заряджатись, та супутник продовжуватиме роботу 22
  23. 23. Концепція побудови центра керування Наземная станція керування Центр керування польотом 437 Mhz Downlink 145 Mhz Uplink Кабелі РЧ, Керування поворотним пристроєм Трансивер AX.25 протокол Аудіо TCP/IP HTTPs/XML Віддалений доступ Сервер бази данных Прикладний сервер Звіти, виборки даних Планування, Моніторинг, керування Інтерфейсдозовнішніхпрограм 23
  24. 24. Наземна станція 24
  25. 25. Інтеграція в пусковий контейнер ISI-POD (Університет DELFT, Нідерланди) 25
  26. 26. Напруга АКБ 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127 134 141 148 155 162 169 176 183 190 197 204 211 218 225 232 239 246 253 260 267 274 281 288 295 302 309 316 Зміна режиму роботи маяка Початок експериментів з підсистемами 26 Напруга, мВ Час
  27. 27. Споживання ЦП 0 10 20 30 40 50 60 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121 127 133 139 145 151 157 163 169 175 181 187 193 199 205 211 217 223 229 235 241 247 253 259 265 271 277 283 289 295 301 307 313 319 27 Струм, мА Час
  28. 28. Струм від СБ в АКБ 0 50 100 150 200 250 300 350 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121 127 133 139 145 151 157 163 169 175 181 187 193 199 205 211 217 223 229 235 241 247 253 259 265 271 277 283 289 295 301 307 313 319 28 Струм, мА Час
  29. 29. Температура плати 0 5 10 15 20 25 30 35 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 301 313 325 337 349 361 373 385 397 409 421 433 445 457 469 481 493 505 517 529 541 553 565 577 589 601 613 625 Початок експериментів з підсистемами 29 Температура, град. Час
  30. 30. Висновки по роботі в космосі • Через рік роботи на орбіті плати не були пошкоджені радіаційним випромінюванням • Потужність СБ знизилася на 20% • Максимальна потужність СБ на орбіті відповідала розрахунковій максимальній потужності • Було доведено ефективність попарного включення СБ • Підтверджено використання Li-Fe AКБ в космосі • Перевірена функціональність системи живлення супутника POLYTAN-1 НТУУ КПІ власної розробки. Цей досвід буде використаний на наступному супутнику в проекті QB50. 30
  31. 31. Polytan-2-SAU, інженерна модель 31
  32. 32. Polytan-2-SAU, інженерна модель 32
  33. 33. Polytan-2-SAU, структура 33
  34. 34. Системи живлення супутників POLYTAN Polytan-1 Polytan-2-SAU 34
  35. 35. Порівняльні характеристики систем живленняPOLYTAN-1 POLYTAN-2-SAU Розмір плати 96x96mm 82x82mm Ємність АКБ 22WH Тип АКБ LiFePO3 Кількість елементів АКБ 3 Напруга та ємність АКБ 3.3V, 2.3AH З’єднання АКБ Паралельне Апаратний захист від перезаряду АКБ Так Діапазон температур АКБ -20°C to +60°C Загальна потужність СБ 1W 2,1W Самоспоживання системи 0.06W 0.04W Зв’язок з іншими системами 2xRTU Modbus, 115200, 8N1 Тип мікроконтролера Atmel ATXMega256A3 STM Cortex M0 Типи АЦП Вбудоване в МК (12bit) Вбудоване в МК, вбудованів датчики напруг і струмів ТМП-модулі 3xHardware 5xHardware Система здатна живити супутник та заряджати АКБ при виході з ладу мікроконтролера Yes Вихідні напруги/струми 3.3V/5A (нестабілізоване), 5V/0.2A, 3.3V/0.5A, 3.3V RTC 3.3V/5A (нестабілізоване), 3.3V/2A, 5V/2A, 6.8V/1A, 3.3V RTC 35
  36. 36. Зняття характеристик СБ 36
  37. 37. FIPEX (Flux Probe Experiment) - експериментальний датчик забору зустрічного потоку, здатний розрізняти і вимірювати характеристики атомарного і молекулярного кисню. Атомарний кисень представлений більше інших частинок на висоті 90-380 км, його оцінка є визначальним чинником у моделі атмосфери. Корисне навантаження 37
  38. 38. Дякую за увагу! Команда розробників супутника 38

×