aalborg universitets nyeste satellit - aausat-ii

05gr834

Aalborg Universitets Nyeste Satellit - AAUSAT-II

05gr834

Ørsted

• Opsendt den 23. februar 1999 • Vægt: 60 kg• Bygget i samarbejde mellem universiteterne og industrien

med støtte fra det offentlige• Måler jordens magnetfelt med stor præcision• Virker stadig og bidrager dagligt med nye målinger

05gr834

DTUSat

• Opsendt den 30. juni 2003• Vægt: 1 kg• Bygget af studerende på DTU• Indbygget kamera og tether system• Virkede desværre ikke i orbit

05gr834

AAU Cubesat

• Opsendt den 30. juni 2003• Bygget af studerende på Aalborg universitet• Vægt: 1 kg• Indbygget kamera og attitude kontrol system• Virkede ikke som forventet men der var dog kontakt med

satellitten inden batterierne døde.

05gr834

AAUSAT-II

• Skal efter planen opsendes sommeren 2006• Udviklet i samarbejde mellem IHK og AAU• Vægt: 1 kg• Størrelse: 10x10x10 cm• Skal måle gammastråling fra solen med en sensor udviklet

af DNSC, teste et attitude kontrol system med momenthjul og et sæt udfoldelige solpaneler.

05gr834

Mål for AAUSAT-II projektet

1. Uddannelse af studerende

2. Kommunikation med satellitten

3. Test af attitude kontrol system

4. Test af gammastråle detektor

05gr834

Krav

• Masse maks. 1 kg• Størrelse 10x10x10 cm• Temperatursvingninger mellem -40 og +80 grader Celsius• Stød og vibrationer under launch• Elektromagnetisk stråling fra solen og rummet

05gr834

Arbejdsform

• Satellitten opdeles i subsytemer • Der oprettes en projektgruppe for hvert subsystem• Interfaces mellem subsystemerne koordineres på ugentlige

møder og gennem mail og nyhedsgrupper• Der laves budgetter for masse, størrelse, effektforbrug og

data som vedligeholdes i samarbejde mellem grupperne • Styring og planlægning af møder er overladt til de

studerende

05gr834

Blokdiagram

05gr834

Modes og opstart 1/2

• Satellitten har en række modes som den gennemløber under opstart

• Initialization mode (når EPS bootes) – EPS checker om antennen er foldet ud, ellers ventes der lidt og

antenne foldes ud. Lykkes det skiftes der til safe mode og ellers forsøges antennen foldet ud igen.

• Safe mode– EPS checker at batteriet er i orden og ellers lades der på batteriet.

Hvis alt er godt skiftes til recovery mode

05gr834

Modes og opstart 2/2

• Recovery mode– EPS venter på at OBC bootes. Når OBC er klar overtager CDH

styringen af satellitten og går i nominal mode– Hvis batterispændingen bliver kritisk lav skifter EPS til safe mode

hvor batteriet lades

• Nominal mode– I nominal mode kører satellitten normalt og OBC/CDH styrer

satellitten– Hvis OBC går ned skifter EPS til recovery mode– Hvis batterispændingen bliver kritisk lav skifter EPS til safe mode

hvor batteriet lades

05gr834

Kommunikation mellem subsytemer

• Krav– Simpel og pålidelig protokol– Automatisk retransmission– Ufølsom overfor elektrisk støj

• CAN (Controller Area Network) opfylder kravene– Bruges i industrien til distribuerede systemer– Kommunikations bus – alle systemer på samme ledning– Differentiel bus – giver stor støjtolerance

05gr834

MECH

• Satellitstrukturen designes og fremstilles af MECH

• Der designes med henblik på kravene til masse, vibrationer og temperatur.

05gr834

MECH

Resultater af stress test på printstakken

05gr834

Electrical Power System

• EPS er satellittens strømforsyning og skal:– Konvertere strøm fra solcellerne til en reguleret spænding– Lade på batteriet der bruges som backup når satellitten er i skygge

af jorden– Fordele strøm til de andre subsystemer– EPS er det første subsystem der tændes og er ansvarlig for opstart

af resten af satellitten– EPS skal lukke ned for unødvendige subsystemer hvis

batterispændingen bliver for lav.

05gr834

On Board Computer

• OBC er satellittens hovedcomputer hvorpå styresystemet og andre processorintensive opgaver kører

• Baseret på en 32 bit RISC CPU @ 40MHz

• 2 MB SRAM• 4 MB data FLASH• 4 MB program FLASH

05gr834

eCos

• Open source realtidsoperativsystem til indlejrede systemer• Multitrådet • God support for fejlfinding ved brug af RedBoot

05gr834

Command and Data Handling

• CDH er styresoftwaren til satellitten • Skal gemme kommandoer fra jorden i en flight plan og

udføre dem til den planlagte tid• Skal indsamle housekeeping data fra de andre

subsystemer

05gr834

P/L

• P/L er satellittens videnskabelige payload med en gammastråle detektor udviklet af Danish National Space Center

• Systemet skal detektere og måle gammabursts fra solen og det ydre rum

• Data skal opsamles i RAM og sendes til CDH• Detektoren er en CdZnTe (Cadmium Zink Tellurium)

krystal der giver et svagt signal der kræver en meget støjsvag forstærkning

05gr834

P/L prototype detektor

05gr834

ADCS

• ADCS (Attitude Determination and Control System) skal:– Detumble og stabilisere satellitten efter launch– Kontrollere attituden af satellitten igennem længere tid– Udføre eksperimenter med attitude kontrol for små satellitter – Teste forskellige kontrolalgoritmer– Teste forskellige determinationsalgoritmer

05gr834

Modellering

• For at gøre det muligt at finde og kontrollere satellittens attitude skal der udvikles en matematisk model af det miljø den befinder sig i.

• Kun de væsentligste påvirkninger skal inddrages i modellen:– Massetiltrækning– Solvind– Atmosfærisk friktion– Jordens magnetfelt

05gr834

Attitude Determination

• Attitude determinationen skal ud fra informationer fra solsensorer, magnetometre og modellen afgøre hvor satellitten befinder sig og hvordan den vender i forhold til jorden

• Attitude kontrollen er baseret på disse oplysninger og derfor skal estimatet af attituden være så præcist som muligt

• Det er processorkrævende at udregne et attitude estimat og derfor lægges denne opgave på OBC’en

05gr834

Attitude kontrol

• Kontrollen udføres vha. momenthjul og magnetorquers– Magnetorquers giver 2 akse

kontrol på kort sigt og 3 akse kontrol på lang sigt (over et helt orbit)

– Momenthjul giver 3 aksekontrol på kort sigt men kan gå i mætning

– Momenthjul kan unloades med magnetorquers

05gr834

COM

• COM systemet er satellittens forbindelsesled til jorden

• Indeholder en radio, et modem og en microcontroller

• Omdanner digitale data til et analogt signal der kan transmitteres via radio

• Der skal udvikles en protokol til overførsel af data mellem satellitten og jorden

05gr834

COM Blokdiagram og prototype

05gr834

GND

• GND er jordstationen der skal modtage og afkode data fra satellitten.

• Signalet fra satellitten er meget svagt og derfor skal der bruges store antenner og en følsom radio

• Flight plan og kommandoer uploades til satellitten fra jordstationen

05gr834

GND Blokdiagram

05gr834

Mission Control Center

• MCC er bruger interface til satellitten og giver mulighed for:– Flight planning

– Direkte kontrol

– Definition af telemetri formater

– Definition af telecommand formater

– Få informationer om batterispænding og temperatur

– MCC styrer GND og bestemmer hvilken satellit der skal kommunikeres med

05gr834

Mission Control Center

05gr834

Launch 1/2

• Satellitten sidder i en P-pod på raketten under opsendelsen

• Satellitten skydes ud af P-pod’en med en fjeder og vil sandsynligvis rotere langsomt (tumble)

• Tumbling vanskeliggør kommunikation med jorden

• Satellitten indsættes i et Low Earth Orbit i ca. 700 km højde

• Satellittens hastighed er ca. 7 km/s

05gr834

Launch 2/2

• Efter frigørelse fra raketten aktiveres strømforsyningen i satellitten

• EPS venter et stykke tid inden antennen udfoldes og OBC startes

• Når OBC er startet tænder den for ADCS der begynder at detumble satellitten

• Når satellitten er detumblet kan almindelig operation begynde

05gr834

Status for projektet 1/2

• Hardware for subsystemerne er på prototypestadiet• Vi er på vej ind i integrationsfasen hvor subsystemerne

skal testes op mod OBC• Derefter skal der laves en engineering model der testes

meget grundigt• Når engineering modellen virker fremstilles en flight model,

som er selve satellitten der skal sendes i rummet

05gr834

Status for projektet 2/2

• Vi har fået testet hvordan solpaneler og antenne udfolder sig i vægtløshed

05gr834

Personlige erfaringer

• Det er arbejdskrævende og udfordrene at bygge satellit• Fagligt spænder det bredt og giver indsigt i en bred vifte af

emner • Mange af problematikkerne man møder kan overføres til

andre applikationer så det man lærer kan bruges til meget andet end at bygge satellitter

• Det giver god træning i at arbejde sammen i store og små teams, ligesom det foregår i erhvervslivet

05gr834

SSETI Express

• SSETI Express er en fælleseuropæisk studenter satellit der opsendes den 27. september 2005

• OBC, ADCS og kamera er udviklet af studerende på AAU

• Mission Control forgår på AAU og opsendelsen kan følges på http://www.express.space.aau.dk og www.sseti.net