Кіріспе

MidSTAR 1 – АҚШ Әскери-теңіз академиясының Шағын спутниктік бағдарламасы жасаған жасанды спутник. Ол АҚШ Қорғаныс министрлігінің (DoD) Ғарыш сынақ бағдарламасы (STP) тарапынан қаржыландырылды және 2007 жылдың 9 наурызында 03:10 UTC уақытында Кеп-Канаверал әуе күштері базасынан Atlas V бір реттік пайдаланылатын ұшыру құралымен орбитаға шығарылды. MidSTAR 1, FalconSat 3, STPSat 1 және CFESat спутниктерімен бірге қосалқы жүк ретінде ұшты, ал негізгі жүк – Orbital Express болды.

Миссияның архитектурасы

MidSTAR 1 миссиясы – Мэриленд штатының Аннаполис қаласында орналасқан бір ғарыш кемесі, ол бір жерсеріктік жер станциясының (SGS) басқаруы мен бақылауында. Жер станциясы интернет арқылы түсірілген деректерді басқарушы зерттеушілерге жібереді. MidSTAR 1 ұшыру сегменті ғарыш сынақ бағдарламасы арқылы Atlas V ұшыру құралын пайдаланып, спутникті 496 км биіктікте, 46 градус бұрылыспен дөңгелек орбитаға шығарды. Спутник 1.767 ГГц жиілігіндегі жоғары көтерілу желісін, 435 МГц аралық жиілігін (IF) және 2.20226 ГГц жиілігіндегі төмен көтерілу желісін пайдаланады. Гаусс орташалық ығыстыру кілті модуляциясын қолдану арқылы спутникпен байланыс 68.4 кбит/с немесе одан жоғары дерек жылдамдығымен жүзеге асырылады. Спутник сонымен қатар Linux операциялық жүйесіне негізделген ашық кодты бағдарламалық жасақтаманы пайдаланады. MidSTAR 1-де бағытты бақылау немесе анықтау, сондай-ақ белсенді жылулық бақылау жүйесі жоқ. Ғарыш кемесінің массасы 118 кг. 100% сәттілік – спутникті сәтті ұшырып, оны екі жыл бойы екі негізгі экспериментті толық қолдаумен жұмыс істету. 50% сәттілік – спутникті сәтті ұшырып, оны жұмыс істету: екі жыл бойы бір негізгі экспериментті толық қолдау; бір жыл бойы екі негізгі экспериментті толық қолдау; немесе екі жыл бойы екі негізгі экспериментті ішінара қолдау. 33% сәттілік – спутникті сәтті ұшыру және спутниктік автобустың кез келген уақыт аралығында негізгі және қосымша жүктемелердің кез келген комбинациясын ішінара қолдаумен толыққанды жұмыс істеуі.

Миссиялық журнал

9 наурыз 2007: MidSTAR 1 Кеп-Канаверал әуе күштері базасынан United Launch Alliance Atlas V ұшағымен STP 1 миссиясының бөлігі ретінде ұшты. Ұшыру 0310 UTC-де болды, ғарыш кемесі 0332 UTC-де бөлінді. USNA SGS 0459 UTC-де Аннаполис, Мэрилендтің үстінен алғашқы өту кезінде ғарыш кемесімен сәтті байланыс орнатты. Ғарыш кемесі қауіпсіз режимде жұмыс істеді. 21 наурыз 2007: CFTP 2217 UTC-де қосылып, электр қуаты жүйесінің жүктемесіне 6 Вт тұрақты қуат қосты, осылайша батареяларға түсетін жүктемені азайтты. 28 наурыз 2007: MiDN шамамен 2400 UTC-де қосылды. Осыдан кейін ғарыш кемесі жердегі барлық командаларға жауап беруді тоқтатты. 4 сәуір 2007: Ғарыш кемесінде алғаш рет шамамен 2130 UTC-де өрт кодын қайта орнату қолданылды. Бұл команда MIP 405 процессорындағы қайта орнату түймесін ауыстырып, операциялық жүйені қайта іске қосады. Бұл қайта орнату CFTP және MiDN эксперименттерін өшіріп, барлық командалық буферлерді тазалады. 2324 UTC-де ғарыш кемесі команда бойынша хабар таратушыға жауап берді. Телеметрия қайта іске қосу сәтті болғанын растады. 5 сәуір 2007: CFTP және MiDN қайта қосылды. 6 сәуір 2007: MiDN файлдарын таңдамалы түрде жүктеу нәтижесінде 92 байттан тұратын 71 файл алынды және олар Бас тергеушіге (PI) жеткізілді. Бұл ғарыш кемесінен ғылыми деректерді алғаш рет сәтті алу болды. Осы жетістікпен MidSTAR 1 миссияның 33%-ын орындады. 26 мамыр 2007: NCSU шамамен 1900 Z уақытында қосылды. 29 мамыр 2007: NCSU Бас тергеушісіне алғашқы деректер жинағы жеткізілді. Барлық төрт эксперимент қосылып, деректерді Бас тергеушілерге жеткізіп жатыр. 18 маусым 2007: NASA баспасөз хабарламасында NCSU-ның табысы туралы жарияланды. 5 қыркүйек 2007: Ғарыш кемесі компьютері белгісіз себептермен тоқтады, ең болмаса радиацияның әсерінен болған қателіктерге байланысты. Бұл оқиға ғарыш кемесі толық күн сәулесінде болғанда және батареяның артық зарядталуын болдырмау үшін қуатты сору (30 Вт) жұмыс істеген кезде болды. Компьютер қуатты соруды өшіру үшін циклды орындамағандықтан, ғарыш кемесі батареяны толық құрғататын теріс қуат режимінде қалды. Батареяның кернеуі 8 В-тан төмен түскенде, қуатты сорудың электрондық қосқыштары автоматты түрде өшіріліп, ғарыш кемесі оң қуат режиміне оралды және батареяны қайта зарядтауға мүмкіндік берді. 7 қыркүйек 2007: Батареялар жеткілікті зарядталғаннан кейін компьютер сәтті қайта іске қосылды. Қайта іске қосу бастапқы оқиғадан кейін 48 сағаттан соң болды. Бұл 48 сағат ішінде ғарыш кемесінен және эксперименттерден телеметриялық мәліметтер түспеді. Телеметрия көрсеткендей, қалыпты жұмыс қайта басталды, бірақ барлық эксперименттер оқиғадан кейінгі талдау және оларды қайта іске қосу жоспарын әзірлеу үшін өшірілген күйде қалды. 12 қыркүйек 2007: CFTP қайта іске қосылды. 21 қыркүйек 2007: MiDN қайта іске қосылды. 2009 жылдың сәуір айында MidSTAR 1-мен байланыс үзілді. Ғарыш кемесі хабар таратуын тоқтатты және жердегі командаларға жауап бермейтін болды. Аномалия батареялардың істен шығуына байланысты деп есептеледі. MidSTAR 1 жұмыс істемейтін деп жарияланды. MidSTAR 1 барлық эксперименттерді екі жыл бойы толық қолдады, 100% сәттілік критерийлерін орындады. 17 тамыз 2023: Спутник орбитадан шығып кетті.

Құрылымы

MidSTAR 1 фреймі 32,5" ұзындығындағы, бөлу жүйесін қамтитын және көлденең қимасы 21,2"x21,2" өлшенген сегізбұрышты құрылым болып табылады. Ашылу механизмі теріс x жағында орнатылған. Оң x жағы сырттан орнатылатын эксперименттер үшін резервтелген. ESPA конвертіндегі x ось бойымен рұқсат етілген 38" ұзындықтың ішінде 2 4" ашылу механизміне (Planetary Systems, Inc. компаниясының 15 дюймдік моторлы жарық жолағы), ал 4 6" сыртқы эксперименттерге бөлінген. Фреймнің ұзындығы 30" құрайды. Ғарыш кемесінің барлық сегіз жағы қолданылатын қуатты барынша арттыру үшін күн батареяларымен жабылған. ESPA конвертінің "бұрыштарын кесетін" және демек, конверт бетімен бірдей орналаспай, конверт ішінде позицияланған сегіз дипольдік антенна ғарыш кемесінің төрт жағына орнатылған. Қалған жақтары жердегі қолдау кезінде көтеру және тасымалдау үшін ұшу алдында алынып тасталатын тесіктермен жабдықталған. MidSTAR 1 спутнигінде компоненттер мен пайдалы жүктерді орнатуға арналған үш ішкі сөре бар. Олардың орналасуы жүк пен компоненттердің өлшемдерімен анықталады. Егер қажет болса және құрылым ауырлық орталығының талаптарын сақтай отырып, бұл MidSTAR моделінің болашақ нұсқаларында өзгертілуі мүмкін. Сегізбұрыштың жүк көтергіш құрылымы жоғарғы және төменгі палубалардан тұрады, олар тігістер арқылы сегіз бұрышта жалғастырылған. Ғарыш кемесінің бүйір панельдері 1/8" алюминий панельдері, #10 болттармен тігістерге бекітілген.

Командалық және деректерді өңдеу (C&DH)

Командалық және деректерді өңдеу жүйесінің (C&DH) міндеті – командаларды қабылдау және орындау; үй шаруашылығы деректерін жинау, сақтау және тарату; және борттағы пайдалы жүктерді қолдау. Ұшу компьютері спутникті басқаруға және телеметрия мен эксперимент деректерін кемінде екі жыл бойы басқаруға арналған. C&DH жүйесі жеке модификацияланған MIP405 3X бір тақталы компьютерінен тұрады, оған: i) 133 МГц PowerPC процессоры; ii) 128 МБ ECC жады; iii) 4 RS 232 асинхронды тізбекті порты; iv) 1 Ethernet порты; v) PC/104 шинасы; vi) PC/104+ шинасы; және vii) 202 D384 X Disc on Chip, 384 МБ қосалқы сақтауды қамтамасыз етеді. Компьютерлік тақта ESCC 104 синхронды сериялық картасымен (2 синхронды сериялық порты бар) және EMM 8M XT сериялық кеңейту картасымен (8 RS 232/422/485 асинхронды сериялық порты және 8 цифрлық I/O арнасы бар) жабдықталған. Өзгертілген I0485 деректерді жинау тақтасы 22 аналогты телеметрия арнасын және 32 цифрлық I/O арнасын қамтамасыз етеді. PowerPC негізіндегі MIP405-ті x86 негізіндегі тақтадан басып озу шешімі тек тақтаның төмен қуат тұтынуымен байланысты болды. Таңдау x86, PowerPC және ARM процессор архитектураларымен шектелді, себебі Linux операциялық жүйесін пайдалану туралы бағдарламалық шешім қабылданды. MIP405 бір тақтада Ethernet, сериялық порттар және Disc on Chip интерфейсін біріктіреді, сонымен қатар 128 МБ ECC жады мен 2 Вт-тан кем қуатты процессорды қамтамасыз етеді. Салыстыру үшін, ұқсас мүмкіндіктері бар x86 негізіндегі жүйе 5 Вт қуатты тұтынды. M Systems Disk on Chip флэш-жадының стандартты қатты дискіні алмастырушысы ретінде де-факто стандарт болғандықтан таңдалды. Флэш-жады дәстүрлі қатты дискіге қарағанда сенімділікті арттыру және қуатты азайту үшін таңдалды. 384 МБ нұсқасы операциялық жүйе үшін қажетті сақтау көлемін қамтамасыз ету және жеткілікті резервті сақтау үшін таңдалды. Diamond Systems Emerald MM 8 асинхронды сериялық тақтасы 8 порттың кез келгенін RS 232, RS 422, RS 485 ретінде конфигурациялау мүмкіндігіне байланысты таңдалды. RMV-дің IO485 деректерді жинау және басқару тақтасы тізбектеуді қолдау және көптеген тақталарды басқару мүмкіндігіне байланысты таратылған телеметрия жүйесі үшін таңдалды. Интеграцияланған кеңейтімдік мүмкіндіктер MidSTAR желісінің келешек нұсқаларында болашақ телеметрия мәселелерін шешу үшін маңызды. C&DH 2.4 сериялы ядросы бар Linux операциялық жүйесін пайдаланады. Ашық бағдарламалық архитектура құру үшін IP протоколы стегі процестер аралық, спутниктік және спутниктік жер байланысын қамтамасыз ету үшін таңдалды. Бұл әртүрлі аппараттық платформалардағы әртүрлі мекемелерде жасалған бағдарламаларды ең аз қиындықпен интеграциялауға мүмкіндік берді. Барлық ішкі және сыртқы байланыс интернет-протоколдарын пайдаланады. TCP барлық ішкі спутниктік байланыс үшін қолданылады; UDP немесе MDP жоғары және төмен байланыс желілерінде қолданылады.