GASRATS è una missione educativa 3U CubeSat incentrata sullo sviluppo e la dimostrazione di un’antenna patch in banda S otticamente trasparente che può essere integrata su un pannello solare.
Ieri abbiamo parlato del progetto GASPACS, in cui un Arduino Zero veniva utilizzato come sistema di controllo ausiliario per un Cubesat. Come promesso, oggi prenderemo in considerazione un altro progetto della Utah State University.
Il Get Away Special Radio and Antenna Transparency Satellite (GASRATS) è una missione educativa 3U CubeSat incentrata sul progetto di un’antenna patch in banda S otticamente trasparente, che può essere integrata su un pannello solare. Dopo la dimostrazione su GASRATS, l’antenna patch trasparente potrà essere utilizzata in future missioni con requisiti di larghezza di banda elevati. Gli obiettivi operativi di GASRATS testeranno le prestazioni dell’antenna patch trasparente mentre è esposta alle condizioni dell’orbita terrestre bassa. I test eseguiti da GASRATS aiuteranno i potenziali futuri utenti dell’antenna patch trasparente a determinare l’idoneità della tecnologia per la loro missione.
Antenna patch trasparente
Come abbiamo visto, il principale obiettivo tecnologico del satellite è testare un’antenna patch in banda S integrata nel pannello solare otticamente trasparente. Ciò sarà realizzato con i seguenti obiettivi operativi:
- Dimostrare la capacità di downlink di un’antenna patch in banda S integrata nel pannello solare otticamente trasparente
- Fotografare e analizzare le condizioni visive dell’antenna patch trasparente durante la missione
- Misurare e confrontare la generazione di energia dei pannelli solari scoperti con il pannello solare integrato con l’antenna patch trasparente durante la missione
Il GAS Team collaborerà con il Dr. Reyhan Baktur, professore USU presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica, per sviluppare l’antenna. La ricerca del Dr. Baktur è specializzata nella progettazione di antenne CubeSat.
Perché la banda S?
Le antenne in banda S sono un’alternativa di larghezza di banda più elevata alle antenne UHF standard, consentendo una maggiore velocità di trasmissione dati. L’antenna patch su GASRATS sarà di massa ridotta, basso profilo e basso costo, aumentando ulteriormente l’attrattiva delle antenne patch trasparenti per CubeSats.
Testare l’antenna patch trasparente in orbita dimostrerà un livello più elevato di sviluppo tecnologico perché l’antenna dovrà trasmettere mentre sperimenta gli elementi combinati di radiazione, cicli termici e vuoto.
Integrazione dei pannelli solari
Le antenne patch richiedono il posizionamento esterno sul satellite, generalmente facendo sì che CubeSats rinunci a un pannello solare quando integrato. L’antenna otticamente trasparente, tuttavia, è fissata alla faccia esterna di un pannello solare, consentendo la generazione di energia dal pannello solare sotto l’antenna.
L’antenna trasparente ha una struttura a rete per consentire il passaggio della luce. La mesh può essere ottimizzata per offrire la massima trasparenza per il guadagno necessario. L’antenna patch per GASRATS dovrebbe avere una trasparenza superiore al 90%.
Sistema di distribuzione della telecamera
Il secondo obiettivo operativo di GASRATS è fotografare e analizzare le foto per segni visivi di deterioramento dell’antenna, oscuramento del substrato, nonché espansione e contrazione termica durante la vita della missione. Per raggiungere questo obiettivo, il team GAS ha sviluppato un sistema di distribuzione della telecamera.
Il Camera Deployment System (CDS) utilizzerà una fotocamera Raspberry Pi che verrà fissata a una piastra della fotocamera caricata a molla. La piastra e la fotocamera sono riposte all’interno del satellite utilizzando un meccanismo di rilascion apposito. Il motivo per cui il CDS è necessario in primo luogo è dovuto alla natura delle condizioni di progettazione e implementazione di GASRATS. L’antenna patch trasparente deve essere posizionata sulla faccia esterna del satellite e il satellite non può avere componenti che sporgono da quella faccia durante il dispiegamento dalla ISS. Per fotografare l’antenna, quindi, la fotocamera deve essere dispiegata dalla faccia del satellite dopo che GASRATS è in orbita terrestre bassa.
Determinazione e controllo dell’assetto
L’antenna patch in banda S non è omnidirezionale e richiede che il satellite disponga di un sistema di determinazione e controllo dell’assetto (ADCS) per puntare l’antenna verso le stazioni di terra. GASRATS utilizzerà tre magnetorquer per fornire il controllo a tre assi e consentire capacità di detumbling e puntamento.
Detumbling
Il detumbling, o la riduzione delle velocità angolari del satellite, viene eseguito utilizzando l’algoritmo B-dot. Questo algoritmo richiede il vettore del campo magnetico istantaneo e la velocità angolare istantanea. Entrambe le misurazioni sono fornite da un’IMU (inertial measurement unit). Il satellite utilizza questi vettori per calcolare la velocità di variazione istantanea del campo magnetico terrestre. Il satellite emette quindi una coppia opposta a questa derivata, stabilizzando così la propria orbita rispetto al campo magnetico terrestre.
I magnetorquer sono stati selezionati come attuatori di assetto per GASRATS rispetto alle ruote di reazione grazie alla comparativa semplicità dei magnetorquer nel design e negli algoritmi, insieme a un prezzo inferiore.
(Fonte: Utah State University)
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Luigi_Morelli
Definire ciò che si è non risulta mai semplice o intuitivo, in specie quando nella vita si cerca costantemente di migliorarsi, di crescere tanto professionalmente quanto emotivamente. Lavoro per contribuire al mutamento dei settori cardine della computer science e per offrire sintesi ragionate e consulenza ad aziende e pubblicazioni ICT, ma anche perche’ ciò che riesco a portare a termine mi dà soddisfazione, piacere. Così come mi piace suonare (sax, tastiere, chitarra), cantare, scrivere (ho pubblicato 350 articoli scientfici e 3 libri sinora, ma non ho concluso ciò che ho da dire), leggere, Adoro la matematica, la logica, la filosofia, la scienza e la tecnologia, ed inseguo quel concetto di homo novus rinascimentale, cercando di completare quelle sezioni della mia vita che ancora appaiono poco ricche.