Pierwsze warsztaty projektu PW-Sat2

W dniach 22-24 marca 2013 roku odbyły się warsztaty zespołu PW-Sat2 podsumowujące początek projektu. W przytulnym hoteliku w Siedlcach, przy siarczystym mrozie na zewnątrz, pracowaliśmy cały weekend starając się określić co, po co i w jaki sposób ma robić PW-Sat2.

Rezultatem naszej pracy było stworzenie w kolejnych tygodniach po warsztacie ok. 30-stronnicowego dokumentu w języku angielskim podsumowującego wstępną fazę projektu. Tego typu dokumentacja będzie w przyszłości dowodem dla firmy, zapewniającej nam wystrzelenie satelity, profesjonalizmu w naszym podejściu i bezpieczeństwa stworzonego przez nas sprzętu. Jednocześnie kiedyś może być cennym dodatkiem do kosmicznego CV każdego z członków zespołu.

Faza 0

Wykorzystując bogate doświadczenie zdobyte w projektach edukacyjnych Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), przy PW-Sacie2 zdecydowaliśmy się pracować zgodnie z normami europejskiego przemysłu kosmicznego (ECSS –European Cooperation for Space Standarisation). Wg. nich w projekcie satelitarnym wyróżniamy kolejne fazy od A do F dodatkowo poprzedzone tzw. fazą 0. Jest to pierwszy etap prac nad satelitą w którym z kilku początkowych założeń (np. o tym, że jest to projekt studencki, z założonej misji, czy z faktu że nie znamy rakiety wynoszącej) wywnioskujemy wszystkie podstawowe elementy całego projektu. W uproszczeniu:

  • Definicja misji (Co satelita ma robić, po co, dla kogo?)
    – Cel
    – Budżet
    – Ramy czasowe
  • W jaki sposób satelita ma wykonać założoną misję
  • Wymagania jakie musi spełniać cały satelita
  • Jakie wymagania stawiamy każdemu z podsystemów (komputerowi, modułowi komunikacji, modułowi zasilania itd.)
  • Jakie są kolejne poziomy sukcesu misji. (Co uznamy za pełen, a co za częściowy sukces misji)
  • Ryzyko niepowodzenia projektu, metody zmniejszania ryzyka

Co my tak właściwie chcemy zrobić?

Pierwszym oczywistym pytaniem jakie musimy sobie zadać pracując przy każdym dowolnym projekcie jest „Co my tak właściwie chcemy zrobić?”, czyli zdefiniowanie celu. Wbrew pozorom zwięzłe i precyzyjne określenie tego co jest istotą naszego projektu i co jest w nim najważniejsze nie jest wcale takie proste. Udało nam się dojść do takiego wniosku:

Celem projektu PW-Sat2 jest edukacja poprzez umożliwienie młodym inżynierom zdobycia doświadczenia w samodzielnym zarządzaniu i pracy nad rzeczywistym projektem kosmicznym. Jednocześnie będzie to okazja do przetestowania w warunkach kosmicznych autorskich technologii opracowanych przez studentów i wykształcenia kadr dla powstającego w Polsce przemysłu kosmicznego.

(tłumaczenie z jęz. ang. z dokumentacji projektu PW-Sat2)

Podsumowując, przede wszystkim edukacja. Kilka słów wyjaśnienia w tym temacie. Oczywiście już wcześniej formując zespół i rozpoczynając prace, mieliśmy pewne plany co do tego co chcemy umieścić wewnątrz naszego satelity. Te koncepcje jeszcze mogą ulec zmianie, lecz nadrzędny cel – edukacja pozostanie bez zmian. Warto zauważyć, że w naszym zespole tylko 3 osoby miały wcześniejsze doświadczenie w projektach kosmicznych, a tylko jedna w projekcie ostatecznie zrealizowanym i wyniesionym na orbitę. Oznacza to, że dla większości z nas będzie to pierwsze starcie – z żargonowo mówiąc – „space-techem”. Niemniej jednak, bogate doświadczenie w różnorodnych projektach, ogólna kultura pracy i doświadczenie naszego koła czerpane z projektów edukacyjnych ESA, a także częste konsultacje z ekspertami z całego świata, pozwalają nam śmiało patrzeć w przyszłość.

Wiemy już, że edukacja jest dla nas najważniejsza, jednak coś ten satelita musi robić! Wykorzystując doświadczenia z PW-Sata, z projektowaniem rozkładanych struktur dla celów deorbitacji, postanowiliśmy iść już raz przetartym szlakiem i kontynuować ten temat. Tym razem powracamy do koncepcji zarzuconej w trakcie rozwoju PW-Sata – otwieranego żagla. Równocześnie powstał pomysł aby zbudować i przetestować w kosmosie urządzenie zaprojektowane na potrzeby pracy inżynierskiej jednego z członków projektu. Jest to czujnik położenia Słońca, tzw. Sun Sensor. Urządzenie takie pozwala określić orientację satelity względem Słońca, a co za tym idzie również względem Ziemi i może być wykorzystywane przy współpracy z systemami kontroli orientacji. Dotychczas przetestowane konstrukcje tego typu są drogie i skomplikowane, co ogranicza ich użyteczność np. dla misji studenckich. Nasz sensor ma być mały i tani w budowie co być może pozwoli w przyszłości na jego komercjalizację.

Kiedy chcemy to zrobić?

Kolejnym etapem definiowania projektu było rozpisanie go w czasie i wyznaczenie terminu zakończenia kolejnych faz. Podstawowym problemem jest fakt, iż PW-Sat2 jest projektem studenckim. Członków naszego zespołu dzieli średnio 2-3 lata do ukończenia studiów, a co za tym idzie, odejścia z projektu. Biorąc pod uwagę doświadczenia z PW-Sata oraz z innych studenckich projektów, nie tylko w Studenckim Kole Astronautycznym ale również z projektach studenckich na całym świecie, doszliśmy do wniosku, że nie możemy pozwolić sobie na to aby projekt trwał tak długo. Skutkowałoby to koniecznością wymiany większości członków zespołu. Taka wymiana pokoleniowa jest dużym przedsięwzięcie logistycznym. Odchodzący muszą sprawnie i w całości oddać innym swoją pracę, a osoby nowe trzeba przeszkolić i wdrożyć. Taka operacja zajmuje nawet kilka miesięcy. Z wymienionych powodów postanowiliśmy zrealizować cały projekt (od początku do momentu w, którym otrzymamy satelitę przetestowanego i gotowego do startu) w 2,5 roku, czyli do jesieni 2015r. Oczywiście później satelitę należy jeszcze wysłać i kontrolować. Na pewnym etapie trzeba stworzyć zespół, który się tym zajmie, składający się z wystarczająco młodych osób aby nie ukończyły studiów przed końcem misji. Czas ukończenia misji nie został jeszcze określony, wiąże się to z tym, że nie mamy jeszcze wybranej rakiety, a więc daty startu ani orbity, od której ściśle zależy czas deorbitacji i spalenia się urządzenia w atmosferze.

Jak duży będzie ten satelita?

Pierwszy satelita PW-Sat był kostką w przybliżeniu sześcienną o wymiarach 10×10×11,3cm i masie 1kg. Satelity tego typu ze względu na to, że są tak małe (największe wysyłane satelity są mniej-więcej wielkości autobusu) nazywamy nanosatelitami. Ze względu na duże koszty i niechęć firm do wysyłania studenckich urządzeń stworzono standard pozwalający na budowanie bardzo zbliżonych parametrami (masa i wymiary) satelitów. Studenci mogą kupić gotowe podzespoły do ustandaryzowanej wielkości satelitów, a firmy wynoszące je w kosmos mają pewność, że nic nie zagraża ważniejszym ładunkom na rakiecie. Standard ten nazywa się CubeSat i został stworzony na Politechnice Kalifornijskiej (CalPoly). PW-Sat był właśnie CubeSatem o tzw. jednej jednostce 1U. Satelity o dwóch jednostkach – 2U są wielkości dwóch takich kostek postawionych na sobie itd.

PW-Sat2 również będzie CubeSatem, tym razem 2U tzn. prostopadłościanem o wymiarach 10×10×20cm i masie 2kg. Praca w uznawanym na świecie standardzie pozwala na zmniejszenie kosztów i zwiększenie szansy na znalezienie rakiety. Jednocześnie społeczność zespołów budujących CubeSaty jest coraz większa i dobrze zintegrowana. Łatwo znaleźć inny zespół budujący podobnego satelitę i wymienić się doświadczeniami, czy znaleźć rozwiązanie dla swojego problemu pytając innych. Zdecydowaliśmy się na dwa razy większego satelitę gdyż pozwala to na zbudowanie bardziej ambitnego projektu, dysponującego większą mocą (więcej ogniw słonecznych) oraz większą ilością miejsca na pokładzie. W trakcie rozwoju PW-Sata okazało się, że projektowany żagiel ma zbyt dużą zawodność i otwiera się jedynie w 80% przypadków. Dużym problemem okazało się odpowiednie złożenie żagla tak aby rozkładał się prawidłowo i jednocześnie zmieścił wewnątrz satelity. Dlatego tym razem stawiamy na dwa razy większego satelitę.

A co będzie w środku?

Każdy satelita składa się z dwóch rodzajów podzespołów – jedne służą do wykonania celu misji, drugie służą do zapewnienia działania i kontrolowania tych pierwszych. Podsystemy wykonujące główne cele misji nazywamy payloadem (ang. payload – ładunek użyteczny), a te zapewniające kontrolę Busem. W skład Busa w PW-Sacie2 wchodzą (wymienione pojęcia anglojęzyczne i ich skróty są standardowo używane na całym świecie):

  • OBC (Onboard Computer) – komputer pokładowy; mózg naszego satelity przetwarza zbierane dane i steruje wszystkimi innymi podzespołami
  • COM (Communication) – podzespół odpowiedzialny za odbieranie sygnału zbieranego z anten i przekazywanie go do komputera oraz przygotowywanie danych z OBC do wysłania na Ziemię
  • AntS (Antennas) – anteny; służą do odbierania i wysyłania sygnału z i na Ziemię.
  • EPS (Electrical Power System) – system zasilania wraz z bateriami; zarządza energia na pokładzie satelity, decyduje kiedy uśpić satelitę przy niedoborze mocy i kiedy ponownie go uruchomić
  • ADCS (Attitude Determination and Control System) – system odpowiedzialny za wyznaczanie i zmianę orientacji satelity względem Ziemi

Natomiast w skład ładunku użytecznego czyli payloadu wchodzą:

  • System rozkładania żagla – system będzie składał się z pojemnika na żagiel wraz z żaglem i płytki elektroniką do obsługi podzespołu
  • Sun Sensor – czujnik słoneczny, eksperymentalny system wyznaczania orientacji satelity względem Ziemi
  • CAM 1, CAM 2 (cammeras) – Na pokładzie mają być umieszczone dwie kamery. Pierwsza (większa) będzie fotografowała Ziemię i być może dostarczy nam pierwszych polskich zdjęć Ziemi wykonanych z kosmosu. Druga, bardzo niewielka, będzie filmowała i robiła zdjęcia procesu rozkładania się żagla aby zweryfikować czy proces ten przebiegał poprawnie i sprawdzić jak żagiel zachowuje się po rozłożeniu.

Udało się, to znaczy co?

Aby móc pod koniec projektu ocenić czy osiągnęliśmy pełen sukces czy tylko częściowy (oczywiście innej opcji nie zakładamy) wyznaczyliśmy kolejne poziomy sukcesu. Jednocześnie posłużą one w trakcie projektowania za wyznacznik priorytetów przy podejmowaniu decyzji konstrukcyjnych.

Kolejne poziomy sukcesu:

  1. Satelita złożony i przetestowany przed startem, jest gotowy do lotu
  2. Satelita zaakceptowany do startu
  3. Satelita zintegrowany z rakietą na wyrzutni startowej
  4. Satelita wystrzelony na orbitę
  5. Satelita działa w trybie podstawowym, wszystkie podstawowe podzespoły działają na nominalnym poziomie
  6. Komunikacja działa na podstawowym paśmie(UHF transmisja/odbiór, anteny rozłożone prawidłowo, dane wysłane na Ziemię)
  7. Mamy kontrolę nad satelitą ze stacji naziemnej
  8. Udane rozłożenie otwieranych paneli słonecznych i dostarczenie wymaganej mocy
  9. Sun Sensor (czujnik słoneczny) działa i mierzy orientację satelity względem Słońca
  10. ADCS (system kontroli orientacji) działa, jest możliwość zdalnej kontroli orientacji z Ziemi
  11. Komunikacja działa na dodatkowym paśmie S-band
  12. CAM1 (kamera 1) działa i wysyła zdjęcia na Ziemię
  13. Żagiel zostaje prawidłowo rozłożony
  14. CAM2 (kamera 2) nagrywa proces otwierania żagla i wysyła nagranie na Ziemię
  15. Satelita zostaje zdeorbitowany, koniec misji

Kolejny krok – Faza A

Po ukończeniu fazy 0 pora przejść dalej – do fazy A. Na tym etapie, przez kolejnych 6 miesięcy, przyjrzymy się bliżej konkretnym rozwiązaniom konstrukcyjnym każdego z podzespołów. Zbudujemy pierwsze prototypy różnych konkurujących ze sobą pomysłów i na koniec spróbujemy wybrać te najbardziej obiecujące do dopracowania w fazie B. Jednocześnie nawiążemy kontakt z firmami umożliwiającymi wyniesienie naszego satelity i postaramy się znaleźć kilka ofert odpowiednich dla nas cenowo. Dzięki temu będziemy mogli zacząć analizy misji pod kątem różnych dostępnych dla nas orbit i zaplanować dokładny harmonogram misji dla każdego z wariantów. Pod koniec fazy A podjęte też zostaną decyzje o tym, które z elementów kupimy gotowe, a które zamierzamy zaprojektować samodzielnie. W fazie A „pomysł na PW-Sata2” zacznie przechodzić w „projekt PW-Sata2”, a do wizjonerstwa i kreatywności zaczniemy dodawać coraz więcej inżynierii, po to by fazach B i C skoncentrować się na analizach i uszczegółowieniu projektu. To fascynujący czas dla naszego zespołu, który chcemy dzielić z wami. Zachęcamy do śledzenia aktualności dotyczących PW-Sata2 na naszej stronie www.pw-sat.pl i na naszym profilu na portalu facebook!

Bookmark the permalink.

Comments are closed