Разработка двухчастотного радиомаяка для наноспутников

Команда молодёжного научно-инженерного центра БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова (Каун Ю. В., Назарова А. В., Ярыгин Д. М., Ельчинский В. С.) совместно с Институтом космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) приступила к реализации амбициозного проекта – созданию двухчастотного радиомаяка (передатчика) для кубсатов формата 3U.

Цель разработки – создать компактное устройства, способное передавать телеметрические данные и обеспечивать устойчивую связь между спутниками и наземными станциями приёма сигналов.

Спутники формата CubeSat 3U являются доступными и распространёнными космическими аппаратами. Когерентный передатчик (радиомаяк) для низкоорбитальной радиотографии (РТ) хорошо для него подходит. (Прим. Радиотография (РТ) – это метод исследования внутренней структуры объекта с помощью проникающего излучения: рентгеновского или гамма-излучения. РТ позволяет заглянуть «внутрь» материалов и обнаружить скрытые дефекты (трещины, поры, включения), не разрушая сам объект.)

Полезная нагрузка (ПН) на кубсатах обычно ограничена по мощности и скорости передачи данных, поэтому когерентный передатчик является предпочтительным решением для наноспутников. В данном случае не требуется высокая скорость телеметрии, так как вся научная информация извлекается уже на наземных станциях. Кроме того, нет строгих ограничений на количество космических аппаратов, входящих в группировку – каждый из них может работать в своём локальном времени (MLT). Это обеспечивает множество пересечений с наземными станциями в течение суток, что значительно повышает временное разрешение низкоорбитальной радиотографии.

Основные требования к спутникам, на которых можно разместить радиомаяк:

1. Космический аппарат должен быть ориентирован на Землю.
2. Предпочтительна полярная орбита высотой 500 – 800 км. Это необходимо для эффективного исследования ионосферы средних и полярных широт. Солнечно-синхронная орбита не требуется.
3. Двухчастотному маяку нужны два диполя в качестве антенн. Стандартные антенны для кубсатов могут использоваться в качестве радиомаяка в дополнение к основному телекоммуникационному комплекту.

Отметим, что МКА могут быть оснащены двигателями малой тяги для отработки группового полёта и формирования «облака» (цепочки) космических аппаратов по орбите, что позволяет улучшить временное и пространственное разрешение низкоорбитальной радиотомографии.

Ниже приведены основные характеристики бортового передатчика когерентных сигналов совместной разработки БГТУ «ВОЕНМЕХ» и ИКИ РАН.

Основные характеристики бортового передатчика когерентных сигналов
Число каналов передатчика	2
Центральная частота канала A	150 МГц
Центральная частота канала B	400 МГц
Рабочая частота канала передатчика
Число рабочих частот канала (n)	31
Отношение рабочих частот каналов	3/8
Шаг сетки частот канала A	30
Шаг сетки частот канала B	80
Выходная мощность каждого канала	0,5 Вт
Габариты модуля передатчика	80 х 60 х 51 мм
Потребляемая мощность	3 Вт
Масса	350 г

Требования к антенным устройствам модуля бортового передатчика когерентных сигналов – два полуволновых диполя на частотах 150 и 400 МГц с входным сопротивлением фидера 50 Ом, максимум диаграммы направленности в надир.

Во время работы прибора с наземного пункта управления на борт космического аппарата загружается программа работы бортового передатчика когерентных сигналов. В программу включаются такие параметры, как номер канала рабочей частоты, время включения усилителей мощности (в начале пролёта над наземной сетью приёмников) и время их выключения (в конце пролёта над приёмной сетью). В назначенное время на передатчик подаётся команда включения с указанием номера канала и активацией усилителей мощности, а через 10–15 минут – команда их отключения.

Энергопотребление зависит от количества сеансов передачи сигналов в сутки. Средняя длительность одного сеанса составляет 15 минут. При одном сеансе в сутки суточное энергопотребление полезной нагрузки составит примерно 0,14 Вт. Максимальное количество сеансов для одной цепочки приёмников — три, что увеличивает суточное потребление прибора до 0,22 Вт. Температурный режим конструкции, предназначенной для установки бортового передатчика когерентных сигналов, должен поддерживаться в диапазоне от –10 до +40 °С. Необходимость применения экранно-вакуумной теплоизоляции (ЭВТИ) определяется на основании результатов теплового расчёта спутника.

Данная разработка является частью программы «Дежурный по планете» Фонда содействия инновациям, направленной на развитие перспективных технологий космического мониторинга Земли. Создание подобного оборудования станет важным вкладом в обеспечение стабильности функционирования малых спутников, расширяя возможности научного исследования космоса и повышения качества дистанционного зондирования Земли.