سوق المركبات الفضائية مثل cubesat. ابدأ في العلم

الأقمار الصناعية المصغرة

3 تكنولوجيا الفضاء 5 (ST5) الأقمار الصناعية الصغيرة

الأقمار الصناعية الصغيرة ( قمر صناعي صغير; قمر صناعي صغير) ، لها كتلة إجمالية (بما في ذلك الوقود) من 100 كجم إلى 500 كجم. كما يشار أحيانًا إلى الأقمار الصناعية الصغيرة بما يسمى. "الأقمار الصناعية الخفيفة" بوزن من 500 كجم إلى 1000 كجم. يمكن لمثل هذه الأقمار الصناعية استخدام منصات ومكونات وتقنيات الأقمار الصناعية التقليدية "الكبيرة". إنها الأقمار الصناعية الصغيرة التي غالبًا ما تُفهم تحت التعريف العام لـ "الأقمار الصناعية الصغيرة".

الأقمار الصناعية الصغيرة

الأقمار الصناعية الصغيرة ( القمر الصناعي الصغير، ميكروسات) يبلغ إجمالي كتلتها من 10 إلى 100 كجم (في بعض الأحيان يتم تطبيق المصطلح على الأجهزة الأثقل قليلاً).

الأقمار الصناعية النانوية

الأقمار الصناعية النانوية ( القمر الصناعي النانوي، القمر الصناعي النانوي) لها كتلة من 1 كجم إلى 10 كجم. غالبا ما تكون مصممة للعمل الجماعي ( "سرب"- سرب)، تحتاج بعض المجموعات إلى قمر صناعي أكبر للتواصل مع الأرض.

تتميز الأقمار الصناعية النانوية الحديثة بوظائفها العالية نسبيًا، على الرغم من صغر حجمها. نطاق تطبيقها واسع - بدءًا من المحاولات وحتى عمليات الرصد الفضائية:

• العمل خارج أحدث التقنياتوالأساليب والحلول البرمجية والأجهزة؛
• البرامج التعليمية؛
• الرصد البيئي.
• البحث في المجالات الجيوفيزيائية.
• الملاحظات الفلكية.

الأقمار الصناعية

السواتل الصغيرة ( بيكوسات، بيكوسات) تسمى الأقمار الصناعية التي تتراوح كتلتها من 100 جرام إلى 1 كجم. مصممة عادةً للعمل في مجموعة، وأحيانًا مع قمر صناعي أكبر. يبلغ حجم أقمار CubeSat 1 لترًا وكتلة حوالي 1 كجم ويمكن اعتبارها إما سواتل بيكية كبيرة أو سواتل نانوية خفيفة. يتم إطلاق CubeSats عدة وحدات في وقت واحد ويكلف إطلاقها عدة عشرات الآلاف من الدولارات.

الأقمار الصناعية

الأقمار الصناعية ( الفيمتوسات، الفيمتوسات) تصل كتلتها إلى 100 جرام، مثل السواتل الصغيرة جدًا. الأقمار الصناعية Pocketsat (حرفيا جيب) تبلغ كتلتها عدة مئات أو عشرات من الجرام وعدة سنتيمترات ويمكن اعتبارها إما سواتل فيمتوساتلايت أو سواتل بيكية خفيفة. يمكن تجميع العديد من أقمار PocketSats وإطلاقها في مساحة حاوية وبسعر CubeSat واحد، أي عدة آلاف من الدولارات لكل منها.

تتيح هذه التكلفة المنخفضة وتوحيد المنصات والمكونات للجامعات وحتى المدارس والشركات الخاصة الصغيرة وجمعيات الهواة تطوير وإطلاق CubeSats وPocketSats للأفراد.

كما يجري تطوير مركبات إطلاق صغيرة جدًا - حاملات نانوية - لإطلاق CubeSats وPocketSats.

طلب

يمكن استخدام المركبات الفضائية الصغيرة في:

• بحوث نظم الاتصالات
• معايرة الرادارات وأنظمة مراقبة الفضاء البصرية (بما في ذلك المركبات الفضائية المنفعلة)
• استشعار الأرض عن بعد (ERS)
• الأبحاث المتعلقة ب أنظمة الكابلات
• للأغراض التعليمية.

إحصائيات

وخلال الفترة من 1990 إلى 2003، تم إطلاق 64 قمرا صناعيا صغيرا كتلتها أقل من 30 كيلوغراما إلى المدار، منها 41 قمرا صناعيا من الولايات المتحدة.



عندما أصبحت الأقمار الصناعية المكعبات كبيرة في 14 أبريل 2015

CubeSat هو معيار حجم للأقمار الصناعية الصغيرة والنانوية تم اقتراحه في عام 1999 في الولايات المتحدة الأمريكية. على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية، غيرت فكرة المعيار الموحد بشكل كبير وجه رواد الفضاء غير المأهولين، وفتحت الفرصة أمام الشركات الخاصة والهواة والطلاب وحتى تلاميذ المدارس لإنشاء مركبات فضائية بتكلفة زهيدة نسبيًا. وبفضل CubeSat، تمكنت العديد من البلدان التي لم تدعم ميزانياتها دعم الملاحة الفضائية التقليدية من التفاخر بمركبتها الفضائية الأولى.

من مميزات CubeSat هي أبعاده الثابتة، والتي تتغير بشكل متعدد، أي. CubeSat 1U (الوحدة) عبارة عن مكعب فضائي 10x10x10 سم، 2U عبارة عن مكعبين بالفعل، أي. 10x10x20 سم، 3U - 10x10x30 سم. الحد الأقصى الذي تم الوصول إليه حتى الآن هو 6U أو 10x20x30 سم، وقد تم تطوير العديد من العناصر الهيكلية والبطاريات واللوحات وأجهزة الاستشعار وأنظمة الاتصالات وفقًا لمعايير CubeSat... إنهم يبتكرون شيئًا جديدًا باستمرار أيضًا. محرك التسامي أو الشراع الكهرومغناطيسي، ثم محرك البلازما. ويجري الآن إعداد CubeSats المجهزة بأشرعة شمسية حقيقية للإطلاق.

يتم إنشاء CubeSats من الإلكترونيات الصناعية، أي. واحدة كانت مخصصة للاستخدام على الأرض ولم تكن مستعدة للفضاء. على الرغم من ذلك، فإن إمكانيات الرقائق الحديثة تسمح لها بالعمل في ظروف تبدو غير مناسبة. قد لا تدوم طويلاً، لكنها تضمن تشغيل الأجهزة لمدة تصل إلى عام، أو حتى عدة مرات أكثر. يوجد الآن متاجر إلكترونيات كاملة عبر الإنترنت لشركة CubeSats، على الرغم من أنها لا تزال بعيدة عن مستوى أجهزة الكمبيوتر الحديثة التي يمكن شراؤها على أجزاء وتجميعها في المنزل في أمسية واحدة. ومع ذلك، يتعين عليك اختبار توافق الأنظمة بعناية، وكتابة البرامج، واللحام، وتصحيح الأخطاء، بشكل عام، سيكون هناك عمل كافٍ للعديد من المهندسين لأكثر من شهر واحد. لقد كتب زملاؤنا من شركة "سبوتنيك" جيدًا عن كل الصعوبات.

وعلى الرغم من الصعوبات، فإن العمل مع CubeSats أبسط بكثير من العمل في الملاحة الفضائية التقليدية، وقد وفرت اختراقًا حقيقيًا في الفضاء لمئات الطلاب وعشرات المتحمسين والعلماء ورجال الأعمال.

تعمل الأبعاد القياسية لـ CubeSats على تبسيط إجراءات الإطلاق إلى الفضاء إلى حد كبير. النقطة هنا ليست فقط صغر حجمها ووزنها. يُعتقد عادةً أن كتلة القمر الصناعي بالكيلوجرام هي التي تحدد تكلفة إطلاقه. ولكن عندما يتعلق الأمر بمؤشرات غير مهمة مثل 1-3-9 كجم، فإن ما يسمى التكيف. ففي نهاية المطاف، لا يكفي ربط قمر صناعي بصاروخ؛ بل يجب إطلاقه في الوقت المناسب، وعلى الارتفاع المناسب، وبالتسارع المناسب. بالنسبة للأقمار الصناعية العادية، حتى الصغيرة منها، عليك القيام بعمل منفصل وتصميم محول يسمح لك بدمج قمر صناعي معين مع صاروخ معين أو مرحلة عليا معينة. في حالة CubeSat، يتم حل المشكلة عن طريق تكييف حاوية خاصة.

يكفي تكييف الحاوية بصاروخ معين أو مرحلة عليا معينة، ثم استخدام هذا المخطط أثناء كل إطلاق.

على سبيل المثال، في روسيا الآن شركة خاصة Dauria Aerospace جنبا إلى جنب مع NPO سميت باسمها. تعمل Lavochkina على تكييف حاويات CubeSat مع Fregat.

ونتيجة لذلك، سيكون من الأسهل إطلاق CubeSats أثناء إطلاق صواريخ Roscosmos. في السابق، تم إطلاق العشرات من "المكعبات" بواسطة صاروخ التحويل الروسي الأوكراني دنيبر، ولكن الآن سوف تتخلى روسكوزموس عنها من أجل تحميل الشركات المصنعة الروسية بالعمل.

لا تزال هناك فرصة لإطلاق الأقمار الصناعية المكعبة من الدولية محطة فضائية. ولهذا الغرض تم تجهيز القطاع الأمريكي بنظام روبوتي خاص من شركة الفضاء الخاصة NanoRacks. ويتيح لك النظام إطلاق الأقمار الصناعية المكعبة على دفعات، ولا يتطلب الأمر من رواد الفضاء الذهاب إلى الفضاء الخارجي.

ومن القطاع الروسي يتم إطلاق CubeSats بشكل فردي وبالطريقة الكلاسيكية.

الإطلاق من محطة الفضاء الدولية يحل العديد من المشاكل: فهو أبسط وأرخص من الصواريخ، ولا يتطلب تكييفًا أو حتى حاوية. يتم إطلاق معظم CubeSats من المحطة. ولكن هناك مشاكل هنا أيضا. يتم تسليم الأقمار الصناعية على متن سفن الشحن ويمكن أن تبقى لأسابيع أو حتى أشهر قبل الإطلاق، مما يتسبب في نفاد البطارية الموجودة على متن السفينة وترك القمر الصناعي ميتًا. لا يستطيع رواد الفضاء إحياء الجميع، رغم أنهم يحاولون ذلك.

هناك مشكلة أخرى تتعلق بالإطلاق من المحطة وهي قصر عمر القمر الصناعي. في ذروة محطة الفضاء الدولية، لا يزال تأثير الكبح للغلاف الجوي للأرض قويًا نسبيًا، لذلك حتى الأقمار الصناعية الصغيرة المكعبة تدوم أقل من عامين، وإذا كان القمر الصناعي أيضًا قابل للطي الألواح الشمسية، ثم لا يطيرون لسنوات. وهذا يرضي كل من يهتم بنظافة الفضاء، ولكنه يزعج مبتكري الأجهزة الذين يرغبون في العمل لفترة أطول مع القمر الصناعي واختبار المعدات ومعرفة قدراتها القصوى.

ويتطلب الإطلاق الأعلى والأطول أمدا وجود حاوية والبحث عن صاروخ مناسب. الحاوية تكلف مالا، والكثير منها، رغم أنه يبدو أنها مجرد صندوق من الألومنيوم بغطاء. بالإضافة إلى الحاوية، يمكن أن تتراوح تكلفة إطلاق CubeSat من 40 ألف دولار إلى 100 ألف دولار، وهذا مخصص لوحدة واحدة فقط. لكن هذه تكلفة حتمية إذا كان الهدف هو إطلاق قمر صناعي يجب أن يعمل لفترة طويلة وبشكل مربح.

الآن عن الفوائد. تم قضاء العقد الأول من الأقمار الصناعية المكعبة تحت رايات الجامعة. قام طلاب من إحدى الجامعات أو تلك (معظمهم أمريكيون أو بريطانيون) بتجميع مكعباتهم، يليهم هواة الراديو اليابانيون. وفي البيئة المهنية، تم تطوير الصورة النمطية حول CubeSat كنوع من المرح التافه، غير متوافق مع أي مهام تطبيقية. في الواقع، يقضي الرجال البالغون هنا سنوات في تجميع أجهزة تزن طنًا أو أكثر، وهناك بعض الطلاب يقومون بتثبيت مكبرات الصوت ذات الكيلوجرام في بضعة أشهر.

وفي الوقت نفسه، أتاحت الأجيال الأولى من الأقمار الصناعية المكعبة إمكانية التوصل إلى الكثير من الحلول التكنولوجية، وتجربة العشرات من المخططات والتخطيطات المختلفة، واختبار أدوات الحمولة. وبحلول العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، اتضح أنه حتى هؤلاء الأطفال مناسبون للعمل الجاد. في الواقع، الثورة تحدث الآن أمام أعيننا.

كانت شركة Planet Labs من أوائل الشركات التي قررت بناء أعمالها بالكامل على الأقمار الصناعية المكعبة. وفي عام 2013، أطلقوا زوجًا من أقمار دوف الصناعية، مما أظهر قدراتهم. حجمها هو 3U، أي. 10x10x30 سم في هذه الأبعاد المجهرية، وفقًا لمعايير الملاحة الفضائية، تمكن المطورون من وضع ليس فقط تلسكوبًا مقاس 90 مم ومصفوفة صور، ولكن أيضًا نظام توجيه ثلاثي المحاور يتكون من ثلاثة محركات دولاب الموازنة وملفات مغناطيسية. وكانت النتيجة جهاز متكامل لاستشعار الأرض عن بعد، بحجم كاميرا SLR عادية.

الآن تلتقط أجهزتهم صورًا عالية الجودة، والتي يمكنك الإعجاب بها في معرض الصور الخاص بهم.

وللمقارنة صورة لجهاز "حقيقي" وزنه 450 كجم

وبطبيعة الحال، فإن موثوقية وأداء أقمار الحمائم أقل بكثير من الأقمار الصناعية التقليدية، لكن سعرها والقدرة على إطلاق العشرات منها يفتحان آفاقًا كبيرة. وفي الوقت نفسه، تزداد موثوقية كل جيل جديد، لأن يتلقى المهندسون كمية هائلة من البيانات على الأنظمة ويمكنهم استبدال العناصر غير الموثوقة بسرعة. أولئك. يتم إجراء اختبارات الطيران والتطوير بشكل أسرع بكثير مما كان عليه الحال مع الأجهزة الكبيرة.

والآن اجتذبت شركة Planet Labs ما يقرب من 140 مليون دولار من الاستثمارات، وتتمثل مهمتها الرئيسية الآن في إعادة بناء البنية التحتية الأرضية وإيجاد طرق فعالة لتحقيق الدخل من بيانات الأقمار الصناعية. هدفهم هو تحديث تماثلي يومي لخرائط جوجل.

لقد تحدثت بالفعل عن Planet Labs عدة مرات، لكنني أفضل مثالاً آخر لشركة نشأت من دائرة محبي Arduino. أولاً، طرحوا الفكرة على KickStarter لإنشاء القمر الصناعي النانوي ArduSat. أعجب المجتمع بالفكرة كثيرًا لدرجة أنه بعد طلب قمر صناعي واحد، حصلوا على اثنين. لقد جذبوا الانتباه بفكرتهم المتمثلة في توفير التحكم في الأقمار الصناعية للجميع، مقابل رسوم. وحتى قبل الإطلاق، وبعد حملة ناجحة لجمع التبرعات، وجدوا المستثمرين الأوائل. حتى الرئيس التنفيذي الروسي ومؤسس Mail.Ru، ديمتري غريشين، استثمر فيها، على الرغم من أنه خصص 300 ألف دولار “فقط” لم يتحدثوا بشكل خاص عن نتائج إطلاق واختبار الأقمار الصناعية، ولكن سرعان ما أعيدت تسميتها من NanoSatisfy إلى Spire. واجتذبت استثمارات بقيمة 20 مليون دولار لنشر شبكة أقمار صناعية كاملة في عشرات الأجهزة. إذا حكمنا من خلال موقعهم على الإنترنت، فسوف يقومون ببناء شبكة واسعة النطاق ذات مدار منخفض لتلقي بيانات AIS.

وستكون النتيجة خريطة محدثة بسرعة لحركة السفن في البحار والمحيطات. لا تزال مثل هذه الخدمات موجودة، لكنها تعمل في الغالب على أساس المحطات الساحلية، وهناك أقل من عشرين قمرًا صناعيًا لنظام تحديد الهوية الآلي (AIS) في المدار. سباير يريد إطلاق 100.

عند الحديث عن نظام التعرف الآلي، هناك أيضًا زوجان من الأقمار الصناعية المكعبة في المدار - Perseus-M - وهذا تطوير مشترك للقسمين الأمريكي والروسي في Dauria Aerospace. شارك موظفونا هناك في تطوير التصميم العام للبرنامج وتخطيطه وكتابته. حجم القمر الصناعي هو 6U، والحمولة هي أيضًا مستشعر AIS، وهو يطير منذ يونيو 2014. لقد اكتمل للتو اختبار الحمولة، وقامت الأقمار الصناعية ببناء خريطتها الخاصة للشحن العالمي. نحن نستعد الآن لنشر شبكة من المحطات الأرضية للبدء في تقديم بيانات تشغيلية ذات جودة تجارية.

ومع ذلك، فإن هدف Dauria ليس من أعمال AIS. لقد تم اختيار هذه المستشعرات ببساطة لاختبار منصة الأقمار الصناعية. وإمكانياته أكبر بكثير، بما في ذلك القدرة على وضع كاميرا هناك. في الواقع، بناءً على الخبرة المكتسبة في تطوير Perseus-M، الانقسام الروسيتقوم Dauria بإنشاء قمرين صناعيين وفقًا لمعايير CubeSat، بتكليف من Roscosmos. وهي أجهزة أكثر تعقيدًا، ذات توجيه ثلاثي المحاور، وكاميرا متعددة الأطياف، وجهاز إرسال عالي الأداء على نطاق Ka.

في المستقبل، الشركة مستعدة لتكييف المنصة من أجلها أنواع مختلفةالأحمال للأغراض العلمية والتطبيقية. نقوم أيضًا بتطوير حاويتنا الخاصة، بحيث تتمكن روسكوزموس قريبًا من تقديم مجموعة كاملة من الخدمات إذا احتاج أي شخص إلى إطلاق CubeSat. على سبيل المثال، يمكن لـ "الفرقاطة" الخاصة بـ Lavochkin الذهاب إلى كل من المريخ والزهرة، ما عليك سوى انتظار رحلة جوية عابرة.

تعهدت الشركة الروسية الناشئة "Lin Industrial" بإنشاء صاروخ صغير خاص فقط لإطلاق الأقمار الصناعية المكعبة. من غير المرجح أن يكون سعرها أقل من 100 ألف دولار، لكنها قد تكون مثيرة للاهتمام بالنسبة لتلك المدارات التي يستحيل فيها الطيران في الطريق أو حيث يكون هناك انتظار طويل للحصول على الفرصة.

أورازوف أ.ف. 1

ديموشكينا أو.في. 1

1 مؤسسة تعليمية تابعة للميزانية البلدية - المدرسة الثانوية N50 في أوريول

يتم نشر نص العمل بدون صور وصيغ.
النسخة الكاملةالعمل متاح في علامة التبويب "ملفات العمل" بتنسيق PDF

مقدمة

خلال تحول "التحديات الكبيرة" الذي نظمته شركة Sirius OC، كنت أقوم بتحديث القمر الصناعي SiriusSat النانوي. كان هدفي هو تثبيت كاميرا Raspberry Pi Camera Module v 2.1 على القمر الصناعي على منصة Raspberry pi. أود أن أتحدث عن هذه العملية.

الغرض من التجربة:تركيب كاميرا على القمر الصناعي وتنفيذ التحكم المستقل بها.

مراحل العمل:

لقاء رفيقك.

أغراض تركيب الكاميرا.

عملية الاتصال.

إجراء اتصالات.

التكامل مع الكمبيوتر الموجود على متن القمر الصناعي.

تطوير البرمجيات.

نقل البيانات عبر حافلة CAN.

تحليل العمل والاستنتاجات.

§1. بضع كلمات عن القمر الصناعي

كان من المفترض أن يكون القمر الصناعي BumbleBee الذي يقوم فريقنا بتطويره (الملحق 1، الشكل 1) بمثابة نظير محسّن للقمرين الصناعيين SiriusSat-1 وSiriusSat-2 (الملحق 1، الشكل 2)، والذي تم تطويره خلال تحول "التحديات الكبرى" في عام 2017 . كانت الاختلافات الرئيسية في مهمتنا هي أننا أردنا إطلاقه في مدار قطبي (على عكس SiriusSat، الموجود حاليًا في مدار محطة الفضاء الدولية)، وكذلك إجراء تجربة باستخدام وحدة Raspberry Pi Camera v 2.1 (الملحق 2، الشكل 1) في الفضاء الخارجي.

§2.لماذا تثبيت الكاميرا؟

يتيح لك تثبيت الكاميرا ما يلي:

أ) استعادة اتجاه القمر الصناعي في الفضاء باستخدام صور الكاميرا،

ب) الحصول على صورة للأرض من الفضاء.

بالطبع، هناك نسبة معينة من احتمال عدم تمكن الكاميرا من الحصول على صورة واضحة؛ وهناك عدد من الأسباب لذلك، على سبيل المثال، الجسيمات عالية الطاقة الموجودة في الغلاف الجوي للأرض والتي يمكنها إضاءة المصفوفة. ولكن هذا الخطر له ما يبرره تماما: مقابل سعر صغير نسبيا أقل من 1٪ من التكلفة الإجمالية للقمر الصناعي، لدينا فرصة للحصول على وسيلة رخيصة لتصوير الفضاء!

§3.عملية الاتصال

تأسيس التواصل

بادئ ذي بدء، كانت هناك حاجة إلى "تكوين صداقات" بين الكاميرا ومعالج Raspberry Pi 3 للقيام بذلك، تم توصيل الكاميرا والشاشة ولوحة المفاتيح باللوحة، ثم تم تكوين خيارات نظام التشغيل Raspbian. دعم تشغيل الكاميرا. يحتوي نظام التشغيل هذا على مكتبة مدمجة للعمل مع الكاميرا بلغة برمجة Python. تم الحصول على الصور الأولى باستخدام أمر وحدة التحكمورمز تافه في هذه اللغة باستخدام مكتبة مشتركة.

التكامل مع الكمبيوتر الموجود على متن القمر الصناعي

لم يكن توصيل الكاميرا بالقمر الصناعي بهذه البساطة. على عكس اللوحة المستخدمة لتصحيح الأخطاء، تم تركيب وحدة Raspberry Pi Compute Module 3 داخل المركبة الفضائية، والتي تتطلب برمجتها شريحة خاصة، والتي للأسف لم تكن لدينا. كانت الوحدة ملحومة "بإحكام" بلوحة القمر الصناعي، مما اضطرنا إلى إزالة المنافذ المطلوبة للكاميرا ولحامها يدويًا. ونتيجة لذلك، اتخذ المجلس المظهر التالي - الملحق 3، الشكل 1.

تطوير البرمجيات

المتطلبات الرئيسية لوظيفة الكاميرا والمعالج هي:

القدرة، بناءً على طلب المستخدم، على التقاط صورة بدقة ولون محددين أو بالأبيض والأسود؛

تنزيل ملف محدد بالاسم من الذاكرة الداخلية للقمر الصناعي؛

إجراء محاولات متكررة لتنزيل الملفات المحددة؛

عرض على شاشة المستخدم قائمة بجميع الصور المتوفرة في الذاكرة الداخلية للقمر الصناعي؛

حذف ملف محدد بالاسم من الذاكرة الداخلية للقمر الصناعي لتحرير الذاكرة؛

تنسيق تخزين صور الأقمار الصناعية.

وكان من المهم جدًا التأكد من أن القمر الصناعي يلتقط الصور "عند النقر" ثم يرسل الصورة إلى الأرض. سمح نظام التشغيل بالبرمجة المجانية بلغة Python، لكنني قررت أن أحاول كتابة التعليمات البرمجية بلغة C++ وC. وهذا يتطلب تثبيت مترجم. والذي استغرق حوالي الساعة، لأن... المعالج لم يكن لديه قوة المعالجة الكافية. بالإضافة إلى ذلك، كان لا بد من تكرار هذا الإجراء عدة مرات على وحدات حسابية مختلفة.

وجدت على الإنترنت مكتبة C++ تسمح لي بالتحكم في الكاميرا والتقاط الصور. كان يحتوي على كل الوظائف التي نحتاجها - دقة الصورة القابلة للتعديل وأنماط الألوان القابلة للتغيير. تمت كتابة جميع الوظائف الرئيسية بلغة C++، لكن اضطررت لاحقًا للتبديل إلى C. بدأ استخدام C++ فقط للتحكم في الكاميرا. سأشرح لاحقا سبب هذا التحول.

هناك مشكلة أخرى وهي أن المكتبة وجدت صورًا محفوظة بتنسيق bmp غير مضغوط. كان وزنها حوالي 100 كيلو بايت بدقة منخفضة، وهو أمر غير مقبول على الإطلاق. يمكن للهوائيات الموجودة تحت تصرفنا نقل المعلومات بسرعة 7000-8000 باود. في أحجام كبيرة، كان هناك احتمال كبير بأن الصورة ببساطة لا يمكن تحميلها وأن حزمة واحدة غير مقبولة (من بين عدة مئات من الحزم) يمكن أن تدمر الصورة بأكملها. لحل هذه المشكلة، استخدمت برنامج Python النصي الذي يحول الصور غير المضغوطة إلى jpg، كما أجريت تجارب على صورة بالأبيض والأسود. كانت صورة jpg باللون الرمادي بأقل دقة تزن حوالي 25 مرة أقل من صورة bmp الملونة. ثم أضفت التحويل التلقائي من bmp ​​إلى jpg إلى خوارزمية التقاط الصور وأعدت تسمية الصورة إلى "1.jpg" و"2.jpg" وما إلى ذلك. وهكذا انتهى العمل على النقطة الأولى.

تم أيضًا تنفيذ عرض قائمة الملفات على الشاشة باستخدام برنامج Python النصي الذي تم استدعاؤه من ملف C++ الرئيسي. حاولت حل بعض المشكلات البسيطة ببساطة - باستخدام أكواد بايثون.

لم يكن وصف عمليات حذف الملفات وتنسيق التخزين بالكامل أمرًا صعبًا أيضًا. للراحة، قمت بتقسيم أنواع العمليات إلى إدارية (سرد وحذف الملفات والتنسيق) وتشغيلية (التقاط الصور وتنزيل الصور).

لقد أصبح التفكير في جميع إمكانيات تنزيل الصور على جهاز كمبيوتر محمول متصل أكثر صعوبة - فلن يكون هناك كمبيوتر محمول أو شبكة Wi-Fi في المدار.

نقل البيانات عبريستطيع الإطارات

في الفضاء الخارجي، يتم الاتصال بين القمر الصناعي والأرض باستخدام الهوائيات. ولكن، بالإضافة إلى الاتصال بالأرض، يحتاج القمر الصناعي أيضًا إلى "الاتصال" بأنظمته الداخلية الموجودة على متنه (الشكل 2، الملحق 3). ولهذا الغرض، فهي مجهزة بحافلة CAN، والتي تستخدم اليوم على نطاق واسع في صناعة السياراتوالأجهزة المنزلية الذكية.

يختلف نقل المعلومات عبر بروتوكول CAN عن الطرق التي اعتدنا عليها، على سبيل المثال بروتوكول I 2C. في حافلات CAN، يتم تقسيم أنواع الإشارة إلى 4 أنواع: إطار البيانات، والإطار البعيد، وإطار الخطأ، وإطار التحميل الزائد. لن أخوض في كل منها، لأننا نستخدم بشكل أساسي إطار البيانات لنقل الصور. لا يمكن لإطار البيانات الإرسال عدد كبيرمعلومات مماثلة لحجم الصور التي تلقيناها. للقيام بذلك، يجب تقسيم المعلومات إلى العديد من الحزم، والتي يتم إرسالها بعد ذلك عبر الهوائي.

تم تضمين التجزئة التلقائية للمعلومات في مكتبة خاصة للعمل مع المعلومات في بروتوكول CAN، والتي قدمتها لنا شركة SPUTNIX. ولكن هنا أيضًا تم الكشف عن عيوبها - فقد تمت كتابة المكتبة للعمل مع لغة C ولم ترغب في أن تكون "صديقة" مع لغة C++. كان هذا هو السبب وراء نقل جميع الوظائف الإدارية إلى لغة C. لقد وجدت أنه من الأسهل تنفيذ وظائف بسيطة إلى جانب عملية نقل الملفات المعقدة. وكما ذكرنا سابقًا، تم استخدام لغة C++ فقط لكتابة كود معالجة الكاميرا.

ولكي يبدأ القمر الصناعي في إرسال البيانات إلينا، كان لا بد من "سؤاله" عنها. لذلك، تم استقبال الإشارات بواسطة الهوائيات، والتي تنقلها إلى معالج الكمبيوتر عبر ناقل CAN. للتخلص من إمكانية الخلط بين "الأوامر" بواسطة أنظمة الأقمار الصناعية، تم تخصيص رقم "أمر" فريد منفصل (ID) لكل منها، يشار إليه في بداية إشارة CAN. بالنسبة لمعالج Raspberry، قمنا بتخصيص معرفات "أمر" منفصلة. أتاحت المكتبة ليس فقط إرسال الإشارات، ولكن أيضًا استقبالها عبر بروتوكول CAN. افتراضيًا، "يخبر" البرنامج المعالج باستمرار "بالاستماع" إلى الأوامر الموجودة على ناقل CAN، وإذا كان معرف الإشارة يتطابق مع المعرف المتوقع، فإن البرنامج يقرأ بيانات الأمر وينفذ الإجراء المطلوب وفقًا لها .

وكانت نتيجة العمل المنجز هي خوارزمية تشغيل البرنامج، والتي يمكنك العثور عليها في الملحق 3 (الشكل 3).

خاتمة

لذلك، خلال الشهر الذي أمضيته في Sirius OC، تمكن فريقنا من تنفيذ تجربة لتطوير أنظمة التحكم في الكاميرا للقمر الاصطناعي CubeSat بنسبة 99.5%. لقد واجهنا العديد من العقبات، لكن لم يمنعنا أي منها من تحقيق أهدافنا وتحقيق هدفنا العزيز.

لم يسبق لي أن كتبت برامج بلغة C++ أو Python من قبل. كنت أعرف فقط المبادئ الأساسية للخوارزمية والبنية الجزئية لرمز C. أصبحت الخبرة المكتسبة أثناء العمل التجريبي ذات قيمة كبيرة بالنسبة لي.

وكانت نتيجة العمل اختبارات تشغيل وظائف البرنامج. ساعد البرنامج في التقاط الإشارات باستمرار من ناقل CAN ونقل الأوامر المطلوبة. لم تكن الصور الناتجة ذات جودة عالية، ولكن الخطوط العريضة للكائنات فيها كانت مرئية تماما. عند طلب عرض قائمة الصور، تم نقل البيانات بأمان عبر ناقل CAN، وبعد أمر الحذف، عند طلب القائمة مرة أخرى، يمكن ملاحظة انخفاض في عدد الملفات. كان تنزيل الصورة مصحوبًا بتدفق كبير من البيانات في محطة حافلات CAN، وحدث أيضًا عند تقديم طلب لإعادة تنزيل الصورة. وإذا تراكمت الكثير من الصور غير الضرورية بعد الاختبار، فقد نجح أمر التنسيق في محوها. وبالتالي، عملت جميع الوظائف الضرورية بسلاسة كالمعتاد.

الأدب

مكتبة للعمل مع الكاميرا في C++ - https://www.uco.es/investiga/grupos/ava/node/40

دليل إعداد الكاميرا - https://projects.raspberrypi.org/en/projects/getting-started-with-picamera

برنامج تعليمي قصير عن ناقل CAN - http://www.micromax.ru/solution/theory-practice/articles/2160/

أرز . 1. القمر الصناعي النانوي طنانةشكل كيوبيسات

الملحق 1

أرز. 2. الأقمار الصناعية النانوية SirusSat-1 وSiriusSat-2

وحدة كاميرا Raspberry Pi v 2.1

الملحق 2

الملحق 3

أرز. 1. لوحة معاد لحامها

أرز. 2. تجميع الأقمار الصناعية

أرز. 3. خوارزمية تشغيل البرمجيات

المؤلفون

كوزموديميانسكي إي.في. 1 *، كيريتشينكو إيه إس 1 *، كليوشين دي آي 1 *، كوزموديميانسكايا أو.ف. 1*, ماكوشيف ف.ف.1*, المورزين ص.ص2**

1. مركز الصواريخ والفضاء "التقدم" ش. زيميتسا، 18، سمارة، 443009، روسيا
2. جامعة سمارة الوطنية للبحوث سميت باسمها. الأكاديمي س. كوروليفا، موسكوفسكوي شوس، 34، سمارة، 443086، روسيا

*بريد إلكتروني: [البريد الإلكتروني محمي]
**بريد إلكتروني: [البريد الإلكتروني محمي]

تعليق توضيحي

توفر المقالة إحصائيات حول عمليات إطلاق المركبات الفضائية الصغيرة من فئة النانو بتنسيق "CubeSat"، بما في ذلك عام 2013، وتستخلص استنتاجًا حول نمو وأهمية سوق خدمات الإطلاق للمركبات الفضائية من هذه الفئة، وتصف مركبات الإطلاق التي يتم إنشاؤها حاليًا في مركز الدولة الفيدرالي للبحث العلمي والإنتاج الفضائي التابع للمؤسسة الفيدرالية "TsSKB-Progress" والمقترح تطويره لدعم مهام المركبات الفضائية الصغيرة بتنسيق "CubeSat". المقترح جهاز البدايةوحاوية نقل وإطلاق للمركبات الفضائية الصغيرة من صيغة CubeSat، وتم التوصل إلى استنتاجات حول إمكانية تنظيم بعثات لإطلاق مركبة فضائية من هذا التنسيق باستخدام تقنيات تنظيمية وتقنية جديدة وتبوؤ بلادنا مكانة رائدة في تقديم هذه الخدمة.

الكلمات الرئيسية:

مركبة فضائية صغيرة، Cubesat، منصة عالمية، جهاز الإطلاق، تقنيات الويب، حاوية النقل والإطلاق

فهرس

1. قائمة مايكل لمهمات الأقمار الصناعية Cubesat, متاح على: http://mtech.dk/thomsen/space/cubesat.php (تم الوصول إليه في 16/07/2013).
2. بريان كلوفاس، أندرسون جيسون، ليفيك كايل. مسح لأنظمة الاتصالات CubeSat، مجلة أمسات،نوفمبر / ديسمبر 2009، ص. 23-30.
3. ويكيبيديا AR: قائمة CubeSats , متاح على: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_CubeSats (تم الوصول إليه في 16/07/2013).

فيسبوك

تغريد

فكونتاكتي

زملاء الدراسة

جوجل+