Znak Politechniki Warszawskiej

PW-SAT2. Kolejny satelita z Politechniki Warszawskiej w budowie

Od 1957 roku ludzkość wysyła obiekty kosmiczne na orbitę okołoziemską. Obecnie nad naszymi głowami znajduje się ok. 3.600 satelitów z czego tylko 1.000 aktywnych. Dotychczas skatalogowano ok. 20.000 obiektów o średnicy większej niż 5 cm wytworzonych przez człowieka. Szacunki mówią o 300.000 śmieciach mniejszych niż 1 cm. Na tę liczbę składają się m.in. części rakiet wielostopniowych, satelitów i pozostałości eksploatacyjne będące wynikiem np. satelitarnych zderzeń. Są to tzw. kosmiczne śmieci.

Zagrażają one istniejącym systemom satelitarnym oraz astronautom na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Należy pamiętać, że mimo niewielkich rozmiarów tego typu obiektów, poruszają się one z prędkościami rzędu 36.000 km/h i mogą wyrządzić naprawdę duże szkody kosztujące miliardy dolarów lub nawet ludzkie życie.
 
Sprzątanie kosmosu
Dopiero niedawno świat zaczął zdawać sobie sprawę z tego, jakie niebezpieczeństwo niosą śmieci kosmiczne. Niestety z większością obiektów obecnie krążących na orbicie okołoziemskiej nie jesteśmy w stanie nic zrobić. Musimy czekać, aż pod wpływem szczątkowego oporu atmosferycznego, sił grawitacji i promieniowania słonecznego, powoli zmienią swoją orbitę i ostatecznie spalą się w ziemskiej atmosferze. Możemy jednak zadbać o naszą przyszłość i dopilnować, aby kolejne wystrzeliwane satelity były wyposażone w systemy, które zapewnią bezpieczną deorbitację satelity po skończonym okresie jego użytkowania. Takie zadanie ma postawione przed sobą PW-Sat2, który będzie demonstratorem jednej z technologii deorbitacji - obniżania orbity z wykorzystaniem oporu aerodynamicznego obecnego na niskich orbitach okołoziemskich.
 
Projekt polskich studentów
Drugi satelita Studenckiego Koła Astronautycznego PW-Sat2 podobnie jak jego poprzednik będzie demonstratorem innowacyjnej technologii deorbitacji. Nowy zespół złożony ze studentów kilku Wydziałów Politechniki Warszawskiej, korzystając z doświadczenia swoich starszych kolegów, rozpoczął w 2013 roku prace nad dwukrotnie większym satelitą wyposażonym w znacznie bardziej zaawansowane podzespoły. W kolejnym projekcie satelity zdecydowaliśmy się na wykorzystanie standardu CubeSat 2U (20x10x10 cm) i żagla deorbitacyjnego rozwijanego na konstrukcji ze sprężyn płaskich. Problem coraz większej liczby tzw. śmieci kosmicznych zyskuje na znaczeniu i uważamy, że to najlepszy czas na tego typu eksperymenty. Mamy nadzieję, że PW-Sat2 znajdzie się na orbicie jeszcze w 2016 roku. – mówi Dominik Roszkowski, członek zespołu.
 
Żagiel deorbitacyjny
W PW-Sacie2 systemem deorbitującym jest kwadratowy żagiel otwierany za satelitą. Jego zadaniem będzie zwiększenie oporu aerodynamicznego, który na niskich orbitach jest wciąż znaczącym czynnikiem powodującym degradację orbity. Dzięki temu satelita po przeprowadzeniu pozostałych eksperymentów i otrzymaniu sygnału z Ziemi rozłoży strukturę przypominającą żagiel i zacznie obniżać orbitę, by docelowo spłonąć w atmosferze. W 2014 roku przeprowadzono prace koncepcyjne nad różnymi metodami otwierania żagla. Ostatecznie wybrano rozwiązanie polegające na wysuwaniu kwadratowego żagla o boku 2m na odległość ok. 20 centymetrów za satelitę. Przymocowany do specjalnego trzpienia żagiel po przepaleniu linki Dyneema zostanie odblokowany, a następnie otwarty za pomocą czterech rozkręcających się ramion (sprężyn płaskich podobnych do tych wykorzystywanych w metalowych miarach).

 
Żagiel deorbitacyjny jest bardzo konkurencyjnym systemem pozbywania się niepotrzebnych urządzeń z orbity okołoziemskiej. Studenci chcą mieć udział w rozwoju technologii, która wkrótce może stać się obowiązkowa dla satelitów działających na niskich orbitach.
 
Czujnik Słońca
Jednym z dodatkowych eksperymentów PW-Sata2 jest czujnik słoneczny służący do zebrania informacji o pozycji i orientacji satelity w przestrzeni. Większość satelitów na orbicie musi być zorientowana w określonym kierunku w zależności od rodzaju misji. By obrócić satelitę potrzebne są odpowiednie silniki lub koła zamachowe, które ten obrót umożliwią oraz zestaw czujników i kompasów, które wskażą kierunek obrotu. Czujnik Słoneczny jest właśnie przykładem satelitarnego kompasu, który dostarczy informacji potrzebnych do prawidłowego ustawienia paneli słonecznych PW-Sata2. System ten składał się będzie z czterech małych ogniw słonecznych ułożonych pod optymalnym kątem oraz mikrokontrolera zarządzającego zbieraniem i analizą danych. Naszą ambicją jest stworzenie czujnika, którego wielkość, masa i dokładność będą porównywalne z rozwiązaniami komercyjnymi. Nieskomplikowana konstrukcja sprawi, że będzie prostszy i tańszy w produkcji. Pozwoli to na wykorzystywanie go przez inne zespoły z całego świata. – mówi Inna Uwarowa, koordynator projektu.
 
Kamery
Na pokładzie satelity studenci zdecydowali się na umieszczenie kamery, za pomocą której mają zamiar obserwować fragment powierzchni żagla deorbitacyjnego. Chcemy zarejestrować proces otwierania żagla, aby móc później dokładnie zweryfikować zarówno działanie zastosowanych mechanizmów, jak i samą skuteczność naszego rozwiązania. – mówi Mateusz Sobiecki. Przesyłanie do stacji naziemnej dosyć dużej ilości danych, jakimi są zdjęcia, będzie dla nas wyzwaniem ze względu na niezbyt duże możliwości łączności z satelitą, jednak mamy zamiar odpowiednio się do tego przygotować. – mówi Kamil Sażyński, lider zespołu komunikacji. Ważnym założeniem jest również automatyzacja działań satelity, dzięki czemu w przypadku problemów w komunikacji z Ziemią satelita samodzielnie wykona swoją misję po upływie ustalonego czasu.

Satelita z otwartymi panelami słonecznymi

PW-Sat2

Żagiel deorbitacyjny PW-Sat2

 
Otwierane panele słoneczne
Studencki satelita wyposażony będzie w rozkładane panele słoneczne, które poprawią efektywność zbierania energii niezbędnej do zasilania satelity. Pomysł ten jest jednocześnie pracą inżynierską jednego z członków zespołu. Oba panele mają wielkość ok. 10x20cm i są umieszczone symetrycznie na przeciwległych ściankach satelity. W trakcie startu satelita pozostaje w stanie złożonym, a panele utrzymywane są za pomocą bardzo wytrzymałej linki Dyneema. Po umieszczeniu PWSata2 na orbicie linka zostanie przepalona i nastąpi otwarcie paneli. Na podstawie pomiarów z Czujnika Słońca oraz Systemu Kontroli Orientacji (ADCS) satelita za pomocą aktuatorów magnetycznych zostanie ustawiony panelami w stronę Słońca. Dzięki temu rozwiązaniu studenci zapewnią energię niezbędną do działania wszystkich podsystemów. W razie niepowodzenia zamknięte panele słoneczne będą w stanie zapewnić energię dla podstawowych podsystemów, a misja zostanie wykonana.
 
Od teorii do praktyki
Większość elementów satelity studenci wykonują sami. W trakcie tworzenia kolejnych prototypów przeprowadzane są coraz bardziej zaawansowane testy. W połowie 2015 roku rozpoczęła się faza C, podczas której systemy zostaną zintegrowane oraz  przetestowane, zgodnie z wytycznymi Europejskiej Agencji Kosmicznej. Wszystkie prace przy modelu lotnym (czyli tym, który poleci w kosmos) muszą być przeprowadzone w tzw. clean roomie - pomieszczeniu zapewniającym najwyższe standardy czystości. Ponadto muszą one być sumiennie udokumentowane i wielokrotnie sprawdzone przez niezależnego specjalistę. Ryzyko, jakim jest utrata satelity w wyniku drobnego niedopatrzenia, musi być minimalizowane na każdym kroku prac, ponieważ najprawdopodobniej nie będzie już drugiej szansy na start. Te i inne warunki, jakie muszą spełnić studenci podczas integracji PW-Sata2 to wielkie wyzwanie, któremu mają nadzieję sprostać z pomocą doświadczonych naukowców i inżynierów, którzy od początku projektu wspierają członków Studenckiego Koła Astronautycznego.
 

Dużym i nierozwiązanym dotychczas problemem jest finansowanie startu rakiety i wyniesienia PW-Sata2 na orbitę. Studenci przeprowadzili już rozmowy z potencjalnymi operatorami rakiet i szacowany koszt wysłania satelity w kosmos to niemal 1 mln złotych. Najbliższe miesiące to również gorący czas kampanii testowej, ostatnich zakupów oraz integracji satelity. To wielkie wyzwanie dla młodego zespołu, jednak jego członkowie nie poddają się i chcą doprowadzić projekt do końca, czyli do deorbitacji PW-Sata2.

 

Opracowanie: Biuro ds. Promocji i Informacji /JK/