ฟาสเทรค

ชื่อ	FASTRAC 1 ("ซาร่า-ลิลี่") FASTRAC 2 ("เอ็มม่า")
ประเภทภารกิจ	การสาธิตเทคโนโลยีวิทยุสมัครเล่น
ผู้ปฏิบัติงาน	มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน
รหัส COSPAR	2010-062Fและ 2010-062M
หมายเลข SATCAT	37227 และ 37380
คุณสมบัติของยานอวกาศ
ผู้ผลิต	มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน
ปล่อยมวล	น้ำหนักรวม: 58 กก. (127 ปอนด์) [ 1 ]
เริ่มภารกิจ
วันที่เปิดตัว	20 พฤศจิกายน 2553, 01:21 UTC [ 2 ] ( 2010-11-20UTC01:21 )
จรวด	มินอทอร์ IVเที่ยวบินที่ 3
จุดปล่อยจรวด	ศูนย์ปล่อยจรวดโคเดียก
ผู้รับเหมา	วิทยาศาสตร์วงโคจร
สิ้นสุดภารกิจ
การกำจัด	ปลดประจำการ[ 3 ]
พารามิเตอร์วงโคจร
ระบบอ้างอิง	โลกเป็นศูนย์กลาง
ระบอบการปกครอง	โลกต่ำ
ระดับความสูงจุดใกล้โลกที่สุด	641 กม.
ระดับความสูงสูงสุด	652 กม.
ความโน้มเอียง	72°

ยานอวกาศอัตโนมัติแบบจัดรูปขบวนพร้อมแรงขับ การนำทางสัมพัทธ์ การกำหนดทิศทาง และการเชื่อมโยงข้าม (หรือFASTRACหรือOSCAR 69 ^{[ 4 ]} ) เป็น ดาวเทียมขนาดเล็กสองดวง(ชื่อSara-LilyและEmma ตามลำดับ ) ที่พัฒนาและสร้างโดยนักศึกษาที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินโครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรมที่ได้รับการสนับสนุนจากห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพอากาศ (AFRL) ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อเป็นผู้นำในการพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศราคาประหยัด ภารกิจ FASTRAC จะตรวจสอบเทคโนโลยีที่อำนวยความสะดวกในการปฏิบัติงานของดาวเทียมหลายดวงในรูปแบบการจัดรูปขบวนโดยเฉพาะ เทคโนโลยีเหล่านี้รวมถึงการนำทางสัมพัทธ์ การสื่อสารแบบเชื่อมโยงข้าม การกำหนดทิศทาง และแรงขับ เนื่องจากต้นทุนสูงในการยกมวลขึ้นสู่วงโคจรจึงมีแรงผลักดันอย่างมากในการลดน้ำหนักโดยรวมของยานอวกาศ การใช้ดาวเทียมในรูปแบบการจัดรูปขบวน แทนที่จะใช้ดาวเทียมขนาดใหญ่เพียงดวงเดียว ช่วยลดความเสี่ยงของความล้มเหลวที่จุดเดียว และช่วยให้สามารถใช้ฮาร์ดแวร์ราคาประหยัดได้

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2548 มหาวิทยาลัยเท็กซัสชนะโครงการ University Nanosat-3ซึ่งเป็นการแข่งขันที่ได้รับทุนสนับสนุน โดยมีมหาวิทยาลัยอื่น ๆ เข้าร่วมอีก 12 แห่ง^{[ 5 ]}ในฐานะผู้ชนะ FASTRAC ได้รับโอกาสในการปล่อยดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศ ทีมที่นำโดยนักศึกษาได้รับเงิน 100,000 ดอลลาร์จาก AFRL สำหรับส่วนของการแข่งขันในโครงการ และอีก 100,000 ดอลลาร์สำหรับขั้นตอนการดำเนินการ FASTRAC เป็นภารกิจดาวเทียมที่พัฒนาโดยนักศึกษาเป็นครั้งแรกที่รวมการนำทางสัมพัทธ์แบบเรียลไทม์ในวงโคจร การกำหนดทิศทางแบบเรียลไทม์ในวงโคจรโดยใช้เสาอากาศ GPS เพียงเสาเดียว และเครื่องขับดันพลาสมาแบบไมโครดิสชาร์จ

FASTRAC ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 19 พฤศจิกายน 2010 โดยใช้ จรวด Minotaur IVจากฐานปล่อยจรวด Kodiakใน เมือง Kodiak รัฐอะแลสกา^{[ 6 ]}การแยกดาวเทียมออกจากกันและการสื่อสารแบบเชื่อมโยงข้ามเครือข่ายประสบความสำเร็จ^{[ 7 ]}

FASTRAC ได้รับการพัฒนาภายใต้โครงการนาโนดาวเทียมของมหาวิทยาลัยในห้องวิจัยกองทัพอากาศสหรัฐฯ และได้รับการจัดอันดับที่ 32 ในราย ชื่อโครงการ ทดลองยานอวกาศที่ได้รับการจัดลำดับความสำคัญโดยคณะกรรมการทบทวนการทดลองอวกาศในปี 2549 ยานอวกาศนี้คาดว่าจะแสดงให้เห็นถึงการนำทางแบบสัมพันธ์กับระบบระบุตำแหน่งทั่วโลก (GPS) และประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ขับดันขนาดเล็ก

ลำดับภารกิจหลักประกอบด้วยหกขั้นตอนที่แตกต่างกัน:

• ปล่อย
• การแยกยานพาหนะ
• การได้มาครั้งแรก
• ระบบนำทางแบบสัมพันธ์ GPS บนบอร์ด
• การกำหนดทิศทางด้วย GPS เสาอากาศเดี่ยวบนยาน และการทำงานของเครื่องยนต์ขับดันพลาสมาแบบไมโครดิสชาร์จ
• การดำเนินงานวิทยุสมัครเล่น

ในระยะแรก ดาวเทียมขนาดเล็กสองดวงจะถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในภารกิจSTP-S26 ของโครงการทดสอบอวกาศของกระทรวงกลาโหม สหรัฐฯ จากฐานปล่อยจรวดโคเดียก (KLC) ในเมืองโคเดียก รัฐอะแลสกา โดยจะถูกส่งไปยังวงโคจรต่ำของโลกแบบวงกลมที่มีมุมเอียง 72 องศา ที่ระดับความสูง 650 กิโลเมตร ด้วยจรวดมิโนทอร์ IV ในขั้นต้น ดาวเทียมขนาดเล็กทั้งสองดวงจะอยู่ในรูปแบบเรียงซ้อนกัน เมื่อจรวดไปถึงวงโคจรที่ต้องการแล้ว ดาวเทียมจะได้รับพลังงานจากยานปล่อยก่อนที่จะแยกตัวออกจากยานปล่อยในที่สุด

ขั้นตอนที่สามจะเริ่มต้นเมื่อดาวเทียมขนาดเล็กทั้งสองดวงถูกปล่อยออกจากจรวด ในระหว่างขั้นตอนนี้ จะมีช่วงเวลา 30 นาทีที่ดาวเทียมจะทำการตรวจสอบและเริ่มต้นการทำงาน หลังจากนั้น ดาวเทียมจะเริ่มส่งข้อความบีคอนที่มีข้อมูลโทรมาตรซึ่งจะช่วยกำหนดสถานะของดาวเทียมแต่ละดวง ในระหว่างขั้นตอนนี้ สถานีภาคพื้นดินจะพยายามติดต่อกับดาวเทียมเป็นครั้งแรกและทำการตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าระบบย่อยทั้งหมดบนดาวเทียมทำงานได้อย่างถูกต้อง คาดว่าขั้นตอนการตรวจสอบนี้จะใช้เวลาหลายชั่วโมงหรืออาจหลายวัน ขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการสื่อสารกับสถานีภาคพื้นดิน เมื่อผู้ปฏิบัติงานพึงพอใจกับสถานะของดาวเทียมแล้ว ดาวเทียมจะได้รับคำสั่งจากภาคพื้นดินให้แยกตัวออก ซึ่งเป็นการสิ้นสุดขั้นตอนที่สามของภารกิจ

เมื่อดาวเทียมแยกตัวออกจากกันสำเร็จ ภารกิจหลักจะเริ่มต้นขึ้น ซึ่งเป็นสัญญาณเริ่มต้นของเฟสที่สี่ ก่อนอื่น ดาวเทียมจะสร้างการเชื่อมโยงแบบอัตโนมัติ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ พวกมันจะสื่อสารกันผ่าน ย่านความถี่ UHF / VHFจากนั้นดาวเทียมจะแลกเปลี่ยนข้อมูล GPS ผ่านการเชื่อมโยงนี้เพื่อคำนวณโซลูชันการนำทางสัมพัทธ์แบบเรียลไทม์บนวงโคจร^{[ 8 ]}

ขั้นตอนที่ห้าจะเปิดใช้งานเครื่องขับดันพลาสมาแบบไมโครดิสชาร์จด้วยคำสั่งจากภาคพื้นดิน ซึ่งจะทำงานโดยอัตโนมัติเมื่อเวกเตอร์แรงขับอยู่ภายในกรวย 15 องศาของเวกเตอร์ต้านความเร็ว การทำงานของเครื่องขับดันจะขึ้นอยู่กับการหาค่าทิศทางด้วย GPS เสาอากาศเดี่ยวแบบเรียลไทม์ในวงโคจร หลังจากขั้นตอนนี้สิ้นสุดลง คำสั่งจากสถานีภาคพื้นดินจะปิดการทำงานของเครื่องขับดันบน FASTRAC 1

ขั้นตอนสุดท้ายของภารกิจจะเริ่มต้นขึ้นเมื่อโครงสร้างการสื่อสารของดาวเทียมได้รับการกำหนดค่าใหม่จากภาคพื้นดินให้ทำงานร่วมกับ เครือข่าย ระบบรายงานแพ็กเก็ตอัตโนมัติ (APRS) ซึ่งจะทำให้ดาวเทียมพร้อมใช้งานสำหรับผู้ใช้วิทยุสมัครเล่นทั่วโลก เมื่อสถานีภาคพื้นดินสูญเสียการติดต่อสื่อสารกับดาวเทียมทั้งหมด ภารกิจจะยุติลง และดาวเทียมจะลดระดับวงโคจรลงเองโดยการเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศ ทีมงาน FASTRAC ประเมินว่าต้องใช้เวลาหกเดือนจึงจะบรรลุเป้าหมายของภารกิจได้สำเร็จ

โครงสร้างของดาวเทียม FASTRAC เป็นแบบไอโซกริดหกเหลี่ยม ประกอบด้วยแผ่นอะแดปเตอร์ไทเทเนียมสองแผ่น แผงด้านข้างอะลูมิเนียม 6061 T-6 เสาด้านนอกกลวงหกเสาพร้อมส่วนแทรก และเสาด้านในหกเสา มวลของดาวเทียมขนาดเล็กทั้งสองดวงอยู่ที่ประมาณ 127 ปอนด์ รวมส่วนประกอบทั้งหมดแล้ว

สถาปัตยกรรมการสื่อสารนี้อิงตามระบบที่ใช้งานบนดาวเทียม PCSat2การใช้งาน FASTRAC ประกอบด้วยตัวรับสัญญาณสองตัว ตัวส่งสัญญาณหนึ่งตัว ตัวควบคุมโหนดปลายทาง (TNC) แผงรีเลย์ตัวส่งสัญญาณ และแผงรีเลย์ตัวรับสัญญาณ ใน FASTRAC 1 "Sara Lily" ใช้ตัวรับสัญญาณ VHF รุ่น R-100 สองตัวและตัวส่งสัญญาณ UHF รุ่น TA-451 หนึ่งตัวจาก Hamtronics ใน FASTRAC 2 "Emma" ใช้ตัวรับสัญญาณ UHF รุ่น R-451 สองตัวและตัวส่งสัญญาณ VHF รุ่น TA-51 หนึ่งตัวจาก Hamtronics TNC ที่ใช้คือ KPC-9612+ จาก Kantronics ทั้งแผงรีเลย์ตัวส่งและตัวรับสัญญาณได้รับการออกแบบและผลิตขึ้นเองภายในบริษัท

ระบบควบคุมและจัดการข้อมูล (C&DH) ประกอบด้วยAVR แบบกระจายสี่ตัว ซึ่งพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยซานตาคลารา AVR แต่ละตัวมีไมโครคอนโทรลเลอร์ Atmega 128 และควบคุมระบบย่อยแต่ละระบบบนดาวเทียม (เช่น COM, EPS, GPS และ THR หรือ IMU) AVR เหล่านี้สื่อสารกันผ่านทางบัส I2C

ระบบกำหนดตำแหน่งและทิศทางด้วย GPS นี้ได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นโดยนักวิจัยนักศึกษาจากห้องปฏิบัติการวิจัย GPS ของมหาวิทยาลัยเท็กซัส ระบบนี้ใช้การวัดรหัส GPS รวมถึงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ของเสาอากาศ และการวัด สนามแม่เหล็ก 3 แกนเพื่อให้ได้ค่าประมาณของตำแหน่ง ความเร็ว และทิศทาง ดาวเทียมแต่ละดวงจะมีตัวรับสัญญาณ GPS ORION สำรอง เสาอากาศแบบไขว้คู่ พร้อมฮาร์ดแวร์สำหรับการสลับและแยกสัญญาณ RF

ระบบพลังงานสำหรับดาวเทียมแต่ละดวงประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ 8 แผง กล่องควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VREG) และกล่องแบตเตอรี่ กล่องแบตเตอรี่ทำจากอะลูมิเนียมชุบอะโนไดซ์สีดำและบรรจุแบตเตอรี่ Sanyo N4000-DRL ขนาดD จำนวน 10 ก้อนซึ่งได้รับบริจาคจาก AFRL แผงโซลาร์เซลล์และบอร์ด VREG ได้รับการออกแบบและผลิตขึ้นเองภายในองค์กร บนดาวเทียมแต่ละดวง บอร์ด VREG จะกระจายพลังงานจากตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า VICOR VI-J00 จำนวน 3 ตัว และยังชาร์จแบตเตอรี่ด้วยพลังงานที่เก็บรวบรวมจากแผงโซลาร์เซลล์อีกด้วย

ดาวเทียม FASTRAC มีระบบแยกสองระบบ ซึ่งทั้งสองระบบได้รับการออกแบบและผลิตโดยบริษัท Planetary Systems Corporation (PSC) โดยระบบเหล่านี้จะใช้ในการแยกดาวเทียมที่เรียงซ้อนกันออกจากยานปล่อย และจากนั้นจะแยกดาวเทียมทั้งสองดวงออกจากกันขณะที่อยู่ในวงโคจร ระบบแยกดาวเทียม Lightband ของ PSC ประกอบด้วยวงแหวนแบบสปริงสองวงและกลไกปลดล็อกแบบมอเตอร์

เครื่องขับดันพลาสมาแบบไมโครดิสชาร์จได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสแห่งออสติน เครื่องขับดันนี้จะส่งก๊าซเฉื่อยผ่านหัวฉีดไมโครแชนเนลและให้ความร้อนสูง ทำให้เกิดแรงขับในระดับไมโครนิวตัน โดยใช้ถังคอมโพสิตที่ผลิตขึ้นเป็นพิเศษจาก CTD การทำงานของเครื่องขับดันจะถูกควบคุมโดยอัตโนมัติโดยศูนย์ควบคุมและนำทาง (C&DH) ของยานอวกาศ โดยใช้การวัดทิศทางที่ได้จากระบบกำหนดทิศทาง GPS หลังจากเปิดใช้งานการทำงานของเครื่องขับดันจากภาคพื้นดินแล้ว เครื่องขับดันจะทำงานก็ต่อเมื่อหัวฉีดใดหัวฉีดหนึ่งอยู่ในกรวย 15 องศาของเวกเตอร์ต้านความเร็วเท่านั้น ระบบย่อยเครื่องขับดันนี้มีอยู่เฉพาะในยาน FASTRAC 1 "Sara Lily" เท่านั้น

ในดาวเทียม FASTRAC 2 "Emma" แทนที่จะใช้เครื่องยนต์ขับดัน กลับ ใช้ หน่วยวัดความเฉื่อย (IMU) รุ่น MASIMU01 จาก Micro Aerospace Solutions ในการวัดระยะห่างระหว่างดาวเทียมทั้งสองดวง

ดาวเทียม FASTRAC ส่งและรับข้อมูล (GPS, สุขภาพ ฯลฯ) บนความถี่วิทยุสมัครเล่น ขอแนะนำให้ผู้ใช้งานวิทยุสมัครเล่นทุกคนดาวน์โหลดข้อมูลจากดาวเทียมทั้งสองดวงและอัปโหลดข้อมูลไปยังส่วนผู้ใช้งานวิทยุบนเว็บไซต์ FASTRAC เก็บถาวรเมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน 2010 ที่Wayback Machine ^{[ 9 ]}