Stiinta.info

Mulţumim următoarelor situri pentru promovarea reciproca:

 

În articolele precedente din ciclul dedicat sateliÅ£ilor artificiali ai Pământului, care au fost publicate în StiintaAzi.ro ÅŸi Åžtiinţă.info, am prezentat aspecte legate de utilizarea sateliÅ£ilor artificiali în telefonia globală, televiziune, transmisii de date, poziÅ£ionare globală, meteorologie, imagerie , teledetecÅ£ie sau explorarea spaÅ£iului cosmic îndepărtat. În general, această categorie de sataliÅ£i sunt platforme spaÅ£iale complexe, dotate cu zeci de senzori ÅŸi antene, posibilităţi de prelucrare, stocare sau retransmisie a unor mari cantităţi de date. Implicit, dimensiunile lor sunt mari, au masa de sute sau mii de kilograme ÅŸi cheltuielile aferente construirii lor ÅŸi plasării pe orbite circumterestre sunt foarte mari. Din această cauza, numărul statelor sau organismelor internaÅ£ionale care au tehnologia ÅŸi fondurile necesare construcÅ£iei ÅŸi exploatării acestor sateliÅ£i este foarte mic. Dar inteligenÅ£a umană se află într-o continuă competiÅ£ie cu tehnologiile pe care ea însăşi le crează. Această competiÅ£ie este unul din principalii factori gneratori de progres tehnologic. În cele ce urmează va voi prezenÅ£a un episod din această competiÅ£ie, în care inteligenÅ£a a depăşit din nou tehnologia, dezvoltând o categorie de sateliÅ£i artificiali foarte versatili ÅŸi având dimensiuni foarte mici: nanosatelitii.

 

Asemenea unui organism viu, un satelit artificial are nevoie de un minim de funcÅ£ii active: să poată primi ÅŸi transmite informaÅ£ii; să poată capta ÅŸi să poată utiliza în mod util energia captată iar în caz de defecÅ£iune majoră sau funcÅ£ionare sub standarde acceptabile, să poată transmite altor unităţi similare sarcinile pe care le are de îndeplinit. Acest concept de “minimă investiÅ£ie în funcÅ£ionalitate” a dat roade în ultimii ani ÅŸi, asemeni organismelor unicelulare sau a microprocesoarelor larg utilizate în tehnologiile de vârf, au apărut elemante noi în peisajul cosmic: nanosateliÅ£ii.
Nanosatelitul poate fi considerat echivalentul celulei biologice, element structural de bază al unui sistem complex. Conform celor arătate în paragraful anterior, el trebuie să asigure câteva funcÅ£ii primare: de interconectare cu sisteme similare sau mai complexe, de minimă procesare a informaÅ£iilor, de captare a energiei necesare funcÅ£ionării ÅŸi de transfer a sarcinilor în caz de defecÅ£iune sau funcÅ£ionare sub standarde acceptabile.
NanosateliÅ£ii au dotări similare cu sateliÅ£ii de dimensiuni mai mari: panouri solare; receptoare, emiţătoare ÅŸi sistemele de antene aferente comunicaÅ£iilor radio; echipamente destinate orientării ÅŸi modificării poziÅ£iei satelitului în raport cu Pământul; calculator de bord; sisteme de procesare ÅŸi stocare a informaÅ£iilor ÅŸi senzori necesari îndeplinirii sarcinilor satabilite în cadrul misiunii. Dar toate acestea, la scară mică, astfel încât să funcÅ£ioneze într-un cub cu latura de 10 cm. (in foto: macheta cubesatului romanesc Goliat fotografiata de Paul Dolea la Salonul cercetarii-2009)

NanosateliÅ£ii sunt proiectaÅ£i ÅŸi dezvolati în aÅŸa fel încât să se reducă continuu costurile aferente construcÅ£iei lor. De aceea se încearcă crearea unei platforme standard pe care să se poată amplasa, în funcÅ£ie de necesităţi, alte echipamente: camere foto în cazul sateliÅ£ilor destinaÅ£i supravegherii suprafeÅ£ei Pământului în vizibil, infraroÅŸu sau ultraviolet; spectrometre de masă, gravimetre, magnetometre sau detectoare de radiaÅ£ii în cazul nanosateliÅ£ilor destinaÅ£i cercetării ÅŸtiinÅ£ifice; senzori specializaÅ£i, în funcÅ£ie de destinaÅ£ia lor, în cazul nanosateliÅ£ilor militari.
Astfel de nanosateliÅ£i specializaÅ£i pot fi utilizaÅ£i pentru crearea unor sisteme complexe. Se pot cupla mecanic ÅŸi electric, ca într-un joc de “lego” spaÅ£ial, mai mulÅ£i nanosateliÅ£i. Se poate obÅ£ine astfel o structură de rang superior, cu costuri mici ÅŸi foarte versatilă. Iar pentru a reduce probabilitatea de scoatere din funcÅ£iune a unui astfel de sistem complex, nanosateliÅ£ii pot fi plasaÅ£i pe orbită în formaÅ£ie de zbor strâns, cu posibilităţi de intrconectare radio directă ÅŸi de schimb direct de informaÅ£ii, astfel încât, dacă unul este scos din funcÅ£iune, sarcinile lui sunt preluate de ceilalÅ£i nanosateliti din formaÅ£ie.

Dimensiunile reduse ale nanosateliÅ£ilor limitează posibilităţile de captare a energiei solare ÅŸi, implicit, a puterii emiţătorilor radio necesari comunicării cu bazele de operare aflate la sol. De aceea, recepÅ£ia la sol se face cu antene cât mai directive, cu câÅŸtig mare ÅŸi posibilităţi de orientare rapidă către orice punct de pe cer. NanosateliÅ£ii fac parte din categoria LEO (Low Earth Orbit) iar timpul de trecere deasupra orizontului în raport cu punctul în care se află staÅ£ia sol este de ordinul minutelor. Iar ca să se realizeze legătura radio în acest interval scurt de timp, se fac calcule predictive referitoare la traiectoria aparentă în raport cu staÅ£ia sol, la fiecare trecere, ÅŸi se determină continuu perturbaÅ£iile orbitei datorate neuniformităţilor câmpului gravitaÅ£ional terestru sau a altor factori perturbatori. Aceste staÅ£ii sunt ÅŸi ele într-un proces continuu de perfecÅ£ionare, încercând să se obÅ£ină cele mai bune soluÅ£ii necesare unor legături radio stabile.

Vedere partiala a statiei sol pentru comunicare cu nanosateliti, de la Marisel-Romania, dezvoltata de firma BITNET din Cluj. Foto (si nu numai...) Paul Dolea

Exploaterea spaÅ£iului extraatmosferic prin utilizarea nanosateliÅ£ilor se poate face cu costuri relativ mici, fiind accesibilă ÅŸi statelor sau organismelor ce alocă bugete reduse activităţilor spaÅ£iale. Prin interconectarea nanosateliÅ£ilor pe orbită se pot obÅ£ine structuri flexibile ÅŸi foarte versatile. În cazul defectării unui element constituent, funcÅ£iile lui pot fi preluate de celelalte elemente, nefiind afectată funcÅ£ionalitatea ansamblului. Åži nu în ultimul rând ca importantă, aceÅŸti nanosateliti sunt greu de detectat ÅŸi prin urmare, greu de distrus. Aceste importante avantaje motivează interesul marilor agenÅ£ii aeronautice pentru micii sateliÅ£i.

Paul Dolea
Cluj-Napoca, 12 decembrie 2009

Comentarii

Adauga un comentariu

• December 15, 2009, 11:15 pm - Bad

  Multumesc de raspuns. Din articol deduc ca va ocupati in mod direct de comunicatii cu sateliti (nanosateliti). Sunt curios, daca pe sateliti folositi cativa mW, la sol ce putere se foloseste pentru uplink? Antenele de pe sateliti (din poze nu reusesc sa-mi dau seama) sunt omnidirectionale sau unidirectionale? Daca sunt omni, ce caracteristici au? lambda/4, 5lambda/8...etc.

  
  
• December 15, 2009, 7:44 pm - Paul Dolea

  Nu se fac corectii ale orbitelor, nanosatelitii au resurse minime de energie si isi controleaza cel mult atitudinea, de obicei cu un sistem giroscopic pe trei axe si folosindu-se de principiul de conservare a momentului cinetic. Modificarea orbitei datorita perturbatiilor, poate intrerupe legatura radio atunci cand se folosesc frecvente de mai multi GHz si antene foarte directive. De aceea, la fiecare trecere ar trebui determinati parametrii reali ai orbitei pentru ca predictia traiectoriei pentru urmatoarea trecere sa fie cat mai aproape de adevar.

  
  
• December 14, 2009, 9:30 pm - Bad

  Frumos articol. Am o curiozitate insa, corectiile pe orbita a nanosatelitilor cum se face?