UTIAS Space Flight Laboratory świętuje 25 lat udanych misji i projektów satelitarnych

Zespół naukowców z Instytutu Studiów Lotniczych i Kosmicznych Uniwersytetu w Toronto (UTIAS) świętuje 25 lat projektowania zaawansowanych mikro- i nanosatelitów do szerokiego zakresu misji – od zastosowań naukowych po komercyjne i rządowe.

“Nasze laboratorium zajmuje się badaniem technologii eksperymentalnych związanych z rzeczywistymi misjami kosmicznymi” – mówi profesor Roberta ZeeDyrektor Laboratorium Lotów Kosmicznych (SFL).

“mamy wiele satelitów w fazie rozwoju w dowolnym momencie dostarczać innowacyjne statki kosmiczne do nowych i pojawiających się zastosowań na całym świecie”.

SFL stosuje coś, co Zee nazywa modelem „szkolno-szpitalnym”. Takie podejście umożliwia absolwentom pracę jako praktykanci projektujący i budujący tanie satelity 3 do 500 kilogramów wielkości, które są wtedy wprowadzić w życieed na misjach kosmicznych prowadzonych przez sponsorów o krytycznych implikacjach.

Od powstania laboratorium w 1998 r. badacze SFL wystrzelili 69 różnych satelitów klasy mikro i nano, a 27 dodatkowych projektów jest obecnie w fazie rozwoju lub oczekuje na wystrzelenie.

SFL poczyniła również wiele postępów technologicznych i naukowych w ciągu ostatnich 25 lat, w tym budowę pierwszego kanadyjskiego teleskopu kosmicznego, WIĘCEJ mikrosatelity.

na zlecenie Kanadyjska Agencja Kosmiczna i zaprojektowany w Współpraca z Dynaconem53-kilogramowy mikrosatelita MOST był używany do badania oscylacji jasności gwiazd typu słonecznego i był odpowiedzialny za wiele odkryć astronomicznych.

SFL również zbudowany O Gwiazdozbiór BRITE — flota sześciu ekonomicznych nanosatelitów o masie 7 kg. Misja została uruchomiona w 2013 roku dzięki równorzędnemu partnerstwu między Kanadą, Austrią i Polską.

„BRITE to pierwsza na świecie konstelacja astronomii kosmicznej. Prowadził obserwacje naukowe, patrząc na najjaśniejsze gwiazdy, których nie można zobaczyć za pomocą naziemnych teleskopów ze względu na geometrię jasnych gwiazd w kosmosie” – mówi Zee. „Do tej pory napisano ponad 100 artykułów na temat odkryć astronomicznych dokonanych w ramach tej misji”.

Niektóre projekty Zee wykorzystują innowacje w lataniu w formacji – to znaczy koordynację kilku mniejszych satelitów współpracujących ze sobą, aby osiągnąć cele większego, droższego satelity.

Jednym z pierwszych był CanX-4 i CanX-5dwa nanosatelity zbudowane i wystrzelone w 2014 r. dzięki finansowaniu z Kanady ds. Badań i Rozwoju Obrony, Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej, MDA, Ontario Centres of Innovation and Natural Sciences oraz Engineering Research Council, aby zademonstrować tę zdolność przy niskich kosztach.

Zee mówi, że latanie w formacji pozwala na wiele zaawansowanych możliwości wykrywania przy użyciu mniejszych satelitów, od geolokalizacji częstotliwości radiowej po interferometrię obrazową o wysokiej rozdzielczości – podejście pomiarowe, które wykorzystuje interferencje fal, takich jak fale świetlne, radiowe i dźwiękowe. Na przykład floty satelitów mogą zwiększyć efektywną aperturę dla interferometrii przestrzennej poprzez rozproszone wykrywanie na wielu mniejszych satelitach, zamiast używania dużej apertury na jednym dużym satelicie.

„Korzystając z dwóch 7-kilogramowych statków kosmicznych, CanX-4 i CanX-5, zademonstrowaliśmy dokładność lotu w formacji i znajomość pozycji, których wcześniej nie można było osiągnąć za tak niską cenę”, mówi. „Ta innowacja umożliwia osobom dysponującym niewielkim budżetem korzystanie z lotów formacyjnych w ich misjach”.

W ciągu ostatnich trzech dekad SFL zbudowała produktywne relacje z Norweską Agencją Kosmiczną oraz Norweski Instytut Badań Obronnych, który doprowadziło do opracowania i wystrzelenia siedmiu różnych statków kosmicznych do śledzenia statków oceanicznychpokaz technologii i naukitypowa obserwacja. Zespół opracował pierwszego norweskiego satelitę, ISSat-1który został wystrzelony w 2010 roku i działał na niskiej orbicie okołoziemskiej przez 12 lat, wykrywając statki i zbierając wiadomości ze statków morskich.

W kwietniu 2023 roku wyniesiony został kolejny satelita Norweskiej Agencji Kosmicznej, NorSat-TD. Ten 30-kilogramowy statek kosmiczny jest wyposażony w nowy system napędu jonowego, który pozwala precyzyjnie ustawić ładunek dokładniejsze określanie pozycji niż tradycyjny GPS i technologia komunikacji optycznej od deweloperów z całej Europy.

Satelita posiada również system wymiany danych o bardzo wysokiej częstotliwości (VHF), który umożliwia dwukierunkową komunikację ze statkami. Kluczem do działania tego systemu była wszczepialna antena Yagi opracowana przez SFL o wszczepionej objętości większej niż sam satelita.

Technologia odłączanej anteny VHF Yagi w NorSat-TD wyrosła z wcześniejszej współpracy z profesorem Sean Hum (ECE) w celu opracowania podobnego odłączanego VHF Yagi dla mikrosatelity NorSat-2. TAntena VHF Yagi zapewnia niezbędny zysk do dwukierunkowej komunikacji ze statkami.

„Nasz zespół UTIAS wykonał projekt mechaniczny, a profesor Hum projekt elektryczny i częstotliwości radiowej” — mówi Zee. „To była bardzo owocna współpraca, w ramach której mogliśmy wzajemnie wykorzystać swoją wiedzę i badania, aby po raz pierwszy globalnie wdrożyć coś nowego i innowacyjnego w kosmosie”.

Zee wierzy, że ciągły sukces zespołu wynika z konsekwentnego podejścia, które koncentruje się na jego utrzymaniu fundamentalne zasady. Obejmuje to zrozumienie środowiska, w które wchodzą, i opracowanie solidnych, dostosowanych do niego projektów; testowanie na wszystkich poziomach integracji, od poziomu jednostki do poziomu systemu; i otwartość na pracę z wieloma klientami bez odchodzenia od tego, czego nigdy wcześniej nie robiono.

„Zawsze byliśmy otwarci na każdego, kto potrzebuje najnowocześniejszego satelity, który przesuwa granice. Obsługujemy świat — każdą branżę i każde zastosowanie” — mówi Zee.

„Nadal jesteśmy innowacyjni i nie wyspiarscy myśliciele, otwarci na pracę w różnych obszarach zastosowań i chętni do znajdowania nowych sposobów na rozwój. koperta nowych technologii, algorytmów i technik, aby poszerzyć granice kosmosu dla wszystkich”.