CubeSat – Meet the ADCS Sub-team

Το AcubeSAT είναι έτοιμο να αφήσει τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και να ξεκινήσει το μεγάλο ταξίδι του γύρω από τη γη. Ωχ όχι, μια δυσλειτουργία στον εκτοξευτή έκανε το cubesat να περιστρέφεται με υπερβολικά μεγάλη ταχύτητα. Είναι το AcubeSAT καταδικασμένο; Ήρθε κι όλας το τέλος της αποστολής του;
Όχι. Το ADCS είναι εδώ. Ο ρόλος του είναι όχι μόνο να σταθεροποιήσει τη γωνιακή ταχύτητα του δορυφόρου κατά τη διάρκεια του de–tumbling mode, αλλά και να προβλέψει τον προσανατολισμό του και να παρέχει ακριβή έλεγχο της συμπεριφοράς του κατά τη διάρκεια όλης της αποστολής. Λαμβάνοντας υπόψιν το μέγεθος ενός cubesat, όπως επίσης και τους περιορισμούς σε βάρος, κατανάλωση ενέργειας και budget, η επιλογή και η συναρμολόγηση των υλικών γίνεται πραγματικά δύσκολη.
 

Αλλά γιατί χρειαζόμαστε να έχουμε τόσο ακριβή έλεγχο της συμπεριφοράς του cubesat; Η «συμπεριφορά» (attitude) του δορυφόρου θα πρέπει να σταθεροποιηθεί και να ελεγχθεί σύμφωνα με κάποιες προδιαγραφές, που υπαγορεύονται από άλλα υποσυστήματα. Ας υποθέσουμε ότι η κεραία του δορυφόρου απαιτείται να «βλέπει» τον σταθμό στο έδαφος με μικρή απόκλιση στη γωνία, έτσι ώστε τα αποτελέσματα του πειράματος να στέλνονται άμεσα πίσω στη γη: είναι δουλειά του ADCS να σιγουρευτεί ότι η σωστή πλευρά του δορυφόρου θα κοιτάει τη γη με τη σωστή γωνία, τη σωστή στιγμή. Ας μη ξεχνάμε ότι κάθε δευτερόλεπτο μεταφοράς δεδομένων, κάθε λεπτό φόρτισης των φωτοβολταϊκών μετράει· δεν είναι μόνο θέμα ακριβούς προσανατολισμού, είναι και θέμα timing!
Αλλά στ’ αλήθεια, πώς το ADCS τα καταφέρνει όλα αυτά; Ας αποκωδικοποιήσουμε το όνομά του: Attitude Determination and Control System. Συλλέγοντας δεδομένα από διάφορους αισθητήρες και συγκρίνοντάς το με διαφορετικά μοντέλα, το ADCS εκτιμά τον προσανατολισμό του δορυφόρου σε σχέση με ένα αδρανειακό σύστημα αναφοράς (το Earth-centered inertial (ECI) για παράδειγμα). Με άλλα λόγια, ο δορυφόρος πρέπει να απαντήσει πρώτα στην ερώτηση «Πού είμαι;», έτσι ώστε να μπορεί μετά να απαντήσει στην ερώτηση «Πού θέλω να πάω;».  Εδώ μπαίνει και το κομμάτι ελέγχου (control) του υποσυστήματος. Χρησιμοποιώντας Θεωρία Ελέγχου και Kalman Filters, μπορούμε να ελέγξουμε τους actuators του cubesat, και να αλλάξουμε τον προσανατολισμό του σύμφωνα με τις ανάγκες άλλων υποσυστημάτων (ακριβές «pointing» της κεραίας στον σταθμό εδάφους, πετυχαίνοντας ταχύτερη και πιο αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων κτλ.).

Οι κύριοι actuators που θα χρησιμοποιηθούν ονομάζονται magnetorquers (βλέπε φωτογραφία), στην ουσία είναι ηλεκτρομαγνητικά πηνία· δημιουργούν μαγνητικά δίπολα που, αλληλεπιδρώντας με το μαγνητικό πεδίο της γης, δίνουν τις κατάλληλες ροπές(δράση-αντίδραση) για να περιστραφεί ο δορυφόρος. Όσον αφορά τους αισθητήρες, οι sun sensors μας δίνουν πληροφορίες σχετικά με τη θέση του ηλίου, τα magnetometers μετρούν το μαγνητικό πεδίο της γης σε κάθε θέση του δορυφόρου, το GPS μας παρέχει τιμές υψομέτρου, γεωγραφικού πλάτους και μήκους, ενώ το γυροσκόπιο παρατηρεί αλλαγές στη σχετική γωνιακή ταχύτητα

Η υποομάδα του ADCS αποτελείται από 4 μέλη: την Ανθή, τον Γιάννη, τον Ιάσονα και τον Νίκο. Όλοι τους είναι προπτυχιακοί φοιτητές στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Έχοντας ήδη αποφασίσει το είδος των αισθητήρων και actuators που θα χρησιμοποιηθούν, η υποομάδα αντιμετωπίζει τώρα το πρόβλημα της μοντελοποίησης των μηχανικών εξαρτημάτων χρησιμοποιώντας λογισμικό (συμπεριλαμβανομένου του MATLAB και του Simulink). Μετά από αυτό, τα προβλήματα του Data Fusion και του Kalman Filtering θα μπουν στην «εξίσωση».