Связь с космосом — Студенческий Центр управления полетами
В 2006 году в МГТУ им. Н.Э. Баумана был создан Центр управления полетами малых космических аппаратов и Центр приема данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Это уникальный студенческий ЦУП, который открыт для бауманцев с любых факультетов и кафедр. Именно отсюда ведется наблюдение за спутниками, которые были запущены студентами в сентябре этого года.
ЦУП оснащён 4-мя антеннами, две из которых позволяют принимать космические снимки, а две другие — служебную информацию со спутников и передавать на борт управляющие команды с рабочих мест операторов. Студенты осуществляют управление в автоматизированном режиме; при необходимости возможен также переход на ручное управление.
Студенческий ЦУП работает с реальными задачами. В их числе: наблюдение Земли из космоса, мониторинг космического пространства, изучение космической погоды, проведение научных и технологических экспериментов в космосе и др. А также в Центре происходит информационный обмен Земля-спутник и спутник-Земля.
Студенческий ЦУП — часть Молодежно-космического центра (МКЦ) МГТУ, который предназначен как для работы над специальными проектами, так и для учебного процесса. Здесь проходят лабораторные работы для студентов с профильных кафедр, а также занятия со школьниками в рамках программы «Шаг в будущее».
Сегодня мы расскажем подробнее о Центре и его актуальных проектах.
Функционирование бауманского ЦУПа
ЦУП функционирует на базе наземного радиотехнического комплекса дистанционного обслуживания космического аппарата (НРТК) «ДОКА-Н». Он состоит из антенно-фидерных устройств, блока поворотных приводов, 2-х трансиверов IC-910 и персонального компьютера.
Каналы радиосвязи малых космических аппаратов (МКА) с наземным комплексом управления (НКУ) организуются в двух диапазонах частот −145 и 435 МГц, выделенных международными регламентами для ведения любительской радиосвязи, причем, в каждом диапазоне — в двух направлениях: на передачу и на прием.
Это позволяет как получать информацию со спутников, так и передавать им различные целевые задачи.
Приемная и передающая аппаратура борта и Земли строится по схеме трансивера — когда работа радиопередатчика исключает работу радиоприемника данного диапазона частот.
В пределах каждого диапазона могут быть организованы связи в режиме двустороннего симплекса (дуплекс с переключением), а при использовании разных диапазонов частот в режиме полного дуплекса. Для организации связи с учетом нештатных ситуаций используется по три частоты в каждом диапазоне: основная, вспомогательная и резервная.
В каждом диапазоне частот используется одна общая антенна, работающая или на прием, или на передачу. Переключение режима работы антенн производится в каждом трансивере (145 и 435 МГц) посредством электронных ключей.
Возможный среднесуточный объем информации определяется скоростью передачи с борта космического аппарата, а также количеством и географией размещения используемых наземных приемных станций и может достигать нескольких Гбит.
Если объем необходимо значительно увеличить, то потребуется дооборудование МКА специализированной высокоинформативной радиолинией сброса исследовательской информации, интегрированной с унифицированными наземными приемными станциями типа УниСкан и ПОЛЮС.
После получения данных приемной станицей, информация автоматически передается на приемник, который расположен в самом ЦУП. С приемника, в свою очередь, информация передается на компьютеры Центра, после чего данные обрабатываются различными программами и при необходимости — выводятся на большие экраны, для дальнейшего обсуждения полученных результатов.
Наземные приемные станции. Они же — антенны.
Прямо на крыше корпуса факультета «Специальное машиностроение» установлены наземные приемные станции, проще говоря — антенны, о возможностях работы которых говорились выше. Благодаря ним осуществляется связь со спутниками. Наблюдать за ними и управлять студенты могут прямо из ЦУПа, потому что на крыше установлены камеры, которые в режиме реального времени передают изображение на экраны компьютеров Центра.
Представленная на фото ниже антенна типа «волновой канал» работает на частоте 135–435 МГц. Она служит для приема и передачи телеметрии. Сигнал принимают «усики» антенны, каждый из которых соответствует кратности частоты длины волны, на которую он настроен. Их количество зависит от особенностей отражения волн, что позволяет в итоге усилить сигнал.
Угол направленности такой антенны составляет 30 градусов, что позволяет «захватывать» больший обзор для соединения связи со спутниками. Коэффициент усиления таких антенн — 10–15 дБ.
Антенны другого типа позволяют принимать со спутников больший объем информации. Диаметр антенны «ПОЛЮС» — 3,8 м, а антенны фирмы «УниСКАН — 24» — 2,4 м. Благодаря специальной программе «Orbitron» возможно управление обеими антеннами и получение информации о положении разных спутников в разные промежутки времени.
Антенны такого типа работают на частотах — 8 ГГц. А высокие показатели частоты работы позволяют получать информацию на более высоких скоростях.
Принцип работы антенны заключается в том, что все падающие волны принимаются параболической плоскостью, после чего отражаются в точку фокуса, где расположен облучатель.
Угол направленности такой антенны — 1,3 градуса, то есть для считывания информации со спутников с такой антенной, необходимо четко знать, по какой траектории летит спутник. Коэффициент усиления таких антенн — 47 дБ. Их используют в ЦУПе для приема информации ДЗЗ.
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ)
Для повышения функциональных возможностей ЦУП в его составе развернут Центр приема космической информации дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) на базе наземных станций.
Центр ДЗЗ был создан для получения полноценных научных данных в области изучения Земли из космоса с использованием перспективных приборов и методов. Кроме этого, тут проходит обучение студентов навыкам оперативного приёма спутниковых данных и обработки снимков земной поверхности, получаемых с различных космических аппаратов ДЗЗ — Aqua, NOAA, Terra и других. На лабораторных работах студенты профильных кафедр (СМ1, СМ2, СМ3) самостоятельно принимают информацию и обрабатывают ее для дальнейших научных исследований.
На образовательной площадке Центра ДЗЗ проводятся тематические занятия для учащихся профильных школ: лекции по тематике космического мониторинга, мастер-классы и различные практикумы. Школьники присутствуют на сеансе связи с реальными спутниками ДЗЗ, участвуют в приеме космических снимков и предварительной их обработке.
За все время существования МКЦ, студентами было спроектировано 3 спутника для решения задач ДЗЗ: Бауманец-1, Бауманец-2 и Бауманец-3.
Работа таких спутников также может отслеживаться из студенческого ЦУПа. Оборудование Центра позволяет демонстрировать некую черно-белую картинку. Она выглядит таким образом из-за того, что передает большое количество избыточной информации. Изображение появляется и обновляется в режиме реального времени. На экран постоянно выводится новая информация со скана поверхности Земли.
На следующем этапе изображение анализируется. Получив информацию о разных составляющих, компьютер обрабатывает данные, оставляя лишь необходимые фильтры и настройки. В итоге, получается совершенно иное цветное изображение, показывающее конкретные результаты исследований и определенные особенности. Это может быть: изучение подводного мира, получение данных о состоянии лесного массива, выявление полезных ископаемых на поверхности. Т.е Центр ДЗЗ позволяет бауманцам получать настоящие данные о Земле из космоса и учиться на реальных задачах.
Одна из таких задач — исследовать ледовую обстановку: в зависимости от погоды на Северном морском пути лед схватывается по-разному, и есть некоторые территории, которые выгоднее обходить с разных сторон (севернее или южнее). ДЗЗ позволяет выбрать для каравана кораблей наиболее подходящий маршрут.
Недавно технологию ДЗЗ применили в процессе решения ситуации с экологической обстановкой на Камчатке. Несмотря на облачность, были получены космические радиолокационные изображения для проведения дальнейшей экспертизы. Они используются как карты распределения загрязнений для той или иной акватории моря, что помогает специалистам в работе.
Изображение с сайта roscosmos.ru
В следующей статье мы расскажем вам о Бауманских спутниках «Ярило-1» и «Ярило-2», которые были успешно выведены в космос 28 сентября с космодрома «Плесецк» Госкорпорацией «Роскосмос» по программе «УниверCат» на ракете-носителе «Союз-2.1 б» в качестве попутной нагрузки. Оставайтесь с нами и не пропускайте новые интересные материалы!
