Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”
UNISAT SATELLITESF. Graziani, F. Santoni, F. Piergentili,
M. Agostinelli, M. L. Battagliere, F. Bulgarelli, M. Ronzitti, M. Sgubini
SCUOLA DI INGEGNERIA AEROSPAZIALEUNIVERSITA’ DI ROMA “LA SAPIENZA”
FUNDAMENTAL PHYSICS IN SPACE WITH SMALL PAYLOADS (FPS-06)Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
March 21-23, 2006
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Contents
•The UNISAT program aimsThe UNISAT program aims
•Spacecraft design, manufacturing, Spacecraft design, manufacturing, testing, launch, operationstesting, launch, operations
•Results of UNISAT-3 at 21 months from launchResults of UNISAT-3 at 21 months from launch
•UNISAT- 4 scheduled for launch in June 2006UNISAT- 4 scheduled for launch in June 2006
•Examples of technological and scientific Examples of technological and scientific payloadspayloads
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Small Satellites for Space Education
•Practical Training of Whole Cycle of Space Development
– Mission conceptualization, satellite design, fabrication, ground test, modification launch and operation
– Know what is important and what is not.•Importance for Engineering Education– Synthesis (Not Analysis) of an effective system– Feedbacks from the real world to evaluate design, test, etc.•Education of Project Management– Four Managements: time, human resources, cost and risk– Team work, conflict resolution– Effective discussion, documentation– International cooperation, negotiation, mutual understanding
Department of Aeronautics and Astronautics University of Tokyo
Shinichi Nakasuka
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Small Satellites for Space Research
•Reduction of space mission cost using
Commercial Off The Shelf (COTS) components
•Reduction of time from space mission concept to launch
(typical time required: 2 years)
•Technology: test in orbit of state of the art technology
•Science: small scientific payloads
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UNISAT program microsatellites
UnisatSeptember 26, 2000
Unisat-2 December 20, 2002
Unisat-3June 29, 2004
Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”
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UNISAT-3 - SheetMissionMission Microsatellite Weight 10 kg Microsatellite Weight 10 kg
Circular Orbit Circular Orbit
(Sunsynchronous , 750 km height)(Sunsynchronous , 750 km height)
StructureStructure Geometry: octagonal prism Geometry: octagonal prism
(150mm side; 250mm height)(150mm side; 250mm height) Materials: Al + Al-Al sandwichMaterials: Al + Al-Al sandwich
AttitudeAttitude Passive magnetic Passive magnetic
PowerPower - Si and triple-junction - Si and triple-junction
solar cells solar cells
- NiCd Batteries- NiCd Batteries
TLCTLC VHF (145 MHz) uplink; VHF (145 MHz) uplink;
UHF (436 MHz) downlink; 9600 bps;UHF (436 MHz) downlink; 9600 bps;
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Passive magnetic attitude stabilizationPassive magnetic attitude stabilization
A permanent magnet installed A permanent magnet installed on the satellite follows the Earth on the satellite follows the Earth magnetic field lines magnetic field lines
Accuracy on the order of 10° Accuracy on the order of 10°
Low costLow cost
No software developmentNo software development
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UNISAT-3 block diagram
CPU
MODEM+HDLC Protocol
Transmitter UHF
Receiver VHF
Antenna
RS-2329600 bps
Payloads
Telemetry
Communication
Tone Decoder
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UNISAT-3 UNISAT-3 electronic boardselectronic boards
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UNISAT - 3 Terrestrial Si Solar Arrays UNISAT - 3 Terrestrial Si Solar Arrays
Lateral solar panels
Upper solar panel
Terrestrial Si solar cell
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Low Grade 3J (21%) and Low Grade 3J (21%) and Space Qualified Si (15%) Solar Arrays Space Qualified Si (15%) Solar Arrays
Si Solar Array manufactured by Kiev Polytechnic InstituteTriple junction Solar Array
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Vibration Test (OCI, Roma)Vibration Test (OCI, Roma)
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Vibration test (Dnepropetrovsk)Vibration test (Dnepropetrovsk)
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Separation test (Dnepropetrovsk)Separation test (Dnepropetrovsk)
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Integration on the DNEPR Integration on the DNEPR launcher (Baikonour)launcher (Baikonour)
UNISAT-3 launch team
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UNISAT-3 LaunchUNISAT-3 Launch
Launched from Baikonour using DNEPR LV on 29th June 2004
Sunsynchronous Orbit
Inclination: 98°
Altitude: 710-780 km
Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”
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DNEPR LV Launch siteDNEPR LV Launch site
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San Pietro in Vincoli (SPIV) Ground Station
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Ground Station Operation Automation
Remote operation Internet connection by authorized users Remote operation Internet connection by authorized users (2hr/day in remote location) (2hr/day in remote location)
Full automatic operation, as programmed by the operator, Full automatic operation, as programmed by the operator, about 10 min/weekabout 10 min/week
UNISAT-3 operation required one operator at the ground station UNISAT-3 operation required one operator at the ground station 2hr/day at fixed times (sat in view)2hr/day at fixed times (sat in view)
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UNISAT-3 Real time Telemetry
• 3 solar array currents
• 3 solar array voltages
• 3 solar array temperatures
• 3-axes magnetometer measures
• Load and Battery currents
• Battery Voltage
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UNISAT-3 Telemetry Data (2 July 2004)UNISAT-3 Telemetry Data (2 July 2004)
0 100 200 300 400 500 600 700 800-10
-8
-6
-4
-2
0
2temperature 2/7/2004 11:22 - rosso pan sup, blu pan 8, nero pan inf
tempo (secondi)
grad
i cen
tigra
di
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
2
4
6
8
10
12
14tensioni 2/7/2004 11:22 - rosso Batt, verde pan 2, blu pan 8, nero pan 12, cyan Vpantot
tempo (secondi)
Vol
t
0 100 200 300 400 500 600 700 800-0.23
-0.225
-0.22
-0.215
-0.21
-0.205campo magnetico 2/7/2004 11:22 - rosso Bx, blu By, nero Bz
tempo (secondi)
Gau
ss
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
0.5
1
1.5
2
2.5
correnti 2/7/2004 11:22 - rosso I to batt, verde pan 2, blu pan 8, nero pan 12, cyan Iload
tempo (secondi)
Am
pere
Magnetometer Data
Temperature Data
Current Data
Voltage Data
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UNISAT-3 Solar array test results (1)UNISAT-3 Solar array test results (1)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Space qualified Si solar array maximum currents
days from launch
sola
r ar
ray
curr
ent
(A)
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UNISAT-3 Solar array test results (2)UNISAT-3 Solar array test results (2)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Terrestrial Si solar array maximum currents
days from launch
sola
r ar
ray
curr
ent
(A)
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UNISAT-3 Solar array test results (3)UNISAT-3 Solar array test results (3)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7 Low grade 3J solar array maximum currents
days from launch
sola
r ar
ray
curr
ent
(A)
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UNISAT-4UNISAT-4 MissionMission Microsatellite Weight 10 kg Microsatellite Weight 10 kg
Circular Orbit Circular Orbit (Sunsynchronous , 750 km height)(Sunsynchronous , 750 km height)
StructureStructure Geometry: octagonal prism Geometry: octagonal prism (150mm side; 250mm height)(150mm side; 250mm height)
Materials: Al + Al-Al sandwichMaterials: Al + Al-Al sandwichAttitudeAttitude Passive magnetic Passive magneticPowerPower - Si and GaAs triple-junction solar cells - Si and GaAs triple-junction solar cells
- NiCd Batteries- NiCd BatteriesTLCTLC VHF (145 MHz) uplink; VHF (145 MHz) uplink;
UHF (436 MHz) downlink; 9600 bps;UHF (436 MHz) downlink; 9600 bps;
PayloadsPayloads Langmuir Probe (CNR, IFSI)Langmuir Probe (CNR, IFSI)
2 2 COTS Camera with different resolutionCOTS Camera with different resolution
Navigation experiment (GPS)Navigation experiment (GPS)
SIRDARIA SIRDARIA (Spacecraft Integrated Re-entry Device Aero-Resistant, Increasing (Spacecraft Integrated Re-entry Device Aero-Resistant, Increasing Area)Area)
MPPT (maximum Peak Power Tracking)MPPT (maximum Peak Power Tracking)
COTS MagnetometersCOTS Magnetometers
GAUSS integrated Triple Junction Solar arraysGAUSS integrated Triple Junction Solar arrays
UNISAT-3UNISAT-3
Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”
TPS: Triple Probe SystemTPS: Triple Probe System
Ionized particles densities are evaluated by voltages and currents among three electrodes exposed to the space plasma
Probes Circuit
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2 COTS cameras with different resolution2 COTS cameras with different resolution
Industrial applications cameraIndustrial applications camera
Differrent resolution by appropriate Differrent resolution by appropriate COTS opticsCOTS optics
User programmable by simple User programmable by simple “High level” visual programming “High level” visual programming block diagram environmentblock diagram environment
6x6 cm size6x6 cm size
50g weight50g weight
1.5W power1.5W power
FOV and approximate ground resolution at 500 km heightFOV and approximate ground resolution at 500 km height
F 2,5 mm:F 2,5 mm: FOV 84.6° image size 1000km resolution 1.4 kmFOV 84.6° image size 1000km resolution 1.4 km
F 6 mm:F 6 mm: FOV 36,8° image size 300km resolution 0.5 kmFOV 36,8° image size 300km resolution 0.5 km
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GPS receiverGPS receiver
ChannelsChannels 1212
Position accuracy Position accuracy 5m5m
Velocity accuracy Velocity accuracy 0.05m/s0.05m/s
Cold Start Cold Start 120sec (typ)120sec (typ)
Serial Interface Serial Interface 19200 bps19200 bps
Temperature Temperature -30° / 70°C-30° / 70°C
Size Size 46x71x13 46x71x13 mmmm
Weight Weight 22g22g
Power Power 0.5W0.5W
NMEA or binary output formatNMEA or binary output format
Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”
SIRDARIASIRDARIASpacecraft Integrated Re-entry Device Aero-Resistant, Increasing AreaSpacecraft Integrated Re-entry Device Aero-Resistant, Increasing Area
Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”
COTS Fluxgate magnetometerCOTS Fluxgate magnetometer
Temperature -25 : 70 °CTemperature -25 : 70 °C
Weight 50 gWeight 50 g
Power 200mWPower 200mW
Size 12x2.5 cmSize 12x2.5 cm
Serial interfaceSerial interface
Accuracy 5nTAccuracy 5nT
Alignment 0.2°Alignment 0.2°
Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”Gruppo di Astrodinamica dell’Università degli Studi “la Sapienza”
A)
MPPT (Maximum Peak Power Point MPPT (Maximum Peak Power Point Tracking)Tracking)
Efficiency between 80% and 90% , depending on the working voltageEfficiency between 80% and 90% , depending on the working voltage
Can recover damages of one or more solar cells in the solar arrayCan recover damages of one or more solar cells in the solar array
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