Eesti Tudengisatelliidi Sihtasutus alustas 2025 aastal, paralleelselt meie Strateegiliste Uuenduste Testimis Satelliidi (SUTS) arendusega, tööd projekti kallal nimega KuupSatelliidi juhtmoodul. Juhtmooduli eesmärk on olla tehnoloogia demonstratsioon tulevase ESTCube-3 kuupsatelliidi peal. Juhtmoodul on mõeldud olema satelliidi peamine juhtimisüksus, koordineerides kõiki alamsüsteeme ja võimaldades suhtlust Maa peal olevate sidejaamadega. Meeskond seadis omale arenduse alguses selgelt piiritletud eesmärgid:
1. Süsteem peab toimima kosmoseaparaadi keskse käsu- ja andmehaldussüsteemina.
2. Süsteem peab pakkuma konfigureeritavat platvormi lühiajalisteks orbiidil toimuvateks tarkvarapõhisteks demonstratsioonideks.
3. Süsteem peab rakendama küberturvalisuse meetmeid pardal oleva andmete ja sidesüsteemide kaitsmiseks.
4. Süsteem peab suutma käitada kosmoseaparaadi autonoomia suurendamiseks tehisintellekti algoritme, et tuvastada pardal tekkivaid anomaaliaid ja tõrkeid.
5. Süsteem peab sisaldama tarkvaralist raadiot sidepidamiseks Maaga.
6. Süsteem peab mõõtudelt ühilduma nano- ja mikrosatelliitide standarditega.
7. Süsteem peab olema suuteline kosmoses töötama vähemalt viis aastat 550 km kõrgusel päikesesünkroonsel orbiidil.
Lisaks projekti eesmärkidele loodi ka kolm kasutusjuhtu, mis illustreerivad juhtmooduliga kõige sagedamini läbi viidavaid toiminguid.
Esimene kasutusjuht - Satelliidi juhtimine
Juhtmoodul peab toimima kuupsatelliidi keskse käsu- ja andmehaldussüsteemina, ning suutma jooksutada lennutarkvara raadiosidevõimelise süsteemikiibi (RFSoC) kahel töötlussüsteemil. RFSoC sisaldab reaalajalist protsessorit ajamite juhtimiseks ja rakendusprotsessorit kõrgema taseme loogikaks nagu missiooni haldamine ja koordineerimine. Juhtmoodul tervikuna vastutab telekäskluste vastuvõtmise, valideerimise, satelliidi režiimide haldamise, alamsüsteemide koordineerimise, telemeetria kogumise ning rikete tuvastamise, isoleerimise ja taastamise (FDIR) strateegiate jõustamise eest.
Juhtmoodulit on ka võimalus kasutada RFSoC programmeeritava loogika jaotuses tarkvaralise raadiot (SDR). SDR võimaldab telemeetria ja telekäskluste edastamist riistvarakiirendusega, ilma, et pardal peaks olema eraldiseisvat kommunikatsioonisüsteemi moodulit. Juhtmooduli disain võimaldab reaalajafunktsioonide operatiivset juhtimist ja deterministlikku ajastust, pakkudes samal ajal paindlikkust arenevate missioonipõhiste probleemide lahendamiseks kasutades erinevaid sideprotokolle SDR-i kaudu.
Teine kasutusjuht - Skriptide jooksmine
Juhtmoodul peab toetama lihtsasti ümberkonfigureeritavat ja ümberprogrammeeritavat tarkvarakeskkonda, mis suudab käivitada mitmesuguseid tarkvarapõhiseid katseid. Keskkond on spetsiaalselt loodud lennutarkvara valideerimise, kontrolli ja uute süsteemide testimise jaoks. Testitavate süsteemide ja funktsioonide hulka kuuluvad: küberturvalisus, autonoomsed operatsioonid ja tehisintellekt, andmeanalüüs, uued sideprotokollid ning nende väljatöötamine ja arendus.
Juhtmoodul pakub orbiidil keskkonda tarkvara demonstratsioonideks, et tulevikus oleks võimalik edasi arendada autonoomseid satelliidisüsteeme. Spetsiifiliselt pakub juhtmoodul võimalust läbi viia demonstratsioone uute algoritmidega, mida ei ole võimalik riskide tõttu tavapäraste ja kulukate missioonide peal katsetada. Ohtlikes olukordades või koodis paikneva vea korral ühendab juhtmooduli ohutustarkvara skriptimismootori ülejäänud platvormist lahti, taastades tavapärase tööolukorra.
Kolmas kasutusjuht - Tarkvara põhine raadio
Juhtmooduli tarkvaraline raadio (SDR) pakub kuupsatelliidile paindlikku ja suure jõudlusega sidekanalit, kasutades ära RFSoCis asuvat programmeeritavat loogikat. SDR hõlmab endas modemit ja raadiosagedusliku signaali töötlemise ahelat, võimaldades signaalide moduleerimist, demoduleerimist, veaparandusprotokollide kasutamist, filtreerimist ja andmete jagamist sidepakettideks, võimaldades usaldusväärset sidet erinevate missioonispetsiifiliste protokollide ja andmeedastuskiiruste juures.
SDR töötab juhtmooduli püsivara juhtimise all, mis planeerib sideseansse, haldab andmevoogu ja jälgib sidesüsteemi toimumist. Modemi rakendamisega ümberkonfigureeritavas loogikas võimaldab SDRis kohandada modulatsiooniskeeme, kodeerimiskiirusi ja muuta ribalaiust, samal ajal kui riistvaraline kiirendus minimeerib latentsust ja energiatarbimist. See võimaldab sidesüsteemi sõltumatut arendamist, testimist ja rikete kõrvaldamist, säilitades samal ajal tiheda integratsiooni reaalajalise- ja rakendustuumaga selgelt defineeritud juhtimis- ja andmeliidese kaudu.
Alamsüsteemi kaugemaks eesmärgiks on toetada ka transponderi funktsionaalsust, mis võimaldab kuupsatelliidil reageerida kauguse ja Doppleri nihke mõõtmiste käskudele. See võimaldab täpselt määrata kuupsatelliidi kaugust ja kiirust Maa suhtes, toetades satelliidi asukoha määramist kosmoses. Selline funktsionaalsus on eriti kasulik Maa-lähedase orbiidi (LEO) missioonidel, kus on vaja kiiret orbiidi jälgimist, ning Kuu- või süvakosmosemissioonidel, kus täpsed kauguse ja kiiruse mõõtmised on navigatsiooni ja trajektoori korrigeerimise jaoks kriitilise tähtsusega.
Arenduse ajatelg
Juhtmooduli arendus on jagatud etappideks A, B, C ja D ning selle üldine ajakava järgib ESTCube-3 satelliidi arenduse ajakava, kuna mõlemat arendatakse paralleelselt.
Praegu on juhtmooduli arendusmeeskond eelprojekteerimise faasis, kus meeskond uurib erinevaid lähenemisviise probleemide lahendamiseks ja loob esialgse plaani. See tähendab, et uuritakse erinevaid riistvarakomponente ja lahendusi koos füüsiliste disainimudelitega, et kaaluda erinevaid valikuid ning nende sobivust. Otsused, mida meeskond peab tegema on: millist operatsioonisüsteemi kasutada, milliseid komponente kas ise ehitada või osta, uurida erinevaid tootmis- ja kontrollimismeetodeid, et tagada lõpptoote vastavus arenduse alguses seatud nõuetele.
Jäta vastus