ファストラック

ファストラック
名前FASTRAC 1 (「サラ・リリー」) FASTRAC 2 (「エマ」)
ミッションタイプ技術デモンストレーションアマチュア無線
オペレーターテキサス大学オースティン校
コスパーID2010-062Fと2010-062M
SATCAT番号37227と37380
宇宙船の特性
メーカーテキサス大学オースティン校
打ち上げ質量合計: 58 kg (127 ポンド) [ 1 ]
ミッション開始
発売日2010 年 11 月 20 日、01:21 UTC [ 2 ] ( 2010-11-20UTC01:21 ) 
ロケットミノタウロスIVフライト3
発射場コディアック発射施設
請負業者軌道科学
ミッション終了
廃棄廃止[ 3 ]
軌道パラメータ
参照システム地心説
政権低地
近地点高度641キロ
遠地点高度652キロ
傾斜72°

推力、相対航法、姿勢制御およびクロスリンクを備えた編隊自律宇宙船（またはFASTRACまたはOSCAR 69 [ 4 ] ）は、テキサス大学オースティン校の学生が開発および構築した一対のナノ衛星（それぞれSara-LilyおよびEmmaと命名）である。このプロジェクトは、手頃な価格の宇宙技術の開発をリードすることを目標とする空軍研究所（AFRL）がスポンサーとなっているプログラムの一部である。FASTRACミッションは、特に編隊での複数の衛星の運用を容易にする技術を調査する。これらの実現技術には、相対航法、クロスリンク通信、姿勢決定、および推力が含まれる。質量を軌道に乗せるコストが高いため、宇宙船全体の重量を小型化する強い取り組みがある。大型の単一衛星の代わりに衛星の編隊を利用すると、単一点障害のリスクが軽減され、低コストのハードウェアの使用が可能になる。

2005年1月、テキサス大学は、他の12の大学が参加した助成金ベースの競争であるUniversity Nanosat-3プログラムで優勝しました。 [ 5 ]優勝者として、FASTRACは衛星を宇宙に打ち上げる機会を得ました。学生主導のチームは、プロジェクトの競争部分に対してAFRLから10万ドル、実装フェーズに対してさらに10万ドルを受け取りました。FASTRACは、軌道上リアルタイム相対航法、単一GPSアンテナを使用した軌道上リアルタイム姿勢決定、およびマイクロ放電プラズマスラスタを搭載した、学生が開発した初の衛星ミッションです。

FASTRACは、2010年11月19日にアラスカ州コディアックのコディアック発射施設からミノタウルスIVロケットで打ち上げられました。[ 6 ]衛星の分離と相互リンク通信は正常に実行されました。[ 7 ]

FASTRACは、米国空軍研究所大学ナノ衛星プログラムの下で開発され、 2006年に宇宙実験審査委員会の優先宇宙船実験リストで32位にランクされました。この宇宙船は、全地球測位システム相対ナビゲーションとマイクロチャージスラスタの性能を実証することが期待されていました。

オペレーション

メインミッションシーケンスは、6 つの異なるフェーズで構成されます。

  • 打ち上げ
  • 車両の分離
  • 初期取得
  • GPS コントローラー相対ナビゲーション
  • 搭載型単一アンテナGPS姿勢決定およびマイクロ放電プラズマスラスタの動作
  • アマチュア無線運用

第一段階では、2機の超小型衛星が、アラスカ州コディアックのコディアック発射施設（KLC）から国防総省宇宙試験プログラムSTP-S26ミッションによって打ち上げられます。ミノタウルスIVロケットによって、高度650km、傾斜角72度の円形低地球周回軌道に投入されます。当初、2機の超小型衛星は積層された状態で搭載されます。ロケットが目的の軌道に到達すると、衛星は打ち上げ機から電源供給を受け、最終的に打ち上げ機から分離されます。

第3フェーズは、2機の超小型衛星がロケットから放出された時点で開始されます。このフェーズでは、衛星は30分間のチェックアウトと初期化プロセスを実施します。この期間の後、衛星は各衛星の状態を判断するのに役立つテレメトリ情報を含むビーコンメッセージの送信を開始します。このフェーズ中、地上局は衛星との最初の交信を試み、搭載されているすべてのサブシステムが正常に動作していることを確認するためのチェックアウト手順を実行します。このチェックアウト手順は、地上局との通信時間に応じて数時間から数日かかると予想されます。オペレーターが衛星の状態に満足すると、地上から衛星に分離命令が送られ、ミッションの第3フェーズが完了します。

衛星の分離に成功すると、第4フェーズの開始を告げる主要ミッションが開始されます。まず、衛星は自律的にクロスリンクを確立します。つまり、UHF / VHF帯を介して相互通信を行います。その後、衛星はこのクロスリンクを介してGPSデータを交換し、軌道上のリアルタイム相対航法ソリューションを計算します。[ 8 ]

第5フェーズでは、地上からのコマンドによりマイクロ放電プラズマスラスタを起動します。スラスタは、推進ベクトルが反速度ベクトルの15度以内にある場合に自律的に作動します。スラスタの動作は、軌道上のリアルタイム単一アンテナGPS姿勢決定ソリューションに依存します。このフェーズ終了後、地上局からのコマンドによりFASTRAC 1のスラスタは停止されます。

ミッションの最終段階は、地上から衛星の通信アーキテクチャが自動パケット通信システム（APRS）ネットワークと連携するように再構成された時点で開始されます。これにより、世界中のアマチュア無線ユーザーが衛星を利用できるようになります。地上局と衛星との通信が完全に途絶えた時点でミッションは終了し、衛星は受動的に軌道から離脱し、大気圏で燃え尽きます。FASTRACチームは、ミッション目標の達成には6ヶ月かかると見積もっています。

FASTRACミッションフェーズ
FASTRAC運用コンセプト

サブシステム

構造

FASTRAC衛星の構造は六角形のアイソグリッド設計で、2枚のチタン製アダプタープレート、アルミニウム6061 T-6サイドパネル、インサート付きの中空外側柱6本、および内側柱6本で構成されています。2機の超小型衛星の質量は、すべてのコンポーネントを含めて約127ポンド（約63kg）です。

通信アーキテクチャ

通信アーキテクチャは、 PCSat2で運用されているシステムに基づいています。FASTRACの実装は、受信機2台、送信機1台、ターミナルノードコントローラ（TNC）、送信中継ボード、受信機中継ボードで構成されています。FASTRAC 1「Sara Lily」では、Hamtronics社のR-100 VHF受信機2台とTA-451 UHF送信機1台が使用されています。FASTRAC 2「Emma」では、Hamtronics社のR-451 UHF受信機2台とTA-51 VHF送信機1台が使用されています。TNCはKantronics社のKPC-9612+です。送信機と受信機中継ボードはどちらも社内で設計・製造されました。

コマンドとデータの処理

コマンド＆データ処理（C&DH）システムは、サンタクララ大学によって開発された4つの分散型AVRで構成されています。各AVRはAtmega 128マイクロコントローラを搭載し、衛星上の個々のサブシステム（COM、EPS、GPS、THRまたはIMUなど）を制御します。AVRはI2Cバスを介して相互に通信します。

GPSサブシステム

GPS位置・姿勢決定システムは、テキサス大学GPS研究所の学生研究者によって設計・構築されました。このシステムは、GPSコード測定値に加え、アンテナの信号対雑音比（SNR）、および3軸磁力計測定値を用いて、位置、速度、姿勢を推定します。各衛星には、冗長構成のORION GPS受信機、RFスイッチング・分岐ハードウェアを備えたクロスストラップ式デュアルアンテナが搭載されます。

電力システム

各衛星の電源システムは、8枚のソーラーパネル、VREGボックス、そしてバッテリーボックスで構成されています。バッテリーボックスは黒色アルマイト処理されたアルミニウム製で、AFRLから提供されたSanyo N4000-DRL単1電池10個を収納します。ソーラーパネルとVREGボードはいずれも自社設計・製造です。各衛星において、VREGボードは3つのVICOR VI-J00電圧レギュレータからの電力を分配するとともに、ソーラーパネルから集電した電力でバッテリーを充電します。

分離システム

FASTRAC衛星には2つの分離システムがあり、どちらもPlanetary Systems Corporation（PSC）によって設計・製造されています。これらのシステムは、積み重ねられた状態の衛星を打ち上げロケットから分離し、その後、軌道上で2つの衛星を分離するために使用されます。PSCライトバンド分離システムは、2つのバネ式リングと電動解放機構で構成されています。

マイクロ放電プラズマスラスタ

マイクロ放電プラズマスラスタは、テキサス大学オースティン校で設計・製造されました。このスラスタは、マイクロチャネルノズルを通して不活性ガスを導き、過熱することで、マイクロニュートンレベルの推力を生成します。CTD社製の特注複合材タンクを使用しています。スラスタの操作は、GPS姿勢決定システムによって提供される姿勢測定データに基づき、宇宙船C&DHによって自動化されます。地上からスラスタの操作が可能になった後、スラスタは2つのノズルのうち1つが反速度ベクトルから15度以内にある場合にのみ作動します。このスラスタサブシステムは、FASTRAC 1「サラ・リリー」にのみ搭載されています。

慣性計測装置（IMU）

FASTRAC 2「Emma」では、スラスタの代わりに、 Micro Aerospace Solutions の慣性計測装置(IMU) MASIMU01 を使用して 2 つの衛星の間隔を測定します。

アマチュア無線参加

FASTRAC衛星は、アマチュア無線周波数でデータ（GPS、健康情報など）を送受信します。すべてのアマチュア無線家は、いずれかの衛星からデータをダウンリンクし、FASTRACウェブサイトの無線オペレーターセクション（ Wayback Machineに2010年11月23日アーカイブ）にアップロードすることが推奨されています。[ 9 ]

動作周波数

FASTRAC 1「サラ・リリー」FASTRAC 2「エマ」
ダウンリンク437.345 MHz FM145.825 MHz FM
ビーコン437.345 MHz AX.25 1200 AFSK145.825 MHz AX.25 1200 AFSK
アップリンク（1200ボー）145.980 MHz FM435.025 MHz FM
アップリンク（9600ボー）145.825 MHz FM437.345 MHz FM

参考文献

  1. ^ 「FASTRAC: プレスキット 2010」(PDF)テキサス大学オースティン校。 2012年3月14日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  2. ^ Muñoz, Sebastián; et al. (2011). FASTRACミッション：運用概要と予備実験結果. 第25回AIAA/USU小型衛星会議. 2011年8月9日. ユタ州ローガン.https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2011/all2011/24/も参照してください。
  3. ^ 「過去のミッション」テキサス宇宙船研究所、テキサス大学オースティン校。 2019年10月24日閲覧。
  4. ^ 「FASTRAC 1, 2 (Nanosat 3 / FO 69, 70 / FASTRAC-OSCAR 69, 70)」 . Gunter's Space Page . 2025年12月23日閲覧。
  5. ^ 「FASTRACプロジェクト概要」テキサス大学オースティン校、2010年11月2日。2010年11月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年11月8日閲覧。
  6. ^ Muñoz, Sebastian (2010年11月2日). 「FASTRACニュースアーカイブ」 . テキサス大学オースティン校. 2010年11月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年11月8日閲覧。
  7. ^テキサス大学の学生が主導する、衛星を周回させ通信を行う初の学生開発ミッション、テキサス大学オースティン校のプレスリリース、2011年3月24日。
  8. ^ Smith, A., Muñoz, S., Hagen, E., Johnson, GP, & Lightsey, EG (2008年8月)「FASTRAC衛星：ソフトウェアの実装とテスト」(PDF) 。2010年12月26日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。第22回USU/AIAA小型衛星会議、ユタ州ローガン、SSC08-XII-4。
  9. ^ 「FASTRACメディアキット」(PDF)。2011年7月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2010年11月8日閲覧。

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