Studsat (Cubesat) Uydusu Hazır

Günümüzde özellikle üniversitelerin öğrenci uyduları devasa uydulara nazaran minyatür boyutlarda üretilmekte. Yine de bu, düşük maliyetli misyonlar ile bir uzay aracı geliştirmede ilk deneyim adımlarını oluşturmakta.

Bunlardan biri de Mayıs 2010 ayında uzaya gönderilecek olan küp uydu (Cubesat) standartlarında olan ve Hindistan üniversite öğrencileri tarafından geliştirilen bir uydu olan Studsat (Student Satellite). Proje ilk olarak 2007 yılında “Uluslararası Uzay Kongresi” sırasında başlamış, öğrenciler bu kez uzaktan algılama ve keşif gibi misyonlarda kullanılacak bir kamera sistemini ana yük olarak belirlemişlerdir.

Uydunun misyon ömrü (6) ay olarak belirlenmiş olup, projenin tetkikleri ilk olarak öğrenciler tarafından başlatılmakla birlikte halen çoğunlukla öğrenciler tarafından yürütülmektedir.

Çalışmaların başlaması ile birlikte takım; yavaş yavaş bazı kavramsal tasarımlar geliştirmiş, mali bütçe analizleri yapılmış, farklı okullardaki öğrenciler kendi okulları ile görüşerek sponsorluluk konusunda çalışmalara başlamıştır.

Elde edilen gelişmelerle birlikte küçük uydu projeleri konusunda “Indian Space Research Organization (ISRO)” (Hint Uzay Araştırmaları Organizasyonu) ile de görüşmeler başlatılmıştır. Takım çalışması zamanla (10) farklı teknik kolejden öğrencilerin de katılımı ile (45) kişiye yükselmiş, Nitte Meenakshi Institute of Technology, Bangalore temsilci, Dr. Jharna Majumdar’ı da proje koordinatörü olarak seçmişlerdir.

Uydu Tanımlama:

Studsat; küp uydu standartlarında (10 cm x 10 cm x 13,5 cm), yaklaşık 850 gram ağırlığında ve (1,1) litrelik bir hacme sahiptir. Mayıs 2010 ayında Hindistan’ın Satish Dhawan Uzay Merkezi’nden PSLV-C15 taşıyıcı roketi ile uzaya gönderilmesi planlanan uydu (700) km Güneş-senkronlu dairesel yörüngeye başlatılması amaçlanmıştır.

Uydunun asıl görevi olan “uzaktan algılama” işlevinin (90) metre çözünürlüğe sahip yeryüzü görüntülerinin çekilmesi oluşturacaktır. Uydunun diğer alt sistemleri ise şu şekilde belirlenmiştir.

* İletişim alt sistemi.
* Güç üretim ve dağıtım alt sistemi.
* Tutum belirlenmesi ve kontrol alt sistemi.
* On-board bilgisayar
* Faydalı Yük (Kamera).
* Mekanik Yapı.

Yukarıdaki tüm alt sistemler öğrenciler tarafından mümkün olduğunca yerli olarak tasarlanmıştır. Çalışmalarda kullanılacak olan Uydu Yer Kontrol İstasyonu da uydu ile iletişimi sağlamak ve izlemek için tasarlanmış olup, ilgili donanım Nitte Meenakshi Teknoloji Enstitüsü, Bangalore’de kurulmuştur.

Studsat genel hatları ile ele alınacak olursa, minyatür uydu sistemleri ile öğrencilerin uzaktan algılama ve keşif sistemleri üzerine yapılacak çalışmalarında öncül bir yer teşkil edecek şekilde dizayn edilmiştir. Bununla birlikte aşağıda belirlenen amaçlar da çalışmada yer almıştır.

1. Eğitim kurumlarında uzay teknolojisini ve minyatür uydu araştırma ve geliştirmeyi teşvik etmek,
2. Öğrenciler ve uzay teknolojisinde aynı fikirdeki insanları bir araya getirmek ve tanıtım,
3. Uydu ve yer istasyonu arasında iletişim bağlantı kurma çalışmaları,
4. Daha fazla çözünürlüklü bir arazi kütlesinin iyi tanımlanmış görüntüsünü elde etmek ve diğer uydularla karşılaştırmak,
5. Devletler, başarılı üniversiteler, disiplinler ve bölümler arası işbirliği ile koordinasyon sağlamak,
6. Liderlik vasfının ve öğrenciler arasında bilimsel mizacın geliştirilmesi.

Studsat Konsorsiyumu:

Studsat Konsorsiyumu için Hyderabad ve Bangalore’den (7) kolejin katılımı sağlanmış. Öğrenciler kurdukları ekipler aracılığı ile Studsat projesine sponsorluk desteği sağlamak konusunda kendi aralarında mutabakat sağlamışlardır. Konsorsiyumda halen;

* Nitte Meenakshi Institute of Technology, Bangalore.
* M S Ramaiah Institute of Technology, Bangalore.
* Rashtreeya Vidyalaya College of Engineering, Bangalore.
* B M S Institute of Technology, Bangalore.
* Chaitanya Bharathi Institute of Technology, Hyderabad
* Institute of Aeronautical Engineering, Hyderabad.
* Vignan Institute of Technology & Science, Hyderabad gibi kurum ve kuruluşları bulunmaktadır.

Faydalı Yük (Payload):

Uydu üzerinde bir adet CMOS kamera sistemi bulunmaktadır. Bu kamera sistemi ile Dünyamızın tek renkli (94) metre çözünürlüklü resimlerinin çekilmesi planlanmıştır. Tüm sistemin sağlıklı çalışabilmesi için titreşim, ısıl ve vakum tesleri tamamlanmış olup, ana misyon görevi üslenen kamera sisteminin genel özellikleri şu şekilde belirlenmiştir.

Çözünürlük: 640 (H) x 480 (V)
Piksel Boyutu: 7,5 mikro metre (µm)
Alan : 61.33 (H) x 46.18 (V) Kilometre (Km)
Optik Format: 1.3 İnç
Radyometrik Çözünürlük: 0,8 Bit
Entegrasyon Zamanı: 6,5 Milisaniye (Ms)
Çerçeve Yakalama: 01
Data Yakalama: 2.457 Mega-bit (MB)
Kuantum Verimliliği: 27%

Elektrik Sistemi (EPS): Uydu ve donanımı için gerekli güç güneş panellerinden sağlanmaktadır. Güç bütçesi analizi yapılarak en uygun güç dağıtım mimarisi titizlikle hesaplanmıştır. (%90) verimlilikle çalışması planlanan (80) gramlık bu ünitede voltaj hatları standart olarak (3.3V) ve (5V) şeklinde planlamıştır.

Uydu Yer Kontrol İstasyonu (SGS): Satellite Ground Station (SGS) olarak adlandırılan bu istasyon, uydunun takip ve kontrol işlevleri için hazırlanmıştır.

437.505 MHz. çalışma frekansında downlink sinyali belirlenmiş olup, uydu ile ilk iletişim SGS aracılığı ile başlatılacaktır. Uydu ile yer istasyonu arasındaki bağlantının kurulmasının ardından uydu üzerindeki bilgileri bu aktarmaya başlayacaktır.

Haberleşme için kullanılan protokol (AX.25) standardındadır. Telemetre verilerinin yaklaşık (2) dakikalık süre içerisinde aktarılmasından sonra uydu, yer istasyonundan komut bekleme konumuna geçecektir.

Sistemlerin çalışmasında bir sorun olmadığının görülmesi üzerine, gönderilecek komut doğrultusunda kamera sistemi ile çekmiş olduğu resimleri aktarmaya başlayacaktır.

Haberleşme Sistemi Genel:

Haberleşme sistemi uydu ve yer kontrol istasyonu arasındaki haberleşmeyi sağlayan önemli bölümlerden biridir. Haberleşme sisteminden kastedilen konu “Beacon” (işaretçi) sisteminden farklıdır.

Burada en önemli ayrım noktası haberleşmenin telemetre verisini aktaran beacon vericisi gibi tek yanlı (uydudan yere) değil çift taraflı olmasıdır. Bu sistem sayesinde uydu yer kontrol istasyonundan çeşitli işlevler için uyduya komut da gönderilebilmektedir.

Haberleşme Modu: Her alıcı verici için tek bir anten ile yarım dublex
Veri Hızı: 9600 Bps (Hem Uplink hem de Downlink için)
Dijital Modülasyon Tekniği: Frequency Shift Keying – FSK (Frekans Kaydırmalı Anahtarlama)
Amatör Frekans: 437 MHz. (Uplink ve Downlink için)

Beacon Sistemi:

Haberleşme Modu: Simpleks
Veri Hızı: Uplink ve Downlink için 20 Bps
Dijital Modülasyon Tekniği: ASK – Mors kodu
Amatör Frekans: 437 MHz.

Telemetre mesajının aktarılacağı Mors mesajı (4) bölüme ayrılmıştır. Her bir mesaj süresi (30) saniye olup, tam bir telemetre verisinin aktarılması ortalama (2) dakika sürmektedir.

Mesajı çözümlemek isterseniz şu yolu izleyebilirsiniz. İsterseniz mesajın dört parçasına da açıklık getirelim.

Bölüm 0 ;

Başlık – Boşluk – Uydu ID’si – Boşluk.

Başlık parça numarasını gösterir. Şu anki bölüm için örneğin “0” dır. Bu şekilde telemetreyi yarıda almaya başlasanız da mesajın hangi bölümünü aldığınızı kolayca fark edebilirsiniz.

Boşluktan sonraki Uydu ID’si ise (6) karakterlik alfa-sayısal (yani hem karakter, hem rakam) formda yollanan bilgidir. (Uydunun çağrı işareti olarak da düşünülebilir)

Bölüm 1 ;

Mesajın bu bölümü bazı uydu bilgileri ile pil gerilim değerlerini aktarmaktadır.

İletişim Modu Simplex
Uplink ve Downlink için veri hızı 20bps.
Sayısal modülasyon tekniği ASK Mors Kodu
Amatör frekansı 437MHz.

Başlık – Boşluk – Durum Parametreleri – Boşluk – Pil 1 Voltaj

Yine yukarıdaki sıraya göre önce mesajın hangi bölümüne ait (bu bölüm için değer 1) olduğunu gösteren bölüm numarası, ardından durum parametreleri, bir boşluktan sonra da Pil 1’in voltaj bilgileri aktarılmaktadır. Bu tür durum parametreleri genelde kısaltma ya da “Evet/Hayır/Açık/Kapalı” şeklinde kısaca gösterilerek mesaj aktarım zamanından kazanıldığı için burada da aynı şey uygulanmıştır.

Bu bölüm telemetre verileri sayesinde uydunun önemli bölümlerinin yüklendiği işlevleri yerine getirebilmek adına hazır olup olmadığı kolayca izlenebilir. Durum parametresini izlerken farklı durumlar için şu bilgileri görebilirsiniz.

– Payload ON/OFF (Faydalı Yük Açık/Kapalı)
– EPS ON/OFF (Elektrik Güç Sistemi Açık/Kapalı)
– ADCS ON/OFF (Konum Belirleme ve Kontrol Sistemi Açık/Kapalı)
– Communication ON/OFF (Haberleşme Açık/Kapalı)
– Antenna Deploy. ON/OFF (Anten Açılma Açık/Kapalı)
– Image ready to Tx. Yes/No. (Resim göndermeye hazırlık Evet / Hayır)

Tabiki sizin izleyebileceğiniz gerçek bir mesaj bu kadar uzun olmayacaktır. Yukarıdakiler sadece bilgilendirme amaçlıdır. Gerçek bir mesaj ise şu şekilde gelecek / izlenecektir.

“111010” Buradaki 1 rakamı ON (Açık), 0 rakamı ise OFF (Kapalı) anlamındadır. Bu durumda mesajı yukarıdaki detaylandırmaya uygun olarak açarsak;

1– Payload: ON
1– EPS: ON
1– ADC: ON
0– Communication: OFF
1– Antenna Deploy: ON
0– Image ready to Tx.: NO

Yukarıdaki formatın ardından bir boşluk ve onu takiben de Pil 1’in durum bilgileri (10 bitlik) gelmektedir. Bu kodu da şöyle çözebilirsiniz. V = (-,00939 * ADC) + 9,791 V.

Not: Hemen unutmadan belirteyim. Bu tür uydu telemetre bilgilerinde bazı sistemlerin OFF (Kapalı) olması uyduda her zaman bir sorun olduğu anlamına gelmemektedir.

Bazı sistemler uydu yer kontrol sistemleri tarafından gönderilen komutlarla geçici veya daimi olarak susrutulmuş / kapatılmış da olabilir.

Bölüm 2;

Bu bölüm bobin akımları ve Pil 2’nin gerilim bilgilerini içerir.

Başlık – Boşluk – Bobin Akımı – Boşluk – Pil 2 Voltajı

Yine çözüme başlık numarası (2) ile başlıyoruz. Bir boşluktan sonra bobin bilgileri, ardından bir boşluk ve Pil 2 voltajını izliyoruz. Yollanan Bobin akımı verisi -20mA ile +20mA arasında ve 1mA değerlerde (adımlarla) değişebilir. Veri (6) bit şeklinde yollanmaktadır. Burada -20mA (0) (binary formatta: 000000) ve +20mA ise (40) (binary formatta: 100000) olarak temsil edilmektedir.

Boşluktan sonra ikinci pilin değeri de yine yukarıdaki örnekte olduğu gibi yani (10 bitlik) gelmektedir. V = (-,00939 * ADC) + 9,791 V.

Bölüm 3;

Burada X1, X2, Y1, Y2 ve Z1 panellerinin akım değerleri aktarılmaktadır. Genel sıralaması da aşağıdaki şekildedir.

Başlık-Boşluk-Panel Akım Değeri-Boşluk-RTC

Başlık numarası (3), ardından bir boşluk sonra (10) bitlik değerlerle gönderilen X1, X2, Y1, Y2 ve Z1 akım değerleri gelmektedir.

Hesaplama formülü şu şekildedir. I = ((-0.486*ADC) + 502.524) mA.

Beacon Link Bütçesi:

Verici Çıkış Gücü: 0.01 Watt
In dBW: -20.0 dBW
In dBm: 10.0 dBm
Toplam Aktarım Hattı Kaybı: 2.2 dB
Anten Kazncı: 2.2 dBi
EIRP: -20.1 dBW

Downlink Yolu:

Anten İşaret Kaybı: 0.2 dB
S/C-to-Yer Anteni Polarizasyon Kaybı: 0.1 dB
Yol Kaybı: 139.0 dB
Atmosferik Kayıp: 0.4 dB
Iyonosferik Kayıp: 0.8 dB
Yağmur Kaybı: 0.0 dB
Yer İstasyonu İçin Izotropik Sinyal Seviyesi: -160.6 dBW

Ground Station (EbNo Method):

Yer İstasyonu Anten Pozisyon Kaybı: 0.2 dB
Yer İstasyonu Anten Kazancı: 9.8 dBi
Yer İstasyonu Total Transmission Line Losses: 2.0 dB
Yer İstasyonu Effective Noise Temperature: 520 K
Yer İstasyonu Figure of Merrit (G/T): -19.4 dB/K
G.S. Sinyal-Gürültü Güç Yoğunluğu (S/No): 48.4 dBHz
İstenilen Veri Aktarım Hızı: 10 bps
In dBHz: 10.0 dBHz
Telemetre Sistemi Eb/No (Downlink için) : 38.4 dB
Demodülatör Uygulama Kaybı: 1 dB
Telemetre Sistem Gereksinimi Eb/No: 21 dB
Eb/No Eşik 22 dB
Sistem Link Marjı: 16.4 dB

Studsat : http://www.teamstudsat.com/
ISRO: http://isro.us/

Bu seferki derleme makalemiz biraz uzunca oldu. Özellikle uzun olmasını istedim çünkü bu kez telemetre detay bilgilerine de yer verdik.

Bir çok uydunun haberleşme, beacon, alt sistemler ve telemetre verilerinin çözümü de benzer yapıda olduğu için sonraki yazıların daha kolay anlaşılması adına bunların bir ön bilgi yerine geçebileceğini düşündüm.

Studsat projesinde teknik detaylar ve donanım dışında hoşuma giden bir diğer husus ise organizasyon konusu. Bir çok farklı okulun buna katılım sağlaması, sponsor desteği ve ortak çalışma ortamının sağlanmış olması.

Son Durum:
Taşıyıcı sistemin ikinci kademesinde sonradan fark edilen teknik bir problem nedeniyle fırlatma zamanı Haziran 2010’a ertelendi.