Набор полезных нагрузок для конструктора «ОрбиКрафт 3D» (Анализатор спектра, Лазерный дальномер, Солнечная панель)

Анализатор спектра

На сегодняшний день одной из важнейших миссий спутников является дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ). Космические аппараты позволяют нам следить за сельскохозяйственными угодьями, производить мониторинг лесного покрова, предотвращать лесные пожары и многое другое.

В России эту задачу выполняют множество космических аппаратов: часть из них занимаются мониторингом территорий (аппараты серий “Ресур-П”, “Канопус-В” и “Канопус-В-Ик”), а другие контролируют гидрометеорологическую обстановку (“Метеор-М” и “Электро-Л”). Они позволяют нам следить за сельскохозяйственными угодьями, производить мониторинг лесного покрова, предотвращать лесные пожары и многое другое. У компании Спутникс также есть свой аппарат, выполняющий миссию ДЗЗ – ОрбиКрафт-Зоркий.

Анализатор спектра позволяет нам также осуществлять миссию ДЗЗ: например, определять тип поверхности. В конструкторе используется Датчик цвета на основе TCS34725FN для Arduino:

Сенсор состоит из 16 фильтровых фотодиодов (4 имеют красные фильтры, 4 имеют зеленые фильтры, 4 имеют синие фильтры, 4 не имеют фильтры (прозрачные)) и 16-битных аналогово-цифровых преобразователей. С помощью датчика вы можете детектировать цветность окружающего света или цвет объектов.

Датчик распознает 4 цвета: красный, зеленый, синий и белый. Для начала датчику задаются средние типовые значения каждой поверхности (эти значения измеряются для каждой из 4-х зон). После этого сканируется поверхность глобуса и определенные датчиком значения рельефа выводятся в Web-интерфейс через передачу от Arduino в Raspberry через CAN-шину. Для корректной работы анализатора спектра программа также должна осуществлять стабилизацию ориентации. По полученным показаниям датчика из этих четырех значений можно построить изображение по полосам, соответствующее сканированной поверхности, написав программу в среде программирования Python с использованием библиотеки matplotlib.

Лазерный дальномер

Лазерная спутниковая дальнометрия используется уже полвека для определения расстояния между космическим аппаратом (КА) и наземной станцией, а также для составления цифровых трехмерных карт рельефа Земли и других планет.

Лазерный дальномер представляет собой лазер, дающий очень короткий импульс, измеряемый нано и пикосекундами. И хотя энергия импульса мала 0.1-0.05 джоулей, мощность излучения колоссальна порядка 250 мегаватт и более. Принцип работы осуществляется следующим образом: с наземной станции посылаются ультракороткие импульсы в направлении КА, оснащенного специальными оптическими отражателями, затем на этой же станции принимается отраженный сигнал. Это метод определения дальности действия путем наведения на объект или поверхность лазера и измерения времени, за которое отраженный свет возвращается к приемнику.

Для корректной работы ЛД и получения данных необходимо самостоятельно изготовить рельеф и установить его на глобусе. Например, вы можете напечатать 3D-модель своего рельефа или вырезать ее из пенопласта. При пролете спутника лазер сканирует поверхность планеты и выводить все данные в Web-интерфейс. При изменении расстояния до планеты данные также будут меняться, это можно увидеть с помощью графика в Houston Application, который является инверсией высоты рельефа над поверхностью глобуса.

Солнечные панели

Сегодня солнечные панели (СП) являются одним из самых надежных вариантов обеспечения космического аппарата (КА) энергией. Почти все КА используют электроэнергию, получаемую от автономных аккумуляторов или СП. Спутник Орбикрафт не исключение.

Солнечная батарея преобразует свет в электрический ток. Arduino считывает эти значения и выводит мощность, генерируемую солнечной панелью, через ЖК-дисплей. На основании этих значений, используя солнечные датчики, можно соориентировать КА для разворота на солнце, чтобы подзарядить аппарат.