Sterownik do nanosatelitów

Nanosatelity to sztuczne satelity o masie do dziesięciu kilogramów. Najpopularniejszym rodzajem tego typu urządzeń jest CubeSat. – Stanowi określony standard, gdzie rozmiar „1U” definiuje się jako kostkę dziesięć na dziesięć centymetrów. Możemy je skalować do 3U, 6U i dalej. Na 12U zwykle się kończy, bo większe są już za ciężkie – mówi Michał Piwowarczyk.

Nanosatelity są wykorzystywane obrazowaniu rolnictwa (upraw), wsparciu łączności oraz misjach akademickich i naukowych. - Mają znaczącą przewagę nad tradycyjnymi urządzeniami tego typu. Wyobraźmy, że mamy dużego satelitę, który przelatuje nad nami raz na półtorej godziny i robi zdjęcie. Kiedy zamiast jednego wielkiego urządzenia wyślemy kilka nanosatelitów, mogą lecieć w konstelacji fotografując obiekty na Ziemi znacznie częściej – tłumaczy Michał Piwowarczyk.

Tu pojawia się kwestia silników w nanosatelitach, które są potrzebne nie tylko do zmiany orbity urządzenia.

- Jeżeli nie mamy silnika, to jakbyśmy wykupywali wycieczkę w autokarze i gdzie nas plan wycieczki zawiezie, tam jesteśmy. Nie zawsze satelita znajduje się na optymalnej orbicie, nie zawsze jest dokładnie tam, gdzie powinien być. Zyskując silnik, kontrolujemy też czas misji - zawsze możemy ją przerywać i spalić nanosatelitę w atmosferze – wymienia Michał Piwowarczyk.

Do działania silnik satelitarny potrzebuje elektronicznego sterownika, który odpowiada za jego pracę, pomiar kluczowych parametrów, jest też spięty z siecią różnych czujników oraz zawiaduje komunikacją z komputerem pokładowym urządzenia.

- Opracowaliśmy sterownik do napędów z nadtlenkiem wodoru, które dają relatywnie sporą prędkość. W przemyśle kosmicznym nadtlenek wodoru jest wykorzystywany już od dawna, przy czym są to niskie stężenia tego medium, rzędu około 60 proc. Nasz sterownik współpracuje z napędem o bardzo wysokim stężeniu nadtlenku wodoru - 98 proc, co znacznie zwiększa moc silnika – tłumaczy przedstawiciel Instytutu Lotnictwa.

Co ciekawe, wynalazek inżynierów z Warszawy jest już wykorzystywany do sterowania silnikami znajdującymi się na orbicie. – Mowa tu o trzech nanosatelitach 6U należących do Konstelacji Piast. Pracują dla naszego wojska, zostały wystrzelone w kosmos jesienią ubiegłego roku – mówi Michał Piwowarczyk.

Jak podkreśliła Oliwia Czarnocka, rzecznik patentowy, JWP Rzecznicy Patentowi, ochrona patentowa dla tego rozwiązania sformułowana wyłącznie jako urządzenie i obejmuje konfigurację sprzętową sterownika, a nie algorytmy ani oprogramowanie. Jest to świadomy i uzasadniony wybór, ponieważ algorytmy sterowania jako takie nie podlegają ochronie patentowej w Polsce i Europie, natomiast urządzenie, w którym są zaimplementowane, już tak.

- Konsekwencją tego jest to, że ochrona jest egzekwowalna wobec każdego, kto wytworzy, zaimportuje lub użyje fizycznego urządzenia o opisanej strukturze modułowej, niezależnie od tego, jakie oprogramowanie w nim zainstaluje. To praktyczne podejście, właściwe dla produktu hardware'owego przeznaczonego do integracji z satelitą - dodała Czarnocka.

Rzecznik patentowy zaznaczyła, że pod kątem gotowości technologicznej wynalazek plasuje się na poziomie TRL 5–6. Łukasiewicz Instytut Lotnictwa to instytucja z wieloletnią praktyką w integracji systemów awionicznych i kosmicznych, a nie laboratorium akademickie działające wyłącznie na etapie proof-of-concept. Prototyp sterownika został zbudowany i opisany na tyle szczegółowo, włącznie z dokładnymi wymiarami obudowy, specyfikacją laminatu FR-4 z wykończeniem ENIG, konfiguracją złączy Board-to-Board, żeby stanowić podstawę do produkcji.

Kontekst rynkowy jest wyraźnie sprzyjający. Sektor New Space dynamicznie redefiniuje wymagania wobec podsystemów napędowych małych satelitów, rosnące konstelacje platform LEO dla obserwacji Ziemi, IoT i telekomunikacji potrzebują tanich, bezpiecznych i niezawodnych napędów do manewrów orbitalnych. Jednocześnie hydrazyna, czyli dotychczasowy standard dla małych satelitów jest coraz mocniej ograniczana przez regulacje REACH, co tworzy realną presję rynkową na alternatywne materiały pędne. Nadtlenek wodoru odpowiada na tę potrzebę, ponieważ jest dostępny komercyjnie, znacznie bezpieczniejszy w obsłudze i nie wymaga specjalnych zezwoleń na transport. Sterownik z Instytutu Lotnictwa jest rozwiązaniem zaprojektowanym właśnie pod ten materiał pędny, co czyni go komplementarnym elementem szerszego ekosystemu technologicznego, a nie izolowanym produktem - wyjaśniła Oliwia Czarnocka.