Technické informace

Popis webu pozemní komunikační stanice českého satelitu VZLUSAT - díl první

Webové stránky pozemní komunikační stanice satelitu VZLUSAT-1 jsou jednodušší verzí vizuálně podobné počítačové aplikace pro operátory satelitu. Byly původně určeny pouze pro jednotlivé vědecké týmy, které spolupracují na tomto projektu českého technologického satelitu. V průběhu času jsme si však začali uvědomovat potřebu prezentace projektu i pro širší odbornou veřejnost a tak byly stránky uvolněny k veřejnému publikování. Dnes poskytují všem dosud nevídaný a velmi detailní pohled na povelování populárních satelitů třídy CubeSat, pohybujících se na nízkých oběžných drahách Země. Tyto satelity stále bývají mnoha lidmi paušálně přehlíženy a považovány za jakési hračky, nicméně jejich komerční i vědecké využívání je dnes realitou. O tom ale jindy.

Úvod do webu pozemní komunikační stanice

V tomto článku si můžete dohledat výklad alespoň základních pojmů a zkratek, se kterými se na webových stránkách pozemní komunikační stanice setkáte (www.pilsencube.zcu.cz/vzlusat1). Zkratek a termínů je zde skutečně mnoho, ale to je nezbytné pro dostatečné informování členů vědeckého týmu kolem satelitu VZLUSAT-1 nebo našich partnerů v zahraničí. Ostatním zájemcům o náš snad trochu pomůže náš článek v základní orientaci na stránkách.

Webové stránky pozemní řídící stanice satelitu VZLUSAT-1.

Celkově jsou stránky organizovány do jednotlivých tematicky odlišných záložek, každá záložka pak do několika informačních panelů. Úvodní záložka „Comm Info“ informuje o aktuálním stavu povelování satelitu během krátkých přeletů nad komunikační stanicí. Další záložky pak informují například o aktuální pozici satelitu na mapě (Track), o minulých a budoucích přeletech satelitu nad komunikační stanicí na FEL ZČU v Plzni (Pass Info), o stavu stahování a plánu stahování dat z jednotlivých subsystémů satelitu (Stor Info), o základních měřených datech po celou dobu mise satelitu v 1 minutových intervalech (WOD OBC), o informacích pro radioamatéry (Radio amateur), kteří nám v počátcích velmi pomáhali identifikovat parametry dráhy našeho satelitu, a také stručné informace o naší skupině na FEL ZČU (About us), která má na starosti rádiový kontakt se satelitem VZLUSAT-1.

Hlavní záložka webu "COMM Info"

Záložka „COMM Info“ obsahuje základní data z právě probíhající nebo z poslední proběhlé rádiové komunikace mezi pozemní komunikační stanicí na FEL ZČU v Plzni a satelitem VZLUSat-1. Dělí se do několika základních a tematicky odlišných panelů.

Aktuální stav povelování satelitu je možné rozeznat v panelu „Communication state“. Žlutě svítící nápis „Manual commanding mode“ znamená, že v době přeletu nad komunikační stanicí je satelit povelován operátorem ručně, a to příkazy psanými do textové konzole, které přes modem odvysílá radiostanice. Odpovědi satelitu se operátorovi zobrazí zpět na jeho textové konzoli. Žlutě svítící nápis „Automatic commanding mode“ znamená, že je spuštěn software, který na základě naprogramované logiky nahrazuje činnost operátora, příkazy sám odesílá do konzole, odpovědi satelitu vyhodnocuje a zapisuje do databáze. Co se má konkrétně během automatického módu vykonávat, určují operátoři zprostředkovaně přes webové rozhraní se zadávacími formuláři a tlačítky, podobné těmto stránkám.

Pomocí barevného zvýraznění členové týmu nebo veřejnost vidí, v jaké fázi automatického povelování se software nachází (pokus o kontakt, úvodní zjištění stavu systémů satelitu, provedení sekvence nastavených příkazů, přenos datových souborů, ukončení kontaktu se satelitem) a také výsledek těchto jednotlivých fází (úspěch x neúspěch). Zde uvádím význam některých operací během automatického módu:

  • PING – pokus o kontaktování satelitu radiostanicí
  • TIME SYNC – synchronizování hodin reálného času na palubě satelitu na UTC čas
  • OBC WOD – zjištění aktuálních dat o satelitu (teploty, proudy, napětí, počty restartů)
  • DK LIST – stažení aktuální mapy paměti (jaké systémy a nakolik zaplnily své úseky paměti)
  • DK ST – zjištění celkového statutu paměti (procentuální obsazení, chyby)
  • P ST – zjištění statutu jednotlivých plánovačů úloh (spuštěn x vypnut, jejich konfigurace)
  • OBC HK – zjištění aktuálního stavu palubního počítače (teplota, vytížení, počet restartů,…)
  • EPS HK – zjištění aktuálního stavu napájení (napětí solárních článků, proudy, teploty, ochrany)
  • COM HK – zjištění aktuálního stavu satelitního rádia (teploty zesilovače, proudový odběr během vysílání, frekvenční chyba a úroveň přijatého signálu)
  • HM HK – zjištění aktuálního stavu systému proměřujícího vlastnosti kompozitních materiálů
  • XRAY HK – zjištění aktuálního stavu systému rentgenového dalekohledu
  • PLANNER UPL – nahrání časového itineráře spouštění a zastavování jednotlivých měření
  • CMR REQ – odvysílání libovolných příkazů zadaných operátorem do fronty k vykonání
  • FILE DOW – stahování souborů s výsledky měření

Panel „Antenna tower“ zobrazuje každou půlminutu aktualizované snímky motorem polohovaného anténního systému, který natáčením ve dvou osách (azimut a elevace) sleduje satelit během přeletu nad komunikační stanicí. Slouží zejména jako vizuální kontrola stavu anténního systému při vzdáleném provozování komunikační stanice. Natáčení antén je řízeno počítačem na základě predikce polohy satelitu z tzv. TLE (two line elements) parametrů orbitální dráhy, denně aktualizovaných úřadem Norad na základě radarových měření. Tato predikce zároveň slouží i pro počítačem řízené ladění radiostanice, aby správně kompenzovala Dopplerův posun frekvence rádia rychle letícího satelitu.

Nejlépe viditelnou anténou na věži je parabolická anténa o průměru 180 cm osazená ozařovačem v S-band kmitočtovém pásmu (2,1 GHz – 2,6 GHz), nicméně tato anténa se nepoužívá ke komunikaci se satelitem VZLUSAT-1, který je v jiném  kmitočtovém pásmu (437 MHz). Pro satelit VZLUSAT-1 je určena jedna ze dvou směrových Yagi antén, umístěných na bočních ramenech pod parabolickou anténou (v obrázku na webu hůře pozorovatelné kvůli tenkým prvkům antén).

Panel „Satellite position and nearest pass info“ informuje o aktuální poloze satelitu (zeměpisná délka a šířka), o čase začátku (AoS) a konce (LoS) přeletu satelitu nad komunikační stanicí, o maximální elevaci satelitu dosažené při aktuálním přeletu a o době trvání přeletu satelitu v dosahu stanice. Elevace satelitu během jeho přeletu nad stanicí je poměrně důležitý údaj, protože čím je satelit ve vyšší elevaci, tím se zkracuje komunikační vzdálenost a komunikace může být obecně spolehlivější. Při nízkých přeletech (elevace pod 10°) se nedá očekávat příliš stabilní rádiové spojení se satelitem. 

Všechny časy zde uváděné, stejně jako na zbytku webu, jsou psány v mezinárodním UTC čase kvůli zjednodušení řízení pozemní stanice a předávání dat do centra mezinárodního projektu QB50. Místní čas je v závislosti na zimním nebo letním času oproti UTC posunut o 1 nebo 2h.

Panel „Last received OBC WOD“ obsahuje základní parametry z celého satelitu sledované palubním počítačem satelitu (napětí baterie, proudy baterie a napájecí sběrnice, teploty rádia, baterie a zdroje, počet resetů počítače) a na jejichž aktuální hodnotu se dotazujeme na začátku rádiové komunikace i v jejím průběhu. Je to základní ochrana, abychom v komunikaci nepokračovali, kdyby byla příliš vybitá baterie satelitu nebo se například přehříval vysílač satelitu.

Panel „Last received OBC HK“ obsahuje základní informace o počítači satelitu, aktuálně vyžádané dotazem z pozemní stanice. Parametr Mode obsahuje číslo identifikující režim satelitu (normální, energeticky kritický, spouštění a testování systémů,…), parametr Tasks je počet procesů spuštěných v počítači satelitu, CpuL je vytížení procesoru, Uptime doba od posledního resetu, T1 a T2 teploty měřené na desce počítače, BootC je celkový počet resetů.

Panel „Next download requests“ zobrazuje tabulku požadavků na stahování různých úseků dat z paměti satelitu, které se budou vykonávat při nejbližším rádiovém kontaktu. Čísla Host a Port odkazují na určitý segment paměti vyčleněný určitému systému satelitu nebo funkci satelitu. Host 1 Port 34 tak například znamená úsek paměti pro OBC WOD data, která jsou každou minutu měřena a ukládána. Parametry „Chunk from“ a „Chunk to“ již odkazují na pozice konkrétních balíčků dat v paměti v rámci daného Host-Portu. Tyto požadavky na stahování může operátor zadávat do databáze nebo mohou být generovány automaticky na základě stažené mapy paměti (DK List). 

Panel „Next upload requests“ zobrazuje tabulku požadavků na nahrání určitých souborů do paměti satelitu, které se budou vykonány při nejbližším rádiovém kontaktu se satelitem. Nahrávat se mohou různé kalibrační soubory pro senzory, nové verze softwarů, ale hlavně tzv. soubor „Planner“, který umožňuje definovat, kdy a jaká měření se mají na satelitu spustit nebo zastavit a jak často se mají výsledky měření ukládat.

Panel „Next arbitrary commands“ zobrazuje tabulku příkazů k odvysílání na satelit. Do této tabulky může operátor zadat jakýkoliv příkaz, stejně jako při manuálním povelování satelitu přes textovou konzoli. Příkazy jsou odvysílány jeden po druhém s nastavitelnou prodlevou mezi sebou a odpovědi satelitu zaznamenány do databáze.

Panel „Communication state console“ zobrazuje kontrolní výpisy softwaru automatického řízení komunikace se satelitem. Jsou zde uvedeny jednotlivé kroky realizované při povelování satelitu a jejich výsledek. Na každém začátku a konci rádiové komunikace se objevují stavy „Fail“, protože rádiové spojení se satelitem v nízké elevaci (při východu nad horizont i při západu za horizont) je nespolehlivé. Uprostřed rádiové komunikace bychom rádi viděli samé stavy Ok, nicméně ani to není jisté, neboť rádiové spojení se může přerušit i vlivem vlastní rotace satelitu a odvrácení jeho antén nebo rušením přijímače satelitu jiným blízkým satelitem.

Panel „DK List“ obsahuje pro operátory satelitu důležitou mapu paměti, kterou si vyžádáme na začátku každého rádiového kontaktu se satelitem. Mapa obsahuje, které části paměti byly plněny novými daty a kolik nových balíčků dat bylo měřením v satelitu vytvořeno. Na základě této mapy paměti a v databázi uložených požadavků na stahování dat a výsledků jejich provedení provádí počítač pozemní stanice tzv. segmentaci paměti. To znamená, že vytvoří výpis, které úseky dat jsou již staženy, které jsou naplánovány ke stažení, které dosud nejsou naplánovány ke stažení nebo jejichž stažení se nepovedlo. Tato segmentace paměti satelitu je pak zobrazena v záložce „Stor Info“.

 

Ve druhém díle článku popíši zbylé záložky webu.