L’11 novembre, alle 13:49 EDT, abbiamo osservato con entusiasmo l’HERON Mk dei sistemi spaziali dell’Università di Toronto Aerospace Team (UTAT). Il satellite II è decollato dalla base spaziale di Vandenberg in California, a bordo di un razzo Falcon 9 per la missione SpaceX Transporter-9.
Come missione di condivisione del volo nello spazio, il Transporter-9 ha consegnato l’HERON Mk. II – insieme ad altri 89 piccoli satelliti – in orbita a circa 540 chilometri sopra la superficie terrestre. Segnando il culmine di quasi un decennio di lavoro da parte dei nostri colleghi studenti ingegneri dei sistemi spaziali, la storia dell’HERON Mk. Il percorso di II verso la rampa di lancio è fatto di dedizione e perseveranza.
A proposito della squadra
Insomma, noi dell’UTAT siamo un team composto principalmente da studenti di ingegneria che progettano e costruiscono piccoli satelliti conosciuti come CubeSats. Per piccolo intendiamo che non è più grande di una pagnotta e pesa solo pochi chilogrammi!
Formato nel 2014 da un gruppo di studenti universitari, il nostro team è aperto agli appassionati di satellite di ogni provenienza, dai primi studenti delle scuole superiori agli studenti laureati desiderosi di condividere esperienze.
Per molti di noi, UTAT Space Systems è diventato parte integrante della vita universitaria, dando vita a molte fruttuose carriere e amicizie. Essendo attivi nel team da diversi anni, possiamo sicuramente attestare il valore che questo team ha aggiunto ai nostri studi universitari. Siamo entrambi membri del team: Benjamin Nero, direttore della missione HERON Mk. II e Rosalind Liang, direttrice 2022-2023 dei sistemi spaziali UTAT.
Ma basta parlare di noi. Siamo qui per raccontarvi la storia dell’HERON Mk. in secondo luogo.
Dove tutto è iniziato
Agli albori, molto prima che esistessimo, il team Space Systems era piccolo ma guidato da una visione condivisa di inviare un giorno un satellite nello spazio. Il primo satellite del nostro team, HERON Mk. I – abbreviazione di Human Experiment Relay On Nanosatellite – era un CubeSat sviluppato dal 2014 al 2016. Il team lo ha progettato per la terza edizione della Canadian Satellite Design Challenge (CDSC), una competizione in cui gli studenti universitari di tutto il Canada sono invitati a progettare, costruire e testare i propri CubeSat.
Il principale modulo scientifico o tecnologico a bordo di un satellite è noto come carico utile. Airone MK. Ho ospitato una piattaforma di carico utile che misura il modo in cui l’orbita terrestre bassa (LEO) influisce sull’espressione genetica e sulla resistenza ai farmaci candida albicans – Un ceppo di lievito potenzialmente dannoso che si trova comunemente nel microbioma intestinale umano. I risultati di studi precedenti lo indicano C. Ovaia In risposta a tale ambiente potrebbe emergere una maggiore resistenza ai farmaci, che potrebbe avere implicazioni negative per il volo spaziale a lungo termine.
Per vari motivi, il terzo CDSC non si è concluso con un’opportunità di lancio per la squadra, quindi l’HERON Mk. Ero in pensione. Armati di preziose lezioni, UTAT Space Systems iniziò presto a lavorare sulla seconda iterazione del suo veicolo spaziale, HERON Mk. II, per il quarto ciclo CSDC dal 2016 al 2018. Al suo avvio, l’HERON Mk. Vivo allo stesso modo C. Ovaia Il carico utile è lo stesso di prima.
Decollare
Mentre Heron M.K. Non destinato al lancio, eravamo determinati a vedere una futura versione di HERON volare nello spazio. Tuttavia, anche se la passione e la spinta c’erano, i finanziamenti non c’erano. Le missioni spaziali, anche i CubeSats a basso costo, sono oscenamente costose e il costo stimato per l’invio di un HERON Mk. II all’orbita terrestre bassa, tenendo conto dei materiali, dei test e dei costi di lancio, circa $ 400.000.
Alla fine, i nostri predecessori alla UTAT Space Systems cercarono di raccogliere fondi attraverso una tassa studentesca che avrebbe addebitato agli studenti $ 2,77 a semestre, che avremmo dovuto rinnovare ogni due anni. Il processo di rinnovo della tassa si compone di due fasi principali: presentazione di un’istanza e presentazione di una tassa. Alla fine, abbiamo approvato la tassa nelle elezioni dell’Unione studentesca dell’Università di Toronto del 2017 e UTAT Space Systems si è assicurata il finanziamento.
Anche se eravamo un passo più vicini al raggiungimento dello spazio, questo era solo il primo di molti ostacoli che avremmo dovuto affrontare negli anni a venire. Negli anni successivi alla campagna fiscale e alla conclusione del 4° CSDC, il nostro team si è concentrato sul miglioramento del design dell’HERON Mk. II e la sua preparazione per lo spazio.
Nel 2018, UTAT Space Systems ha firmato un contratto con Spaceflight, una società di servizi di lancio con sede a Seattle specializzata nella sicurezza dei lanci di piccoli satelliti. Nel gennaio 2020, il nostro team ha completato il “soft stack” del veicolo spaziale, il che significava un test per eseguire l’assemblaggio finale del satellite senza incollare alcun bullone in posizione.
Dopo il softstack, nel febbraio 2020 il nostro team ha completato un test in una camera a vuoto termico (TVAC) presso MDA, una società aerospaziale con sede a Brampton, che prevedeva l’esposizione del satellite a un ciclo di vuoto e temperatura che simulava le condizioni spaziali per vedere se l’HERON Mk. II può sopravvivere all’ambiente termico dello spazio.
Dopo i test TVAC, il nostro team si stava preparando per l’assemblaggio finale dell’HERON Mk. La seconda, durante la quale verrà assemblato il modello di volo della navicella. Poi è scoppiata la pandemia di COVID-19.
Le sfide derivanti dalla pandemia di COVID-19
Poiché il nostro team stava svolgendo un lavoro che richiedeva la presenza di membri nel campus, la pandemia di COVID-19 ha interrotto i nostri piani originali di assemblaggio dei veicoli spaziali e ci ha costretto a cercare altrove luoghi in cui assemblare HERON Mk. in secondo luogo.
Dopo mesi di ricerca, il nostro team è riuscito a trovare una posizione alternativa per l’allestimento del laboratorio e HERON è stato assemblato da marzo ad aprile 2021. Dopo l’assemblaggio finale, il satellite è stato sottoposto a test di vibrazione del modello di volo nel giugno 2021 presso il National Technical Systems di Kitchener. , che prevedeva di sottoporre l’HERON a vibrazioni simili a quelle che avrebbe sperimentato durante il lancio al fine di convalidarne la progettazione meccanica.
Una volta completate le principali fasi di assemblaggio e test, sembrava che l’HERON Mk. Il lancio di II era quasi assicurato. Tuttavia, c’è ancora una grande sfida prima del lancio.
Licenza radiofrequenza
Qualsiasi organizzazione che desideri inviare un satellite nello spazio e comunicare con esso tramite onde radio deve prima ottenere le licenze appropriate per la radiofrequenza (RF) da Innovation Science and Economic Development Canada. Sfortunatamente, il processo per ottenere queste licenze per l’HERON Mk. Satellite II ha impiegato molto più tempo del previsto e ha ritardato il lancio. Per ragioni legate alla limitata durata di conservazione del C. Ovaia, Abbiamo dovuto abbandonare la missione biologica originaria.
Come squadra abbiamo deciso di spostare l’obiettivo principale dell’HERON Mk. La seconda missione è quella di convalidare le capacità di comunicazione RF di UTAT Space Systems e fornire esperienza nelle operazioni radioamatoriali e satellitari ai nostri membri.
In attesa del rilascio delle licenze per le frequenze, un gruppo di nostri colleghi ha iniziato a progettare una stazione terrestre amatoriale UHF. Questo è il dispositivo che ci permette di comunicare con l’HERON Mk. II dalla Terra tramite onde radio alla frequenza di 437,12 MHz. La stazione di terra è ora pienamente operativa e si trova attualmente sul tetto del sesto piano del Centro IT di Bahin.
Nel marzo di quest’anno tutte le nostre licenze di frequenza erano state rilasciate. A settembre, alcuni dei nostri compagni di squadra si sono recati alle strutture di Spaceflight a Bellevue, Washington, dove hanno collocato l’HERON Mk. II all’interno del suo schieratore che verrà successivamente installato all’interno di un razzo Falcon 9 per la missione SpaceX Transporter-9.
Foglie!
Una volta che il razzo Falcon 9 ha raggiunto l’orbita prevista nello spazio, l’HERON Mk. II è stato espulso dal razzo alle 15:04 EDT e ha rapidamente dispiegato la sua antenna UHF. L’antenna UHF svolge un ruolo cruciale nel prevenire qualsiasi interferenza elettromagnetica con altri satelliti, che potrebbe distorcere i segnali trasmessi tra HERON Mk. La seconda e la stazione di terra.
Durante il periodo operativo iniziale, ci impegneremo a stabilire le prime comunicazioni tramite la stazione di terra. Successivamente, Heron Mk. II inizierà un anno di operazioni regolari durante il quale il team monitorerà regolarmente lo stato di salute del satellite.
Le lezioni che apprendiamo dalle operazioni di missione e dal monitoraggio della salute dei satelliti contribuiranno a orientare lo sviluppo delle future missioni satellitari intraprese da UTAT Space Systems.
Apri nuovi orizzonti
Storicamente, l’accesso alle missioni spaziali è stato consentito solo a organizzazioni commerciali e governative ben finanziate. Tuttavia, negli ultimi anni, progressi come le specifiche di progettazione CubeSat e i razzi riutilizzabili Falcon 9 sviluppati da SpaceX hanno ridotto significativamente la barriera dei costi per lo sviluppo e il lancio dei satelliti.
Con il lancio di HERON Mk. II, UTAT Space Systems ha abbassato ulteriormente la barriera di accesso ai programmi spaziali diventando la prima organizzazione in Canada a ricevere tutti i finanziamenti per lo sviluppo satellitare dalle tasse studentesche. Ciò rappresenta un altro cambiamento di paradigma nel settore, dimostrando che gli studenti sono in grado di reperire finanziamenti per le loro missioni spaziali, piuttosto che fare affidamento esclusivamente su sovvenzioni governative o sponsorizzazioni commerciali.
Dal punto di vista educativo, l’HERON Mk. La seconda missione consentirà ai nostri membri di saperne di più sulle operazioni satellitari e radioamatoriali e di acquisire conoscenze che verranno trasferite alle future missioni dei sistemi spaziali UTAT.
Quali sono le prospettive per i sistemi spaziali UTAT?
La prossima missione di UTAT Space Systems, FINCH – abbreviazione di Field Imaging Nanosatellite for Hyperspectral Mapping of Crop Residues – cerca di acquisire immagini dei campi in Manitoba per consentire al nostro team di eseguire la mappatura dei residui colturali di questi campi.
L’agricoltura dei residui colturali è la pratica di lasciare i residui colturali del raccolto sul campo. Questo strato rimanente funge da barriera contro l’erosione del suolo reindirizzando i gas serra nel suolo. Tuttavia, monitorare l’attuazione di questa pratica sul campo si è rivelato difficile. I dati ottenuti da FINCH forniranno preziose informazioni sul ruolo della mappatura dei residui colturali tramite immagini satellitari. UTAT Space Systems ha lavorato duramente sul progetto FINCH dal 2019 e prevede di lanciarlo entro la fine del 2024, salvo ritardi imprevisti.
Dopo quasi un decennio di progettazione e sviluppo, una pandemia globale, ritardi nelle licenze e il contributo di centinaia di studenti come noi, UTAT Space Systems ha inviato con successo un satellite nello spazio.
Speriamo che l’HERON Mk. La seconda missione segnerà l’inizio di un programma spaziale di successo a lungo termine che ispirerà le future generazioni di studenti a raggiungere le stelle.
Rosalind Liang è una neolaureata con una doppia specializzazione in astronomia, astrofisica e neuroscienze. Dal 2018 al 2023, ha ricoperto diversi ruoli presso UTAT Space Systems, tra cui ingegnere dei sistemi termici, responsabile scientifico e manager.
Benjamin Nero si è recentemente laureato in Ingegneria Meccanica e sta conseguendo un Master presso UTIAS. È entrato in UTAT Space Systems nel 2019 e ha ricoperto numerosi ruoli tra cui Structures Leader e HERON Mk. Direttore della seconda missione.
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