WOLLEMI

Открытая научная обсерватория 12U,
построенный, чтобы прожить более десятилетия.

Wollemi — это полностью открытая, модульная платформа малых спутников, и его первая миссия: научный 12U CubeSat с многоуровневым дизайном выживаемости на 50 лет, сгенерированный от начала до конца из конфигурационных файлов и проверенный автоматической регрессией при каждом изменении.

Перетащите, чтобы вращать; нажмите один раз, чтобы включить прокрутку для масштабирования -- это настоящая параметрическая CAD-модель, а не картинка.

0многоуровневый дизайн выживания
0научные приборы
0доступный дельта-v
0требования прослежены
Корпус кубсата 12U ~26 научные приборы 50-летний многоуровневый дизайн-срок службы Полностью открытый репозиторий 23/23 автоматические проверки пройдены

Без слайд-материалов: каждый рендер, чертеж и число на этой странице берется из одной реальной, проверенной модели -- измените ее, и страница изменится вместе с ней.

Миссия и цели

Wollemi — это открытая, модульная, долговечная научная обсерватория и эталонная платформа 12U. Она производит данные о космической погоде, радиации и наблюдении Земли за десятилетия, демонстрирует надежную электронику и программное обеспечение на орбите и публикует дизайн, данные и инструменты для повторного использования кем угодно.

OBJ-1

Космическая погода и геофизика

Данные долгосрочных наблюдений: магнитное поле, энергетические частицы, солнечные рентгеновские/УФ-лучи, полная солнечная иррадиация, доза облучения, плазма, ВЧ, гамма-всплески.

OBJ-2

Наблюдение за Землей

5-метровый класс телескоп для получения изображений, гиперспектральные сцены с одной оптикой, тепловизионный инфракрасный диапазон, широкоугольная ночная съемка.

OBJ-3

Технология и наука о надежности

Радиационное поведение трех различных семейств вычислительных систем и типов флэш-памяти на протяжении многих лет с открытой публикацией данных об ошибках.

OBJ-4

Повторно используемая платформа

Автобус, ячейка, задняя плата, протокол и инструменты разрабатываются один раз и повторно используются: новая миссия — это изменение конфигурации плюс новые карты, а не перепроектирование.

OBJ-5

Полностью открыто, теперь

Аппаратное обеспечение под лицензией CERN-OHL-S-2.0, программное обеспечение под лицензией Apache-2.0, документы под лицензией CC-BY-4.0 -- опубликованы и соответствуют принципам повторного использования вместе с остальной частью дизайна.

Долговечность по дизайну

Многоуровневая архитектура выживания: маяк и супервайзер спроектированы так, чтобы прожить дольше батарей, которые спроектированы так, чтобы прожить дольше тяжелых вычислений — постепенная деградация, а не единая точка отказа.

Последовательность развертывания

Схематическое изображение развертывания крыльев от сложенного стартового положения до полностью развернутого. Сам шарнирный/аккордеонный механизм еще не разработан (см. открытые пункты ниже), поэтому эта анимация интерполирует занимаемую и развернутую площадь каждого элемента, а не симулирует реальный механизм -- она существует для передачи понятия, а не для его подтверждения.

Анимация развертывания крыльев из сложенного в полностью выдвинутое положение

Два крыла, по три панели каждое

Каждое крыло несет три двусторонние панели (ячейки на обеих сторонах, необходимо, потому что предпочтительная орбита рассвет-закат держит солнце на оси, перпендикулярной крылу, а не всегда на одной стороне). Шесть удерживающих штанг на стопку поддерживают режим вибрации конфигурации запуска комфортно выше минимального значения для совместного использования.

Развернутый диапазоноколо 2,1 м от кончика до кончика
Количество панелей2 крыла × 3 панели, двусторонние
Спрятанный выступв пределах диапазона спецификации дизайна CubeSat
Механизм высвобождениягорелка, три независимых ингибитора

Взгляд / На скорую руку

ФормаКорпус кубсата 12U, сетка 2×2×3 вокруг центрального стержня, карты с выемками 100×100 мм
Масса / мощностьоколо 16,8 из 24 кг бюджета; 58 Вт с учетом солнечной нагрузки, 28 Вт при вращении, 3 Вт в режиме безопасности
Научная полезная нагрузка~26 приборов: телескоп класса 5 м + гиперспектральный (общая оптика), тепловизор в ИК-диапазоне, магнитометр, спектрометр частиц, монитор рентгеновского/УФ-излучения, полная солнечная иррадиация, ВЧ/НЧ, счетчик гамма-всплесков, дозиметрия радиации, эксперименты SEU/вспышки
ВычислитьКонтроллер MSP430FR, 2×контроллера полета STM32H7, блок массовой памяти (8×128 ГБ, кодирование с исправлением ошибок 6+2), Raspberry Pi CM5, NVIDIA Jetson Orin Nano
Мощностьдве независимые цепи LiFePO4 (A/B) плюс полностью независимая цепь выживания, защита только аппаратная (без микроконтроллера в цепи срабатывания)
Движениеиодный электрический сетчато-ионный двигатель на центральной оси, наклоненный через центр масс; доступное дельта-v ~570 м/с, парус сопротивления в качестве пассивного резерва
СвязьУВЧ/LoRa маяк и управление, научный нисходящий канал S-диапазона (250 кбит/с–2 Мбит/с адаптивный), пакеты CCSDS с телекомандами, подписанными Ed25519
Орбита (предпочтительно)рассвет-сумерки, солнечно-синхронный, около 700 км -- исключает циклы затмений, предпочтителен по тепловым и причинам продолжительности работы батареи
Проверка47 требований отслежено; большинство проверяется автоматически при каждом запуске; 29 запланированных физических тестов

Электроника и дизайн печатных плат

Космический аппарат построен как карточная клетка: идентичные карты размером 100×100 мм вставляются в пассивную заднюю плату, по одной колонне на группу приборов/подсистем. Каждая плата ниже — это реальный файл KiCad в репозитории ( electronics/kicad/), DRC-чистый, сгенерированный из того же card_pinout.toml определение коннектора интерфейсный документ построен из -- это планы этажей (размещение компонентов доказано подходящим), а не схемы с проложенными дорожками.

Блочная диаграмма Wollemi EPS: две основные цепи питания плюс независимая цепь выживания
Блочная диаграмма EPS -- цепи A/B плюс независимая цепь выживания

Каждая карта имеет одну пару контактов: WL-P (2×30, мощность и управление -- двойные шины батарей, резервный CAN-FD, синхронизация PPS/SYNC, аппаратное KILL_N линия, которую супервайзер может утверждать без программного обеспечения на пути и с заголовком SWD, чтобы любая карта могла быть перепрограммирована без ее извлечения) и WL-D (2×15, Ethernet/высокоскоростные линии, заполнены только на картах плоскости данных). Шаг разъема намеренно составляет 1,27 мм — более ранний шаг 0,8 мм не мог быть проложен на задней панели, так как цепи питания мешали друг другу.

3D-рендер плана этажа карты EPS-A/EPS-B, только размещение компонентов
Карта EPS-A / EPS-B -- план функциональных блоков
3D-рендер плана этажа карты независимого выживания
Карта выживания -- независимый набор-зарядное устройство и драйверы для проводов сгорания
3D-рендер пустой шаблона карточки 100 на 100 миллиметров с разъемами WL-P и WL-D
Шаблон карточки -- каждая карточка-колонна начинается здесь
3D-рендер пассивной задней шины с пятнадцатью слотами для карт
Задняя плата -- 15 слотов для карт, пассивная маршрутизация WL-P/WL-D на цепь

Подсистемы

Каждая подсистема генерируется из тех же конфигурационных файлов, по которым выполняются проверки, поэтому изменение дизайна и его документация никогда не могут незаметно разойтись.

ПодсистемаАрхитектура
СтруктураАлюминиевая рама, построенная вокруг центрального стержня диаметром 40 мм в сетке 2×2×3 ячейки (габариты корпуса 226,3×226,3×340,5 мм). Каждая карточка в космическом аппарате имеет один контур 100×100 мм с вырезом стержня 20×20 мм и выступом направляющей 8 мм — формат, изобретенный для этого проекта, поскольку стандартные доски 90/100 мм не проходят через стержень. Шесть удерживающих штырей на каждом стеке крыльев, а не только в углах, смещают режим хранения до примерно 137 Гц; более ранний анализ только углов показал 99 Гц.
МощностьДве независимые цепи MPPT/аккумулятора (A, B) плюс полностью независимая цепь выживания (C) со своей собственной выделенной солнечной строкой, предохранитель на карту и аппаратное обеспечение KILL_N линия, без программного обеспечения нигде в защитном пути.
ТепловойПолностью пассивный. Анализ показал, что космический аппарат работает в холодном режиме, а не в горячем -- настоящая борьба заключается в сценарии затмения при -27 °C и сценарии безопасного режима при -40 °C, которые предотвращаются путем разделения примерно половины поверхности между солнечными элементами и выделенными патчами MLI/low-e. Колонна телескопа имеет собственное покрытие с низким альфа/низким эпсилон и термостатический нагреватель мощностью 8 Вт (уставка 14-17 °C); аккумуляторный отсек изолирован (0,1 Вт/К) с нагревателем мощностью 6 Вт, а выживательный шнур имеет собственный нагреватель мощностью 2 Вт, чтобы никогда не опускаться ниже -20 °C.
Положение и движительная силаТри реактивных колеса (по 30 мН·м·с), магнитосопротивления и звездовый трекер (5 угловых секунд, ~17 м наземной ошибки) выполняют поворот на 90° примерно за 120 с с запасом 3х по крутящему моменту и импульсу. Движение осуществляется электрически (иодидный сетчато-ионный/класса Холла) вместо водяного резистоджета для удельного импульса: 0,5 кг иода обеспечивает ~570 м/с против ~45 м/с от 0,8 кг воды — этого достаточно для компенсации торможения в течение 50 лет, предотвращения столкновений и контролируемого схода с орбиты из одного бака. Двигатель расположен на центральной линии, наклонен на несколько градусов относительно центра масс; более раннее размещение в колонне создавало достаточно осевого крутящего момента, чтобы заклинить колесо за семь минут. Парус торможения является пассивным резервом.
ВычислитьИерархия из пяти уровней, намеренно с избыточным запасом внизу: супервизор MSP430FR и два контроллера полета STM32H7 в режиме горячего резерва рассчитаны на полную 50-летнюю миссию, потому что научные исследования космической погоды с длительным сроком записи должны продолжаться долго после того, как ожидается отказ Linux-сиде. Raspberry Pi CM5 (постоянно включен) и NVIDIA Jetson Orin Nano (визуализация, тяжелые вычисления) находятся выше с проектным сроком службы 10-15 лет. Блок массовой памяти содержит 8×128 ГБ с кодированием с исправлением ошибок 6+2, хешированием BLAKE2 и периодической очисткой.
Данные и связь27 типов сообщений CCSDS, каждая телекоманда подписана Ed25519 с счетчиком и окном действительности (сама ссылка не зашифрована, так как это требуется правилами любительских диапазонов). Управляющая плоскость является дублированной CAN-FD (1 Мбит/с/5 Мбит/с) для резервирования; гигабитный Ethernet-канал передает данные полезной нагрузки. Спускная связь — UHF/LoRa для обслуживания (~0,5 МБ/день) плюс адаптивный научный канал S-диапазона (250 кбит/с–2 Мбит/с) — только со станции-референта Памуккале, примерно 28 минут контакта и ~134 МБ/день за 3–4 пролета.
Полезная нагрузка26 приборов четко разделены по сроку службы. Долгосрочные данные о космической погоде/геофизике (трехосевой магнитометр, радиометр общего солнечного излучения, дозиметр радиации, спектрометр частиц с 16 электронами/16 протонами, монитор рентгеновского/УФ-излучения, детектор гамма-всплесков CsI+SiPM, атомные часы на кристалле) получаются напрямую контроллерами полета, а не узлами Linux. Визуализация — 85-мм телескоп Кассегрена с приблизительным наземным расстоянием выборки 5 м, гиперспектральный канал с ~50 полосами, использующий ту же оптику, микроболометр теплового ИК-диапазона и широкоугольную камера для звезд/контекста — работает на стороне Pi/Jetson. Каждый номер прибора выше является целевым показателем дизайна, который на данный момент подтвержден только анализом, а не построенным и протестированным прибором.
Земля и операцииДва опубликованных наземных сегмента: слушатель UHF/LoRa стоимостью от 30 до 80 долларов, который может собрать любой, чтобы принимать маяк, и станция науки S-диапазона стоимостью около 2200–4500 долларов (тарелка 1,2 м, ротатор SPID BIG-RAS) для полного нисходящего канала. Все 27 протокольных сообщений уже имеют скомпилированный, проверенный декодер Kaitai Struct с запланированной интеграцией в SatNOGS DB/Decoder, чтобы любая станция могла декодировать телеметрию без обращения к этому репозиторию. Предлагается вторая опорная наземная станция, но она еще не организована, и координация частот/лицензирование не началось.

Пятьдесят лет дольше, чем служат большинство операторов спутников ласт. Супервайзер и маяк созданы так, чтобы продолжать сигнализировать спустя долгое время после того, как все, кто писал этот код, уйдут.

Статус

Дизайн завершен на уровне анализа. Все ниже проверяется автоматически. python tools/check_all.py при каждом изменении — ничто здесь не является разовым заявлением.

23/23
автоматические проверки пройдены
47
требования прослежены
29
планируемые физические тесты
~26
научные приборы

Выполнено на уровне анализа

  • Требования, архитектура, параметрический САПР с проверкой на пересечения
  • Анализ мощности, тепловых режимов, ориентации, орбиты и конструкции
  • Полный протокол команд/телеметрии (27 сообщений) с реализациями на C, Python и Kaitai Struct
  • Прошивка ядра (аутентификация, менеджер режимов, обнаружение неисправностей, OTA) с 84 проверками блоков
  • Интерфейс электроники: шаблоны плат KiCad и задней панели, планы этажей EPS/выживаемости, чистый DRC
  • FMEA, матрица верификации, план испытаний, концепция операций, модель затрат и графика

Все еще открыто

  • Аппаратного обеспечения не существует: данные поставщика, реальные схемы, прототипы и физические тесты — всё впереди
  • Возможность запуска, оператор записи и координация частоты еще не согласованы
  • Механизм шарнира/развертывания крыла еще не разработан (GIF развертывания этого сайта является только иллюстративным)
  • Двусторонние солнечные панели не имеют коммерческого прецедента -- это изготовленная на заказ деталь
  • Выбор цели остается открытым: миссия полета, эталонный дизайн для полета или сначала FlatSat/шар.
Прочитайте это ясно: Каждое число на этой странице является инженерной оценкой из симуляции или ручного расчета, а не измерением. Ни одна часть Wollemi не была построена, и ничто здесь не сертифицировано для полетов.