Satelliet
Wat dit project zo ambitieus en uniek maakt, is het feit dat we om ons doel te bereiken daadwerkelijk onze eigen satelliet ontwerpen, bouwen en lanceren. Om dit ongelofelijke doel te bereiken hebben we een ingenieursteam van meer dan 50 toegewijde ingenieurs die zich volledig richten op het in een baan om de aarde brengen van onze eigen satelliet.
Ontwerp
Het ontwerp van de satelliet is volledig en exclusief gedaan door ons studententeam. Het oorspronkelijke ontwerp is gemaakt tijdens de Design Synthesis Exercise (DSE) van de bacheloropleiding Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de TU Delft in de zomer van 2019. Een groep van 10 studenten ontwikkelde in een periode van 10 weken een voorlopig 2U CubeSat-ontwerp onder begeleiding van dr.ir. Chris Verhoeven. In juni 2019 werd het ontwerp gepresenteerd aan een groep experts uit de Nederlandse ruimtevaartindustrie. Hierna werd een nieuw team opgezet om dit ontwerp verder uit te werken. Zij bevinden zich momenteel in de laatste ontwerpfase van het project, ter voorbereiding op de testfase
Met dit project proberen we zoveel mogelijk studenten praktische ervaring te laten opdoen. We werken samen met de Leidse Instrumentmakers School (LiS) en een van hun masterstudenten voor het ontwerp en de productie van onze dobbelsteen-payload.
Tijdens het ontwerpproces werken we veel samen met de industrie. Het ontwerpen van de satelliet zou niet mogelijk zijn zonder de hulp die we van bedrijven in dit vakgebied hebben ontvangen. Dankzij de kennis en middelen die zij beschikbaar stellen, kunnen we dit project letterlijk en figuurlijk naar een hoger niveau tillen. Klik hier voor de lijst van bedrijven die ons steunen.
Payloads
De payload voor basisscholen is het dobbelsteenspel, ontworpen door de Leidse Instrumentmakers School (LIS). De dobbelstenen worden geplaatst in een transparante kamer en kunnen vrij bewegen door de microzwaartekracht. Om de gegooide waardes te bepalen, wordt een wand van de kamer naar de dobbelstenen geduwd, waardoor het volume van de kamer kleiner wordt en de dobbelstenen tussen twee wanden worden ingesloten. Er wordt een foto gemaakt en terug naar de aarde gestuurd. Op deze foto kunnen kinderen de dobbelstenen zien met de aarde op de achtergrond. Dit is ook te zien in de voorbeeldvideo hieronder, links. Het idee voor deze payload komt voort uit een landelijke wedstrijd die we hebben gehouden onder basisschoolleerlingen. We vroegen hen wat ze het interessantst vonden aan de ruimte en wat ze erover wilden weten. Het meest voorkomende antwoord was dat ze graag “een spelletje wilden spelen” in de ruimte via een directe verbinding. Om dit te realiseren en kinderen op een leuke, interactieve manier te laten kennismaken met ruimtevaart, is de dobbelsteen-payload ontworpen.
De dobbelstenen zijn in een transparante kamer geplaatst en kunnen vrij bewegen in microzwaartekracht. Om de ‘worp’ te bekijken, wordt een wand van de kamer naar de dobbelstenen geduwd, waardoor het volume van de kamer kleiner wordt en de dobbelstenen opgesloten worden. Er wordt een foto van de dobbelstenen gemaakt en naar de aarde teruggestuurd. Op deze foto zien de kinderen de dobbelstenen met de aarde op de achtergrond. Dit wordt gevisualiseerd in de voorbeeldvideo hieronder, aan de linkerkant.
Wilt u meer te weten komen over de dobbelsteenlading? Dat kan op onze blogposts over de assemblage van de payload, de assemblage, het werkingsprincipe en een testvideo van de spelcycli die de dobbelstenen laten “rollen”.
De tweede payload kan een afbeelding “bit-flippen” en toont het effect van kosmische straling op een digitaal opgeslagen afbeelding. Je kunt een afbeelding uploaden naar de satelliet, die vervolgens wordt opgeslagen. Door de kosmische straling, die in de ruimte sterker is dan op aarde, kunnen de bits (nullen en enen) van de afbeelding omgedraaid worden — een 0 wordt een 1 of andersom. Zodra een beeld naar de satelliet is geüpload, wordt het blootgesteld aan straling uit de ruimte en bitflips zullen zich na verloop van tijd opstapelen, waardoor de beeldkwaliteit wordt verstoord. De afbeelding wordt later teruggestuurd zodat het effect van straling zichtbaar wordt. Deze informatie kan worden gebruikt om studenten te leren over de effecten van straling op materie, de wiskundige weergave van waarschijnlijkheid in de natuurkunde, en de bitrepresentatie in computerprogramma’s. Een voorbeeld van een gebit-flipte afbeelding is hieronder te zien, rechts. Je kunt zelf een afbeelding uploaden om te zien hoe bit-flips jouw eigen afbeelding zouden beïnvloeden.
Integratie en Testen
Na het afronden van het ontwerp is de volgende cruciale stap de integratie- en testfase. Eerst worden alle componenten afzonderlijk getest om te controleren of ze goed zijn aangekomen op ons kantoor en functioneren zoals verwacht. Voor alle onderdelen die in eigen huis zijn ontworpen is dit een belangrijke stap, omdat het duidelijk maakt of het ontwerp goed is uitgevoerd. Voor deze componenten, zoals bij de payloads, worden speciale tests uitgevoerd om te controleren of de systemen de omstandigheden in een baan om de aarde kunnen overleven. De dobbelsteen-payload is bijvoorbeeld uitgebreid getest in een omgeving zonder zwaartekracht. Dit werd gedaan met een zogenaamde zero-g vlucht, met de Cessna Citation II PH-LAB, het onderzoeksvliegtuig van de Faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de TU Delft en het NLR.
Nadat alle modules afzonderlijk zijn getest, vinden de “flatbed tests” plaats. “Flatbed tests” zijn tests waarbij alle subsystemen elektrisch met elkaar zijn verbonden, maar naast elkaar op een tafel zijn gelegd, als een 2D-versie van de satelliet. Tijdens deze tests worden de subsystemen gecombineerd om bijvoorbeeld te controleren of de telecommunicatieprotocollen werken, aangezien hierbij de computer-, radio- en antennemodules betrokken zijn.
Een belangrijke mijlpaal is de integratie van de satellietmodules tot de definitieve vluchtconfiguratie. Tijdens dit proces combineren de studenten alle modules van externe partners en subsystemen die intern zijn ontwikkeld tot één eindproduct, volgens strikte procedures.
Met de satelliet in zijn uiteindelijke vluchtconfiguratie staan er verschillende geïntegreerde tests gepland als onderdeel van de milieutestcampagne. Twee van deze tests zijn de vibratie- en thermische vacuümtest. Deze worden uitgevoerd bij de ESA CubeSat Support Facility in ESEC Galaxia in België, als onderdeel van onze deelname aan het ESA Fly Your Satellite!-programma. De vibratietest simuleert de hevige trillingen tijdens de lancering, terwijl de thermische vacuümtest de omstandigheden in de ruimte nabootst.
Lancering
Omdat we deelnemen aan het Fly Your Satellite!-programma, wordt onze lancering gesponsord door ESA. Onze satelliet zal worden gelanceerd in een lage aardbaan van ongeveer 500 km hoogte, samen met andere satellieten tijdens een zogenaamde rideshare-lancering. In tegenstelling tot grotere satellieten worden CubeSats zoals de Da Vinci-satelliet in de ruimte gebracht via een speciaal containermechanisme, een CubeSat-deployer. Deze deployer bevat meerdere CubeSats en “duwt” ze letterlijk één voor één de ruimte in.
Operatie
Na de lancering blijft onze satelliet actief in een baan om de aarde en biedt hij gedurende minimaal 2 jaar een directe, boeiende ervaring voor studenten van alle leeftijden. Gedurende deze periode zullen studenten van de TU Delft verantwoordelijk zijn voor de bediening van de satelliet via het eigen satellietgrondstation van de TU Delft. Ze zullen opdrachten verzenden en gegevens ontvangen via radiosignalen. Tijdens zijn leven in een baan om de aarde zal de Da Vinci Satellite langzaam in hoogte afnemen door de effecten van atmosferische weerstand en na maximaal 5 jaar volledig opbranden in de atmosfeer van de aarde. Hiermee zorgen we ervoor dat de Da Vinci Satellite missie in lijn is met de richtlijnen voor het beperken van ruimtepuin van de ESA en bijdraagt aan een duurzaam en verantwoord gebruik van de ruimte.