Wetenschap
De lancering van kleine satellieten bevordert communicatie-experimenten en internationale samenwerking
Onder leiding van Associate Research Professors Dr. Wenschel Lan, hoofdonderzoeker, en Dr. Giovanni Minelli, co-hoofdonderzoeker, van de Space Systems Academic Group (SSAG) van de NPS, omvat de Mola CubeSat-missie die aan boord van NROL-123 de ruimte in werd gelanceerd twee ladingen experimenten gebouwd door NPS (een terahertz-beeldcamera (TIC) en een LED on-orbit payload (LOOP)) en een radiozender gebouwd door de Nieuw-Zeelandse eenheid Defensiewetenschappen en Technologie.
NPS Department of Physics universitair hoofddocent Fabio Alves hebben samen met universitair hoofddocent Drago Grbovic en emeritus hoogleraar Gamani Karunasiri leiding gegeven aan de inspanningen om de TIC en de technologie erachter vooruit te helpen. Sinds 2018 heeft een NPS-campussamenwerking tussen het Sensor Research Lab en het Small Satellite Lab het voor docenten en studenten mogelijk gemaakt een reeks vluchtladingen te ontwikkelen om deze baanbrekende technologie te demonstreren.
De LOOP, gebouwd door Ph.D. kandidaat-majoor Dillon Pierce van het Amerikaanse Korps Mariniers, is de eerste stap op weg naar optische tracking- en communicatiemogelijkheden.
De langetermijninspanning is bedoeld om het NPS-onderzoek naar optische communicatie in de vrije ruimte voor CubeSats en kleine satellieten te bevorderen, waarbij gebruik wordt gemaakt van zeer gerichte optische lasers om de snelheid en veiligheid van LEO-communicatie (low-earth orbit) te vergroten en tegelijkertijd overbelaste radiofrequenties te vermijden.
Het eerste experiment met LOOP is het visueel observeren van de ultraheldere LED's op de satelliet. Er zijn plannen om LOOP uiteindelijk te volgen met een optische terminaltelescoop van 70 centimeter bovenop het dak van de Spanagel Hall van de NPS.
"De NPS-missie is om onze strijders-geleerden op te leiden, en Mola zal dat doel zeker blijven bereiken", aldus Lan.
"De afgelopen jaren hebben we dit onderzoek geïntegreerd in de Space Systems-cursussen, zodat studenten naast hun scriptieonderzoek ook met echte ruimtevaarthardware kunnen werken als onderdeel van hun reguliere curriculum. We hebben ook een geweldige ervaring gehad met het werken met onze Five Eyes partners, en het heeft ons ook de kans gegeven om samen te werken met onze collega's op de campus."
De ladingen van Mola worden rechtstreeks ondersteund door het Mobile CubeSat Command and Control (MC3)-netwerk van NPS, een door het ministerie van Defensie gesponsord initiatief dat in 2011 bij NPS begon.
In de loop der jaren heeft de SSAG partnerschappen ontwikkeld met negen andere volgfaciliteiten, wat heeft geleid tot een gemeenschapsgebaseerd, door de Amerikaanse overheid gesponsord grondstationnetwerk voor kleine satellieten, oftewel SmallSats. Deze omvatten drie andere DOD-serviceuniversiteiten, civiele instellingen, industriële partners en overheidsinstanties in het hele land, die werken binnen een gedistribueerd operationeel netwerk dat de trackingverantwoordelijkheden deelt via parallelle grondstations.
Het MC3-project draagt bij aan een belangrijke samenwerkingsrelatie van de Five Eyes (FVEY), een inlichtingenalliantie tussen Australië, Canada, Nieuw-Zeeland, het Verenigd Koninkrijk en de Verenigde Staten. Deze landen zijn partij bij een verdrag voor gezamenlijke samenwerking op het gebied van signaalinlichtingen, en het MC3-netwerk is van plan om uiteindelijk samen te werken met het FVEY International SmallSat Command and Control Network (ISC2N).
Toevallig waren Minelli en SSAG-faculteitsmedewerker voor onderzoek Alex Savattone in Auckland, Nieuw-Zeeland voor de lancering van de NROL-123.
"We zijn in Auckland voor een persoonlijke ontmoeting ter ondersteuning van het FVEY-programma. De lancering van Mola was voor ons toevallig, aangezien een van Mola's belangrijkste doelstellingen het demonstreren van de communicatie met de FVEY-grondstations is", aldus Minelli.
De eerste paar uur na de lancering van Mola waren intens en opwindend, omdat het team probeerde communicatie met de satelliet tot stand te brengen. En dat pakte heel goed uit.
"Het team, onder leiding van Dr. Wenschel Lan en Dr. Gio Minelli, verzamelde gegevens van de CubeSat bij de eerste passage na de implementatie", aldus Dr. Jim Newman, voorzitter van de SSAG.
Het klinkt misschien eenvoudig, maar dat is het niet, met veel procedurele stappen die moesten worden voltooid zodra de Electron-raket zijn lading in een lage baan om de aarde (LEO) had ingezet.
"Wanneer het ruimtevaartuig wordt uitgeworpen, zal het zichzelf van stroom voorzien", legde Minelli vóór de lancering uit. "Hij zal zijn GPS-ontvanger inschakelen om zijn positie te bepalen. Zijn sterrenvolger zal foto's maken van de sterren en de oriëntatie van de satelliet bepalen op basis van een vooraf geladen sterrenkaart. Als het batterijniveau voldoende is, zal de satelliet zijn reactiewielen aanzetten." en proberen zichzelf te stabiliseren, met de zonnepanelen naar de zon gericht."
De emoties tijdens de lancering en inzet van Mola waren enigszins gespannen, omdat het jarenlange harde werk van zowel studenten als onderzoekers zich had opgebouwd tot op het moment dat de satelliet de NPS passeerde, klaar om te proberen te communiceren, ongeveer 90 minuten na de lancering.
“Het is een lange weg geweest – we schreven het witboek waarin dit concept werd beschreven oorspronkelijk in 2019. Uiteindelijk kregen we financiering, hebben we de pandemie overwonnen en hebben we het gebouwd”, aldus Minelli. "We zijn een heel klein team en velen van ons zijn betrokken bij een missie als deze. Elk teamlid en elke student heeft een aanzienlijke bijdrage geleverd, anders zou dit niet werken."
Praktisch, ervaringsgericht leren van studenten is sinds de oprichting van SSAG in 1982 een kernprioriteit van SSAG. Deze nieuwste lancering bouwt voort op de eerste poging van NPS om satellieten in de ruimte te lanceren. In de jaren negentig leidde de oude SSAG-voorzitter Dr. Rudy Panholzer het ontwerp, de ontwikkeling, de bouw en de lancering van PANSAT, oftewel Petite Amateur Navy Satellite. Het programma ondersteunde meer dan 50 masteropleidingen en leidde vele anderen op.
PANSAT werd in 1998 ingezet vanuit de Space Shuttle Discovery op STS-95, dezelfde vlucht waaraan voormalig Project Mercury-astronaut en de Amerikaanse senator John Glenn deelnamen, en presteerde boven alle verwachtingen. Met een levensduur van de batterij en ingebouwde systemen die naar schatting ongeveer 36 maanden zullen werken, bleef PANSAT bijna acht jaar in communicatie met NPS-grondstations!
Het SSAG-team heeft ladingen gelanceerd op de Space Shuttle, verschillende CubeSats, kleine satellieten en innovatieve CubeSat-implementatietechnologieën. En Mola en toekomstige projecten zijn nu klaar om verder te bouwen op deze belangrijke vluchtgeschiedenis.
Volgens Lan heeft deze geschiedenis in het verleden en in de toekomst marine-relevant leren ondersteund – het ontwikkelen van betaalbare ruimtemiddelen die niet alleen leermogelijkheden bieden voor studenten, maar ook schaalbare technologieën zullen demonstreren voor marine- en defensieoperaties in de ruimte. P>
"Een van onze doelen voor de SSAG is om satellieten te hebben die de studenten kunnen bedienen om ruimtevaartuigoperaties te leren," zei Lan. "Er hebben al zoveel studenten bijgedragen aan Mola, en de volgende cohorten zullen daar de vruchten van blijven plukken."
Marinecapaciteiten in het maritieme domein zijn steeds meer afhankelijk van effectieve kennis en vaardigheden, zoals die welke bij NPS worden onderwezen, om systemen in het ruimtedomein in te zetten en te exploiteren.
"NPS biedt het soort praktijkgerichte leerervaring met directe missietoepassing waar onze minister van Marine, Carlos Del Toro, zelf van heeft geprofiteerd toen hij NPS Space Systems-student was, en we zijn van plan onze studenten dergelijke kansen te blijven bieden in de toekomst", aldus Newman.