Informace o satelitu PILSEN CUBE který připravujeme na cestu do VesmíruBuďte u toho s námi. Podílejte se na návrhu, realizaci družice kterou společně vyšleme na oběžnou dráhu.

PilsenCUBE II. rozvíjí původní projekt vývoje satelitu PilsenCUBE, jenž byl v letech 2009 až 2011 řešen na Fakultě elektrotechnické Západočeské univerzity v Plzni. Cílem projektu PilsenCUBE bylo zabývat se nedostatky stávajících unifikovaných pikosatelitů CubeSat, které se nyní využívají zejména v univerzitním prostředí pro jednoduché vědecké experimenty nebo jako demonstrátory nových technologií a navrhnout vlastní řešení s využitím moderních poznatků vědy v oblasti realizace komunikačních a napájecích systémů.

Projekt lze považovat za aktivitu vedoucí k dokončení původního satelitu PilsenCUBE ve zjednodušené variantě, s rozšířeným prostorem pro zapojení studentů středních odborných škol a zájmových kroužků. Cílem města, které projekt podpořilo částkou 1,5 milionu korun, je ve spolupráci se Západočeskou univerzitou nastartovat zájem mladých lidí o kosmické technologie a postupně z nich vychovávat specializované odborníky v dané oblasti.

 

Pilsen CUBE II - informace o satelitu

Standard CubeSat definuje v technické dokumentaci (CubeSat design specification, dostupné na http://www.cubesat.org/resources) základní požadavky, které musí satelit splňovat, aby jej bylo možné snadno a bezpečně pro ostatní satelity integrovat do vypouštěcího zařízení v raketě. Jedná se zejména o mechanické vlastnosti (velikost, hmotnost, druh materiálu, povrchová úprava), základní elektrické vlastnosti (povolené množství uskladněné energie, odpojovač napájení po integraci do vypouštěcího zařízení, časovač činnosti po vypuštění satelitu) a předepsané testy (vibrační, termo-vakuové), které musí satelit bez poškození vydržet a nesmí uvolňovat nebezpečné látky. Základní velikost satelitu CubeSat je 100 x 100 x 113 mm s hmotnostním limitem do 1,33 kg, kostra satelitu se standardně vyrábí ze slitiny hliníku 7075 (podobné duralu).

Vnitřní systém satelitu

Vlastní řešení vnitřních systémů satelitu již pak standardizováno není. Obecně se ale vnitřní struktura satelitu skládá z několika desek plošných spojů nad sebou s jednotlivými elektronickými systémy. Každá deska (nebo více desek) pak realizuje svoji funkci a má zpravidla z anglického jazyka zavedenou zkratku. Řídící počítač (OBC … OnBoard Computer), napájecí zdroj (EPS … electrical power system) a rádio (COM … COMmunicaton) tvoří základní jádro satelitu, které pak bývá v případě potřeby doplněno o systém pro určení prostorové orientace a její stabilizaci (ADCS… Attitude Determination and Control System). Vlastní vědecké nebo technologické experimenty se označují jako užitečný náklad satelitu, se zavedeným názvem payload.

Omezená plocha solárních článků zpravidla poskytuje satelitu v průměru 1W elektrického výkonu pro napájení systémů, v případě letu ve stínu Země je satelit napájen z akumulátorů. Standardně se používá dvojice LI-Ion akumulátorů, nabíjených ze solárních článků satelitu. Doba obletu satelitu je na používaných nízkých drahách (LEO) přibližně 95 minut, z toho přibližně dvě třetiny času letí satelit na osvícené straně Země a jednu třetinu ve stínu Země.

                

Model rozmístění solárních článků na stěně původního satelitu PilsenCUBE (vlevo); prototyp solární stěny (uprostřed); osazovací maska pro zasazení solárních článků (vpravo).

Stěny satelitu se dělají zpravidla z 0.5 až 1 mm silného hliníku a slouží nejenom jako nosný díl pro montáž solárních panelů, ale i jako základní stínění proti radiaci kosmického záření. Kosmické záření poškozuje elektronické součástky satelitu a zkracuje jejich životnost. U těchto malých satelitů s omezenou možností stínění pouze tenkými stěnami z hliníku bývá běžná životnost v řádu týdnů až měsíců. Vhodným opatřením při návrhu lze však životnost satelitu prodloužit. Je dobré, pokud elektronické systémy satelitu umí detekovat chybu (pravidelná kontrola obsahu pamětí, detekce zablokování komunikačních sběrnic, detekce zablokování počítače, detekce poruchových proudů) a umí se z těchto poruchových stavů zotavit, např. odpojením porouchané části systému, resetem napájení nebo resetem počítače. Kriticky důležité systémy se mohou řešit redundancí, kdy funkci poškozeného obvodu přebírá obvod záložní. O přepínání mezi hlavním a záložním systémem se stará kontrolní obvod, pro který se přebírá z angličtiny výraz Watchdog.

Prototyp zdvojeného palubního počítače původního satelitu PilsenCUBE.

Pokud má pikosatelit fungovat nezávisle na své poloze, musí mít akumulátory pro napájení během letu ve stínu Země. Pro akumulátory je paluba pikosatelitu na nízké oběžné dráze Země nehostinné prostředí z hlediska teplot a rychlého střídání nabíjení a vybíjení akumulátorů. Po třicetiminutovém letu ve stínu Země, kdy většina subsystémů přešla do klidového režimu, může být celý pikosatelit včetně akumulátorů promrzlý a zahájení nabíjení v tomto stavu může akumulátor definitivně zničit. Pokud se některý z energeticky náročných subsystémů nepodaří při letu ve stínu deaktivovat, může rovněž dojít k hlubokému vybití akumulátorů s jejich poškozením. Navíc během jednoho pozemského dne může pikosatelit na nízké dráze vykonat šestnáct oběhů Země, představující pro akumulátory šestnáct cyklů nabíjení a vybíjení. S počtem těchto cyklů běžné akumulátory rychle stárnou a po několika stech cyklech mohou vykazovat výrazně nižší kapacitu a vyšší vnitřní impedanci než při zahájení mise.

Akumulátory v pikosatelitech

Ve většině pikosatelitů typu CubeSat se kvůli nízké hmotnosti a dobré dostupnosti používají běžné Li-Ion nebo Li-Pol akumulátory. Jejich napětí umožňuje jednoduché propojení s dvojicí sériově zapojených solárních článků pro nouzové dobití při počátečním zahájení provozu pikosatelitu bez asistence inteligentních řídících subsystémů. Pro dobrou skladnost se často používá ploché provedení akumulátorů (např. z mobilního telefonu), ačkoliv toto není ideální řešení z hlediska odolnosti proti účinkům vnějšího vakua. Takovéto akumulátory mají tendenci se nafukovat vlivem vnitřního přetlaku proti vnějšímu vakuu, zejména při intenzivním vybíjení nebo nabíjení. Lepší z tohoto hlediska jsou válcová provedení akumulátorů, které preferují firmy dodávající hotové technologie pro pikosatelity CubeSat.

Ať plochá nebo válcová provedení akumulátorů, během jednoho roku činnosti projdou více než 5000 cykly nabití a vybití, což by znamenalo při plném vybíjení jejich kapacity naprostou degradaci jejich vlastností. Obdobně se chovají naše mobilní telefony. Pokud bychom je nabíjeli každé čtyři dny, budou mít za rok zhruba 90 cyklů nabití a vybití a po třech letech činnosti již akumulátor v telefonu vydrží bez nabíječky velmi krátce, protože ztratí svoji kapacitu a naroste mu vnitřní impedance snižující výstupní napětí při proudovém zatížení. Z tohoto důvodu musí být akumulátory v pikosatelitu naddimenzovány, aby se vybíjely pouze o zlomek své nominální kapacity. Můžeme mít například spočítáno, že pro napájení nezbytných subsystémů během letu ve stínu by postačoval akumulátor s kapacitou 200 mAh, použije se ale akumulátor s kapacitou 2000 mAh. Ten pak bude vybíjen pouze o 10 % své kapacity a značně se mu prodlouží životnost z hlediska počtu cyklů nabití a vybití. Ještě lepší řešení je použít dvojici těchto akumulátorů a průběžně je v činnosti střídat tak, aby se snížil počet cyklů na polovinu.

Jako primární zásobníky elektrické energie v našem pikosatelitu PilsenCube používáme moderní LiFePO4akumulátory, které oproti konvenčním Li-Ion akumulátorům vykazují vyšší životnost a menší závislost parametrů na teplotě. Ovšem i při naddimenzování kapacity akumulátorů dojde k jejich zestárnutí během dvou až tří let provozu pikosatelitu a ten potom při letu ve stínu Země by nebyl schopen plnit všechny své úkoly. Inovativním řešením, které používáme v projektu pikosatelitu PilsenCube, je využití superkapacitorů (součástka s nanouhlíkovými částicemi podobná kondenzátoru) jako sekundárních zásobníků elektrické energie. Použití superkapacitorů se na první pohled zdá nerozumné neboť mají desetkrát vyšší hmotnost než akumulátory, pokud bychom do nich chtěli uskladnit stejné množství energie. Nicméně jejich předností je extrémně dlouhá životnost (přibližně 10000x delší) v porovnání s akumulátory při obdobné degradaci vlastností a možnost bezpečně je přebíjet na vyšší napětí při zrychleném stárnutí.

Ve výsledku superkapacitory nejsou tak nevýhodné, protože akumulátory svojí hmotností výhodu ztrácí naddimenzováním a zdvojením pro zpomalení jejich stárnutí. Navíc, pokud superkapacitory nabijeme na koncové napětí o 15 % vyšší než je nominální hodnota, zvýší se množství uskladněné energie o 32 % (narůstá s kvadrátem napětí) a to při stále vyšší životnosti oproti akumulátorům. Další výhodnou vlastností superkapacitorů je jejich minimální závislost na teplotě, kdy jsou schopné spolehlivě pracovat i promrzlé.

Radiokomunikační subsystém pikosatelitu je jedním z výzkumných cílů projektu, protože stávající používaná rádia mají malé přenosové rychlosti nedostačující pro přenos velkého objemu dat. Přenosové rychlosti bývají v jednotkách kbit/s, přičemž pikosatelit bývá v dosahu jedné pozemní stanice zhruba 4x denně vždy jen na pár minut. Nejdelší kontakty bývají 10 až 16 minut podle výšky orbity pikosatelitu. Naším výzkumným cílem je realizovat takový komunikační subsystém, který se bude průběžně adaptovat tak, aby byl přenos dat vždy realizován maximální možnou rychlostí za daných aktuálních podmínek v rádiovém kanálu. Adaptace rádiového přenosu je umožněna technologií softwarově definovaného rádia (v pikosatelitu) a vyhodnocením kvality přenosového kanálu v pozemní stanici.

Výbava pikosatelitu PilsenCube pro rádiovou komunikaci

Pikosatelit PilsenCube bude mít celkem tři radiostanice pro spojení s řídícím střediskem nebo s radioamatéry po celém světě. Každá radiostanice má trochu jiný účel a vlastnosti. Nejjednodušší je tzv. radiomaják, což je vysílač, který pomocí Morseova kódu neustále opakovaně vysílá identifikaci pikosatelitu a základní údaje o funkčnosti jednotlivých subsystémů. Radiomaják vysílá nízkým výkonem a malou střídou (vysílání obvykle každých 5 až 30s), aby nebyl příliš zatěžován napájecí subsystém a vybíjeny akumulátory. Radiomajáky jsou oblíbené mezi radioamatéry pro snadnost jejich zachycení a možné dekódování vysílání člověkem bez pomoci počítače. Radiomajáky obvykle pracují v kmitočtovém pásmu kolem 435 MHz. Stejně je tomu i u radiomajáku PilsenCube. Je realizován pomocí monolitického obvodu ADF7012 a procesoru ATMega16. V základním režimu bude přebírat a vysílat základní telemetrii od řídícího počítače pikosatelitu (informace o stavu a funkčnosti), má však implementován i autonomní režim pro případ selhání hlavního řídícího počítače.

O něco složitější je tzv. konvenční rádio, které zajišťuje obousměrnou komunikaci mezi pikosatelitem a pozemní řídící stanicí. Obvykle je realizováno pomocí monolitických integrovaných transceiverů a realizuje nejzákladnější modulace jako BFSK, BPSK, MSK apod. Tyto modulace se osvědčily na dlouhých komunikačních vzdálenostech s vysokým útlumem volného prostředí (tzn. malé odstupy signál/šum na vstupech přijímačů) a při vzájemném pohybu komunikujících terminálů vysokými relativními rychlostmi, což je spojeno s významným Dopplerovským posuvem frekvence. Konvenční radiokomunikační jednotka pikosatelitu PilsenCUBE bude pracovat v pásmu 2,4 GHz pro snazší realizaci planárních antén na straně pikosatelitu a parabolických směrových antén na straně pozemní stanice. Spojení v tomto pásmu je navrhováno také s ohledem na přenosy dat a povelů rychlostí 38,4 kbit/s, kterou již neumožňuje použití klasického obvodového řešení rádia v pásmu 435 MHz z důvodu malé šířky pásma komerčně nabízených radioamatérských transceiverů, primárně určených pro hlasové přenosy. Šířka pásma zde obvykle nepřevyšuje hodnotu 20 kHz, která dovoluje uskutečnit rádiové spojení s maximální přenosovou kapacitou 9,6 kbit/s při použití základních dvoustavových číslicových modulací. Hardwarovou část  konvenčního rádia tvoří integrovaný transceiver pro ISM frekvenční pásmo CC2500 od firmy Texas Instruments a řídící CPU ATMega64 od firmy Atmel, který zprostředkovává připojení na palubní sběrnici pikosatelitu. Mikroprocesor komunikuje s CC2500 pomocí rozhraní SPI a implementuje kompletní G3RUH modem s AX.25 rámci, bit-stuffingem, scramblováním a CRC protichybovým zabezpečením. Datová část rámců může být volitelně zabezpečena pomocí Reed-Solomonova kódu RS(15,13). Hlavním důvodem pro zařazení konvenčního rádia do pikosatelitu je to, že tyto integrované transceivery jsou široce v pikosatelitech ověřeny a zajistí tak komunikaci v případě selhání radiačně podstatně citlivějšího softwarově definovaného rádia.

Třetím komunikačním prostředkem je experimentální softwarově definované rádio, které by mělo zajistit dostatečnou datovou propustnost pro přenos dat do řídícího střediska. Technologie softwarově definovaného rádia je v našem případě založena na spojení FPGA a CPU technologie ARM, která umožní realizovat i jiné modulace (např. M-PSK, M-FSK, hybridní modulace), případně dynamicky měnit modulační rychlost. Tímto způsobem bude možné lépe využít komunikační okna pikosatelitu, zvláště pokud nastanou lepší podmínky, než které se obvykle pro dimenzování energetické bilance uvažují. Přenosový systém pak může pracovat v kompatibilním režimu s běžnými standardy radioamatérské družicové služby, případně je možné krátkodobě volit mezi režimy s prioritou robustnosti nebo s prioritou přenosové kapacity. Zároveň bude vyzkoušeno řízení spojení v případě, že jsou parametry komunikace měnitelné. Spojení klasického mikroprocesoru s FPGA obvodem je voleno z důvodu usnadnění vývoje. Pro použitý procesor existuje spolehlivá implementace rozhraní palubní sběrnice, aktualizace vnitřního software, atd. Úkolem procesoru bude přebírat data k odvysílání a předávat přijatá data, spravovat strukturu paketů a identifikační a zabezpečovací datová pole. Obvod FPGA obsahuje modulační a demodulační algoritmy v co možná nejjednodušší podobě, umožňující snadné ladění a ověřování funkce. Styčným bodem obou částí je vyrovnávací paměť, kam jsou ukládána data po demodulaci a data určená k modulaci. Další výhodou popisované koncepce komunikační jednotky je nezávislost na existenci a dostupnosti vhodných monolitických obvodů. Výrazné zvýšení komplikovanosti návrhu a realizace této experimentální jednotky bude vyváženo možností provádění komplexnějších experimentů v oblasti satelitní komunikace.

Nedílnou součástí všech radiokomunikačních subsystémů jsou antény. Anténní subsystém pikosatelitu PilsenCube obsahuje čtvrtvlnnou monopólovou anténu pro radiomaják v pásmu 435 MHz, která bude rozvinuta vlastní pružností po přepálení tavné pojistky. Dále obsahuje dvě flíčkové antény pro konvenční a experimentální rádio na protějších stranách pikosatelitu v pásmu 2,4 GHz. Umístění flíčkových antén na protějších stranách pikosatelitu zlepšuje všesměrové vlastnosti anténního systému a rádiový přenos dat se stává méně závislým na správně fungujícím stabilizačním systému.

Pozemní komunikační a řídicí stanice je nedílnou součástí projektu, i když se nejedná přímo o část pikosatelitu. Zajišťuje rádiové spojení s pikosatelitem a vzhledem k charakteru satelitního rádiového spoje vyžaduje soustavu antén umístěnou na rotátoru pro přesné sledování měnící se polohy pikosatelitu během přeletu. Součástí je ovládací PC se softwarem pro výpočet polohy satelitu na základě Kepleriánských elementů (pravidelně aktualizované úřadem NORAD) a známého času. Software zároveň propočítává kompenzaci Dopplerova posunu kmitočtu a dolaďuje automaticky radiostanici. Náš pozemní segment je osazen směrovým anténním systémem pro pásmo 144 MHz, 435 MHz s křížovými YAGI anténami a parabolickou anténou pro pásmo 2,4 GHz. Obsluha a správa pozemního segmentu je možná i vzdáleně přes síťové připojení.

Činnost subsystémů pikosatelitů může být řízena decentralizovaně (bez samostatného řídícího počítače) nebo centralizovaně (se samostaným řídicím počítačem). Decentralizované topologie jsou lákavé, protože nehrozí ztráta celého pikosatelitu jako v případě poruchy řídicího počítače centralizované topologie. Naproti tomu centralizovaná topologie přináší řadu možností, které by byly u decentralizované komplikované nebo nemožné. Jedná se hlavně o možnost detekce poruchových stavů jednotlivých subsystémů, jejich vynucené odstavení z napájecích a komunikačních sběrnicí, přikázání energeticky úsporných režimů činnosti nebo upgrade firmwarů v jednotlivých subsystémech. Centrální řídící počítač má také výpočetní výkon pro zpracování dat z měření subsystémů. Z tohoto důvodu jsme se v projektu pikosatelitu PilsenCube rozhodli jít cestou vývoje centralizované architektury, jež bude funkčně zálohována včetně napájecích a komunikačních sběrnicí.

Části řídicího subsystému pikosatelitu PilsenCube

Řídící subsystém je složen ze ze dvou procesorů (hlavního a záložního) s jádrem ARM 7, dvou datových a řídících sběrnicí odvozených z RS-485, z FLASH paměťových modulů, z obvodu reálného času a z hardwarového kontrolního obvodu, který může přepnout z hlavního na záložní procesor v případě poruchy. Porucha hlavního řídícího procesoru je detekována do 0,1s. Úkolem řídicího subsystému je spravovat interní komunikaci, poskytovat a přijímat od subsystémů data, skladovat je a připravovat pro přenos na Zem softwarově definovaným rádiem, dávat subsystémům příkazy, nahrávat do nich nové firmwary, detekovat poruchy subsystémů, restartovat je nebo je případně odpojit od společných sběrnicí.

Jako hlavní procesory byly vybrány obvody Philips LPC2148 s jádrem ARM 7, protože poskytují dostatečný výpočetní výkon nejenom pro řízení pikosatelitu, ale i s rezervou pro zpracování dat z vědeckých experimentů. Tyto obvody mají rovněž příznivou spotřebu (2 mW/Mips) a při radiačních testech prokázaly dostatečnou odolnost (45 krad). Jeden z procesorů (hlavní) vždy spravuje a řídí datovou komunikaci na sběrnici jako master, ostatní subsystémy jsou typu slave, kdy odpovídají na příkazy řídicího procesoru. Druhý z procesorů (záložní – identický jako hlavní) je od sběrnicí odpojený a v případě poruchy hlavního procesoru je řízení a komunikace na sběrnicích předána jemu hardwarovým kontrolním obvodem. Zdvojené procesory umožňují rovněž provádět upgrade firmwaru sobě vzájemně.

Hardwarový kontrolní obvod (watchdog) je složen z D klopného obvodu, čítače a tří-stavových hradel. Hlavní řídicí počítač musí periodicky posílat kontrolnímu obvodu impulzy, pokud se vlivem poruchy generování impulzů zastaví, po určité krátké době je řízení komunikace předáno pomocí tří-stavových hradel záložnímu procesoru, který přebírá funkci mastera. V případě možné poruchy obou procesorů vynutí kontrolní obvod jejich reset. Všechny části kontrolního obvodu byly rovněž testovány na radiační odolnost pro zajištění spolehlivosti.

Řídící procesory mají přístup k periferním obvodům jako jsou paměti a obvod reálného času. Je využíváno celkem 5 paměťových obvodů FLASH každý s kapacitou 4MB. Paměti slouží pro uchování měřených dat a pro uchování záloh firmwarů všech důležitých subsystémů pro případ jejich poškození v procesoru vlivem radiační události. Jako důležitý prvek systému byly rovněž vybírány při radiačních testech. Obvod reálného času poskytuje pikosatelitu informace o aktuálním času pro plánování operací a pro navázání měřených dat na čas měření. Stabilita hodin je lepší než 0,3 sekundy za den a obvod má napájení zálohováno malým superkapacitorem s kapacitou 0,07 F pro případ poruchy na napájecí sběrnici.

Dvě datové a řídicí sběrnice jsou odvozeny z RS-485 pro dobrou dostupnost budičů sběrnice v průmyslovém provedení. Důležité subsystémy jsou připojeny na obě sběrnice pro případ poruchy na jedné z nich. Přenosová rychlost na sběrnicích může být měnitelná od základních 9600 Bd až po 1 MBd pro vybrané subsystémy vyžadující přenos velkého objemu dat (např. komunikační rádia). Všechny subsystémy jsou ke sběrnicím připojovány přes tří-stavová hradla pro možnost jejich nuceného odstavení od sběrnice. Toto je ochrana proti zablokování sběrnice porouchaným subsystémem. Pře řídicí sběrnice se rovněž přenáší signál umožňující deaktivovat napájení subsystémů, pokud začne některý z nich napájecí sběrnice přetěžovat přílišným výkonovým odběrem.

Řídicí subsystém, stejně jako většina ostatních důležitých subsystémů pikosatelitu, je napájena zálohovaně ze dvou nezávislých napájecích sběrnicí. Napájení z nezávislých větví je sdružováno přes tzv. ideální diody. K tomuto používáme obvody Analog Devices ADM1171 se senzorem proudu a možností odpojení subsystému od napájecí sběrnice v případě trvalého zkratu.

Stabilizační subsystém bývá jednou z nejsložitějších částí pikosatelitů a jeho realizace pro pikosatelity CubeSat je technickou výzvou, protože většina ověřených technologií je pro tyto malé pikosatelity nevhodná z prostorových, hmotnostních i příkonových důvodů. Na druhou stranu, stabilizační subsystém není nezbytnou součástí, a tak mnoho pikosatelitů jej vůbec nemá. Obecně cílem stabilizačních subsystémů je určit prostorovou orientaci, polohu a rychlost rotace pikosatelitu a cíleně je ovlivňovat. Úspěšná implementace stabilizačního subsystému ovšem podstatně rozšiřuje možnosti pikosatelitu. Je pak možné cíleně natáčet solární stěny ke Slunci pro dodávku vyššího elektrického výkonu, cíleně natáčet antény do směru pozemní komunikační stanice pro vyšší přenosové rychlosti, cíleně natáčet senzory do zájmové oblasti (fotoaparáty, kamery, detektory), plánovat probouzení subsystémů podle polohy pikosatelitu pro ušetření energie, zajistit termoregulaci odkláněním přehřátých stěn od Slunce, atd.

Části stabilizačního subsystému pikosatelitu PilsenCube

Určení prostorové orientace se provádí vůči známým tělesům (Zemi, Slunci, hvězdám) a využívají se k tomu detektory zemského horizontu, detektory polohy hvězd a detektory polohy Slunce. První dvě technologie jsou zpravidla založeny na speciálních kamerách a fotoaparátech, jejich velikosti a hmotnosti jsou zpravidla srovnatelné s vlastním pikosatelitem CubeSat a pro něj tedy naprosto nevhodné. Detektory polohy Slunce jsou sice malé a lehké, nepracují však ve stínu Země. Pro pikosatelit PilsenCube připravujeme složenou soustavu tří jednoduchých detektorů (pro ultrafialové, viditelné a infračervené spektrum) na každé straně pikosatelitu, která srovnáním údajů z několika stěn detekuje pozici Země a Slunce podle jejich záření v několika spektrálních oblastech. Subsystém funguje i ve stínu Země, kdy je schopen detekovat její pozici podle tepelné emise v infračerveném pásmu.

K určení polohy pikosatelitu je možné využít palubní GPS přijímač, který je ovšem pro pikosatelity CubeSat také nevhodný. Vyžaduje anténu na omezeném povrchu, má vysoký příkon a protože pohyb na nízkých drahách překračuje CoCom limity (omezení vývozu strategických technologií), je třeba získat specializovaný přijímač pro využití v kosmu. Jiný způsob určení polohy pikosatelitu je stejný jako při určování polohy pikosatelitu v pozemní stanici. Na základě znalosti času a orbitálních parametrů je možné jeho polohu dopočítat. Tento způsob však není autonomní, protože pikosatelit potřebuje rádiový kontakt s řídícím střediskem pro nahrání parametrů orbitální dráhy a seřízení času interních hodin, což komplikuje obnovení činnosti pikosatelitu po havarijním stavu. Pro pikosatelit PilsenCube jsme připravili originální technologii, která využívá miniaturní přijímač rozhlasového vysílání. Analýzou dostupných stanic, využitých kmitočtových pásem, a vysílaných RDS dat lze určit oblast, nad kterou se pikosatelit pohybuje i aktuální čas. Sledováním historie určené polohy je možné odvodit parametry orbitální dráhy i bez kontaktu s řídícím střediskem. Dalším zajímavým experimentálním způsobem autonomního určení polohy pikosatelitu je srovnání údajů z magnetometru s modelem magnetického pole Země, který je sice možné v pikosatelitu PilsenCube realizovat, ale neuvažujeme o něm kvůli jednoduššímu a spolehlivějšímu způsobu určení polohy z rozhlasového vysílání.

Rychlost rotace pikosatelitů se běžně měří ve třech osách pomocí elektromechanických (MEMS) gyroskopů, které rovněž na palubě pikosatelitu PilsenCube používáme. Jako částečně mechanické prvky mohou být poškozeny při vibracích během startu rakety nebo teplotní roztažností, jejich elektronická část zase radiací. Pro zálohu měření rychlosti rotace pikosatelitu umíme využít měření palubního magnetometru (využívaného primárně pro řízení magnetických stabilizačních cívek), měření optických detektorů (využívaných primárně pro určení prostorové orientace) nebo ji umíme určit na Zemi analýzou úniků v rádiové komunikaci. Znalost rychlosti rotace pikosatelitu je důležitá pro rádiovou komunikaci a termoregulaci, kdy nesmí být příliš vysoká (komplikuje rádiovou komunikaci) ani příliš nízká (komplikuje termoregulaci).

Dosáhnout změny prostorové orientace nebo rychlosti rotace je pro pikosatelity rovněž komplikované. Na větších satelitech se používají propulzní motory (vyžadující palivo) nebo reakční kola (s nazanedbatelnou hmotností rotoru). Obojí již sice pro pikosatelity CubeSat existuje v miniaturizované podobě, spotřebovává to ovšem příliš mnoho omezených zdrojů (energie, hmotnostní limity, prostorové limity). Reakční kola navíc mohou mít problémy s možným poškozením ložisek během startovních vibrací rakety nebo při činnosti kvůli problémům s mazáním ve vakuu a stavu beztíže. Hojně využívanou možností pro pikosatelity CubeSat jsou magnetické stabilizační cívky, které při protékání proudem vytváří magnetické pole reagující silově s magnetickým polem Země. Aby regulace otáček nebo změna polohy probíhala v požadovaném smyslu, je třeba změřit vektor magnetického pole Země (magnetometrem) a správně zvolit polaritu proudu třemi ortogonálními cívkami. Aby regulace byla dostatečně rychlá, musí cívky vytvářet dostatečný magnetický moment. Ten získáme velkým počtem závitů cívky (při nárůstu hmotnosti) nebo velkým protékaným proudem (nárůst spotřeby energie). Toto vytváří zajímavou úlohu pro optimalizaci z hlediska dostupných limitů příkonu a spotřeby vlastních cívek. V pikosatelitu PilsenCube využíváme tento systém tří ortogonálních cívek, jejichž návrh byl volen s ohledem na požadavek rychlé reakce stabilizace.

Hodnotit kvalitu přijímaného signálu vysílání pikosatelitů je důležité, protože kvůli vlastnostem pikosatelitů i přenosového kanálu dochází ke změnám kvality přijímaného signálu až o několik řádů. Vyhodnocení aktuální kvality přijímaného signálu je pak možné využít pro povelem řízenou adaptaci rychlosti vysílání dat pikosatelitem nebo pro úsporu je elektrické energie, které má nedostatek. Pro první experimenty jsme využili kontinuálního vysílání radiomajáku několika satelitů a pikosatelitů, na němž se přenáší pomocí Morseova kódu základní telemetrie a identifikace. Nahraný signál jsme podrobili analýze vlastním softwarem, který určuje parametr C/N0 jako základní měřítko kvality přijatého signálu. Z tohoto údaje se pak dá odvodit reálně dosažitelná rychlost přenosu za daných podmínek.

Určení kvality přijatého signálu od pikosatelitu

Vysílání radiomajáku slyšíme na výstupu radiostanice jako pípání s krátkými a dlouhými značkami (tečky a čárky). Pokud má řídící počítač pozemní stanice správné údaje o orbitální dráze pikosatelitu, kompenzuje dopplerův posun přelaďováním radiostanice a kmitočet pípání zůstává stabilní. Ne vždy jsou ale údaje o orbitální dráze přesné a slyšitelný kmitočet se pak během přeletu mírně mění vlivem chybné kompenzace dopplerova posunu.

Vlastní určení kvality signálu probíhá pomocí FFT analýzy záznamu z radiosatnice. V kmitočtovém spektru hledáme v okolí očekávaného kmitočtu signál vystupující nad úroveň šumu a při jeho detekování určíme jeho výkon (C). Ve zbylém spektru neobsahujícím signál radiomajáku počítáme výkon šumu (N) a z něj vydělením šířkou pásma spektrální výkonovou hustotu šumu (N0). Výsledný parametr C/N0 se pak zpravidla převádí na dB jednotky.

Galerie obrázků k hodnocení kvality přijímaného signálu:

Zleva po řádcích – naměřené změny kvality přijatého signálu od KKS-1 během přeletu nad Plzní, antény naší komunikační stanice, viditelná rotace antény FO-29 v průběhu vyhodnocené kvality přijatého signálu, naměřené změny kvality přijatého signálu od HO-68 během přeletu nad Plzní, signál radiomajáku s Morseovým kódem zobrazený ve waterfall diagramu, zobrazení pikosatelitů na mapě řídícího počítače komunikační stanice, výstup z FFT analýzy pro výpočet kvality přijatého signálu, rušení od stacionárních pozemních zdrojů během přijmu vysílání pikosatelitů s kompenzací Dopplerova posunu.

 

Celý algoritmus pro hodnocení kvality přijímaného signálu je sofistikovanější než by odpovídalo předchozímu odstavci, protože je nutné při analýze rozpoznávat mezery mezi vysílanými značkami, detekovat i velmi slabý užitečný signál, poradit si s chybou kompenzace dopplerova posunu a eliminovat z výsledků lokální rušení stacionárními zdroji, které se ve spektru přesouvají během kompenzace dopplerova posunu.

Analýzou vysílání radiomajáků stávajících satelitů a pikosatelitů na nízkých drahách přijímaných naší pozemní stanicí v Plzni jsme zjistili, že kvalita přijímaného signálu může kolísat až o 30 dB, což představuje značné možnosti adaptace přenosových rychlostí nebo vysílaných výkonů. Zároveň lze z grafických výsledků vypozorovat a případně i změřit rychlost rotace pikosatelitu díky periodicky se objevujícím únikům (dočasné snížení kvality přijatého signálu vlivem otočení antény pikosatelitu) v rádiové komunikaci.

Rádiový spoj se satelity na negeostacionárních drahách Země je charakteristický změnou podmínek, za kterých je komunikace provozována a časově omezeným oknem, kdy se satelit nachází v dosahu pozemní komunikační stanice (kdy se satelit z pohledu pozemní stanice nachází nad horizontem). Během přeletu satelitu se mění komunikační vzdálenost a s ní i ztráty volného prostředí, mění se délka dráhy signálu přes jednotlivé vrstvy atmosféry a s tím i útlum způsobený absorpcí ve vodních parách, v dešti, v plynech, mění se stav ionosféry a s tím i spojené ztráty útlumem a odrazem od ní, atd. Při nízkých elevačních úhlech satelitu se přidávají troposférické scintilace způsobené nehomogenitami atmosféry z hlediska tlaku, vlhkosti a teploty. Je potřeba počítat také s kompenzací Dopplerova jevu vlivem nenulové relativní rychlosti mezi satelitem a pozemním střediskem.

Vlastnosti rádiového spoje s pikosatelity na LEO dráze

Rádiový spoj s pikosatelity CubeSat je dále komplikován jejich nízkým vysílacím výkonem z důvodu nedostatku elektrické energie, malou účinností výkonových zesilovačů, omezenými možnostmi jejich chlazení (pasivně) a jednoduchými nesměrovými anténami. Základní radiomajáky dodávají do antény pikosatelitu zpravidla výkon nepřesahující 50 mW až 100 mW. Hlavní komunikační rádio pak pracuje obvykle s výkonem 500 mW až 1 W. Malý vyzařovaný výkon se dále kombinuje s volnou rotací pikosatelitu bez cíleného směrování maxima vyzařovacího diagramu antény směrem k pozemní komunikační stanici, což v komunikaci způsobuje periodické úniky vlivem opakovaného nastavení minima vyzařovacího diagramu antény pikosatelitu směrem k pozemní stanici. Ke komunikaci jsou využívána radioamatérská pásma a často je možné se setkat s pozemním zdrojem způsobujícím rušení, které se vlivem kompenzace Dopplerova jevu přelaďováním radiostanice na Zemi ve výstupním spektru posouvá.

Galerie obrázků k vlastnostem rádiového kanálu:

Zleva po řádcích – zaznamenané změny v kvalitě přijímaného signálu během jednoho přeletu satelitu KKS-1 nad pozemní komunikační stanicí projektu PilsenCube, vyzařovací diagram antény pikosatelitu v polárních souřadnicích, vyzařovací diagram antény pikosatelitu v jedné rovině s označením možné hloubky úniků v rádiové komunikaci vlivem odklonu antény, vyčíslení všech možných zdrojů kolísání kvality přijímaného signálu při zvažování i elevací pod 10°, vyčíslení všech možných zdrojů kolísání kvality přijímaného signálu při zvažování elevací nad 10°, statistika elevací při přeletech pikosatelitů na nízkých oběžných drahách, výpis přeletů pikosatelitu na dva dny dopředu s možným rádiovým kontaktem po omezený čas, útlum volného prostředí v závislosti na elevaci pikosatelitu a jeho orbitě pro kmitočet 435 MHz.

Výsledná přijímaná kvalita signálu kolísá, což vede na změnu chybovosti přenášených dat při konstantní přenosové rychlosti. Pokud bychom kvalitu přijímaného signálu kontinuálně proměřovali, je možné variace využít pro adaptaci přenosu pro udržení konstantní požadované chybovosti přenosu. Adaptaci přenosu můžeme provádět s cílem maximalizovat přenosové rychlosti (budeme přenášet tak rychle, jak kanál umožní pro požadovanou chybovost) nebo s cílem úspory elektrické energie (při konstantní rychlosti měníme vysílaný výkon pro udržení konstantní chybovosti). Uspořit elektrickou energii lze i způsobem, že hlavní vysílání bude probíhat pouze v okamžicích s dobrými podmínkami v rádiovém kanálu, ve zbytku času bude prováděno měření kvality na signálu radiomajáku vysílaného s nízkým výkonem.

Analýzou vysílání radiomajáků stávajících satelitů na nízkých drahách přijímaných naší pozemní stanicí v Plzni jsme zjistili, že kvalita přijímaného signálu může kolísat až o 30 dB, což představuje značné možnosti adaptace přenosových rychlostí nebo vysílaných výkonů. Detailní rozbor rádiového spoje s pikosatelity včetně detailního popisu zde uvedených obrázků a tabulek lze najít v disertační práci Efektivní komunikační systém pikosatelitů.

Chceme-li efektivně využívat solární energii, nelze solární články připojit přímo na běžné spínané měniče napětí. Solární článek má za daných podmínek ve volt-ampérové charakteristice bod, kde součin napětí a proudu (výkon) je maximální. Poloha tohoto bodu se ovšem pohybuje podle aktuální teploty solárního článku, intenzity jeho osvětlení, ale třeba i míry degradace aktivního materiálu. Pokud solární článek zatížíme příliš nízkou impedancí, poklesne mu výstupní napětí při menším přírůstku proudu a neodebíráme možný maximální výkon. Pokud článek zatížíme příliš vysokou impedancí, vzroste mu mírně výstupní napětí při větším poklesu proudu a opět neodebíráme maximální možný výkon. Inteligentní zatěžování solárního článku je řešeno tzv. mppt měniči.

Zatěžování solárních článků pikosatelitu PilsenCube

Na následujícím obrázku jsou změřené zatěžovací charakteristiky solárních článků TASC pro dvě různé teploty (červený a modrý průběh). Při zvyšování zatěžovacího proudu od nuly klesá napětí článku relativně pomalu, proto odebíraný výkon narůstá. Překročíme-li určitý proud, napětí rychle poklesne stejně jako odebíraný výkon. Pro efektivní získávání dostupné energie je nutné, aby spínaný měnič zatěžoval článek takovou impedancí, kdy bude odebírán maximální výkon. Oblast optimálního zatížení (vrchol v pravém obrázku) může být úzká a pak bude velmi záležet na přesnosti regulace spínaným měničem.

Měniče, které zatěžují solární článek v optimálním bodu, jsou označovány jako MPPT (maximum power point tracker) měniče. Dokonalejší měniče průběžně proměřují zatěžovací charakteristiku a pohybují se v jejím kolenu, méně sofistikované měniče mají předuloženy hodnoty optimálního napětí pro různé teploty.

Solární články pro běžné použití v pozemních podmínkách se zpravidla vybírají podle cenového kritéria, účinnost přeměny energie slunečního svitu na elektřinu je až druhotná, neboť nejsme příliš limitováni plochou, na kterou můžeme solární články osadit pro získání vyššího příkonu. Při výběru solárních článků na satelity (nebo pikosatelity) se ovšem snažíme z malé plochy získat co nejvíce elektrické energie, tedy vybíráme články s co nejvyšší účinností. Tu lze zajistit speciálními vrstvenými materiály, kde každá z vrstev je citlivá na odlišnou spektrální oblast slunečního světla. Takovéto články se pro svoji extrémní cenu v pozemních podmínkách až na vyjímky nepoužívají, v celkových nákladech na postavení a vypuštění satelitu však tvoří zanedbatelnou položku.

Pikosatelit PilsenCube a jeho solární články Spectrolab

Výkon, který jsou schopné solární články vyrobit ze slunečního svitu, je možné přibližně spočítat z plochy solárních článků vystavených přímému slunečnímu svitu, z jejich účinnosti a z intenzity osvětlení, která je v blízkosti planety Země rovna zhruba 1350 W/m2. Pokud bychom na stěnu pikosatelitu typu CubeSat použili běžné křemíkové solární články o ploše 60 cm2 a natočili je přímo ke Slunci, vyrobí zhruba jen 1W výkonu. Použijeme-li moderní vícevrstvé články, pak ze stejné plochy vyrobí přibližně 3W výkonu. Z tohoto důvodu jsme se rozhodli pro pikosatelit PilsenCube takovéto moderní GaInP2/GaAs/Ge solární články s účinností přibližně kolem 27 % až 30 % použít.

Dnes je vyrábí celá řada výrobců na světě (Spectrolab, Astrium, Emcore) zpravidla ve standardních tvarech a rozměrech (cca 26 až 32cm2) vycházejících z výrobních forem. Na jednu stěnu pikosatelitu typu CubeSat se vejdou dva články, které se zpravidla kvůli zvýšení výstupního napětí zapojují sériově. Maloobchodní cena takovéto solární stěny se dvěma články je 2600 USD. Takovéto řešení solární stěny ovšem představuje i nezanedbatelné riziko ztráty veškerého příkonu ze stěny v případě poruchy spínaného měniče, na který jsou sériově spojené články zapojeny nebo v případě popraskání jednoho ze článků (vlivem vibrací při startu rakety, rozdílné teplotní roztažnosti článků a nosné desky, mikrometeoritem).

Jiné řešení představují malé solární články z téhož materiálu, které vznikají jako odpadní produkt při výrobě originálních tvarů. Na okrajích výrobních forem není možné garantovat kvalitu a homogenitu materiálu, proto se okrajové části odřezávají a vznikají tak zkosené originální tvary solárních článků a malé trojúhelníkové odpadní odřezky. Ty prodává firma Spectrolab za zlomek ceny pod označením TASC (triangular advanced solar cell). Pro pikosatelity typu CubeSat ovšem představují velmi zajímavou alternativu s možností výrazně zlepšit spolehlivost solární stěny. Na jednu stěnu se jich vejde několik desítek a je možné je rozdělit do několika nezávislých větví a nezávislých spínaných měničů, takže porucha jednoho článku nebo měniče nevyřadí dodávku elektrické energie z celé stěny. Navíc lze efektivněji řešit umístění dalších komponent pikosatelitu na stěnu (antény, senzory) než při použití dvou velkých řezů.

Pro náš pikosatelit PilsenCUbe jsme navrhli šest pevných solárních stěn pokrytých jednostraně solárními články TASC a čtyři výklopné obustraně pokryté stěny. Zjednodušení osazování stěny velkým počtem malých a křehkých článků jsme vyřešili pomocí zasazování do nerezové šablony a kontaktování pomocí speciálního elektricky vodivého lepidla, které splňuje certifikaci pro použíti v kosmu. Takovýto systém solárních stěn po rozevření je schopen pikosatelitu dodat příkon 7 W při ideálním nasměřování vůči Slunci a v průměru 4,5 W při volné rotaci pikosatelitu.

Jedním z důležitých kroků v počátečních fázích vývoje pikosatelitu je stanovení několika základních parametrů, v rámci nichž se budou jednotlivé subsystémy pikosatelitu navrhovat. Musí se stanovit přibližná hmotnostní bilance a energetická bilance pikosatelitu a jeho subsystémů s určitou rezervou ponechanou na neočekávané situace během vývoje. Při hmotností bilanci se stanovují maximální hmotnosti jednotlivých subsystémů pikosatelitu tak, aby nebyl překročen maximální povolený limit (1,33 kg pro pikosatelit třídy CubeSat o základní velikosti dle specifikací CDS rev. 12). Při energetické bilanci se stanovují dlouhodobé průměrné energetické příkony subsystémů tak, aby nedošlo k překročení výkonu dodávaného napájecím subsystémem. Stanovují se také nominální okamžité příkony při plné činnosti, aby nemohlo dojít k přetížení napájecí sběrnice v okamžiku aktivace příliš mnoha subsystémů najednou, dále se stanovují příkony v úsporném režimu při zachování omezené činnosti a minimální příkon při vypnutí subsystému.

Hmotnostní a energetická bilance pikosatelitu PilsenCube

Při vlastním návrhů bilancí se zpravidla nejdříve vychází z předchozích misí s ohledem na vlastní výzkumné cíle pikosatelitu, později se návrh upřesňuje při znalosti vlastností prototypů jednotlivých subsystémů. Pikosatelit zpravidla obsahuje tyto subsystémy, mezi které se musí hmotnosti a příkony rozdělit:

  • Subsystém řídícího počítače a interní datové komunikace mezi subsystémy
  • Subsystém rádiové komunikace pro spojení s řídícím střediskem
  • Subsystém elektrického napájení
  • Subsystém pro určení a změnu prostorové orientace a polohy
  • Subsystém mechanický
  • Subsystém měřící
  • Subsystém vědeckých experimentů (tzv. payload)

U všech misí není zcela jednotná metodika, co do kterého subsystému započítávat, takže nelze projekty přímo mezi sebou srovnávat, ale určitou představu může poskytnout následující tabulka s rozdělením hmotností u několika podobných projektů, ovšem s dřívějším limitem celkové hmotnosti 1 kg.

Mechanika Řízení Komunikace Napájení Stabilizace Payload Ostatní Rezerva
czCube  150g  50g  150g  150g  100g  350g  –  50g
AdeSat  330g  110g  130g  200g  80g  70g  20g  60g
AAUSat  131g  50g  193g  190g  160g  170g  –  106g
Robusta  200g  150g  250g  250g  –  150g  –  –
Leicester CubeSat  170g  74g  165g  164g  105g  160g  20g  142g
Move  330g  50g  230g  220g  20g  100g  50g  –
SedSat-II  300g  50g  100g  225g  100g  200g  –  25g

 

 

 

 

 

 

 

 

Pro pikosatelit PilsenCUBE máme hmotnostní limity stanoveny s prioritou pro komunikační a napájecí subsystém (ověřování technologií superkapacitorů a výklopných solárních stěn, experimenty se softwarově definovaným rádiem) a také s ohledem na navýšený limit celkové hmotnosti na 1,33 kg dle následující tabulky:

Mechanika Řízení Komunikace Napájení Stabilizace Payload Ostatní Rezerva
PilsenCUBE 270g 80g 180g 440g 100g 50g 110g

 

 

 

Pikosatelit PilsenCube bude osazen solárními články TASC od firmy Spectrolab na čtyřech výklopných a šesti pevných stěnách. Při ideální orientaci vůči Slunci jsou fotovoltaické články schopné dodávat přibližně 7 W příkonu, pokud ovšem uvažujeme i neideální orientace způsobené volnou rotací pikosatelitu, pak lze očekávat průměrný příkon 4,5 W. Protože pikosatelit letí část oběžné dráhy ve stínu Země, průměrný příkon za celou orbitální dráhu činí 2,9 W. Protože všechny spínané měniče napětí a zásobníky pro uložení energie nepracují beze ztrát, lze uvažovat pouze 2,3 W pro reálné použití elektronickými subsystémy pikosatelitu.

Tato elektrická energie je subsystémům distribuována na 3.3V sběrnici a na 5V sběrnici, každá se schopností dodávat 1 A elektrického proudu. Maximální krátkodobý souběžný příkon elektronických subsystémů je tedy 8,3 W. Pro stanovení energetické bilance subsystémů pikosatelitu PilsenCube jsme definovali tyto příkony:

  • minimální příkon pro případ energetické nouze
  • příkon v úsporném režimu při omezené činnosti subsystému
  • dovolený dlouhodobý průměrný příkon subsystému pro nominální činnost
  • okamžitý příkon při nominální činnosti

Řídicí systém pikosatelitu rozhoduje podle aktuální situace (stavu nabití akumulátorů a superkapacitorů, doby do výletu ze stínu země, hlášených závadách subsystémů) o energetickém režimu pikosatelitu. Při nouzovém režimu řídicí subsystém pracuje s minimálním příkonem, snaží se deaktivovat vadné subsystémy a čeká s obnovou činnosti pikosatelitu na let na osvícené straně Země a dobití zásobníků elektrické energie. Radiomaják vysílá dle možnosti základní telemetrii s velmi omezenou střídou činnosti pro možnost diagnostiky stavu pikosatelitu na řídícím středisku. Ostatní subsystémy jsou deaktivovány. Úsporný režim znamená, že nezbytné subsystémy jsou v činnosti při minimalizovaném příkonu (řízení, měření, komunikace), subsystémy bez možnosti sníženého příkonu jsou deaktivovány. Normální režim činnosti při dostatku energie znamená, že mohou být volně plánovány energeticky náročné experimenty subsystémů tak, aby nebyl překročen jejich dovolený dlouhodobý průměrný příkon nebo okamžitý možný odběr z napájecích sběrnicí.

3,3V min_nouz 3,3V min_oper 3,3V nom 3,3V prům 5V min_nouz 5V min_oper 5V nom 5V prům
Řízení a interní komunikace 100mW 100mW 300mW 300mW
Radiový maják 100mW 100mW 100mW
Konvenční rádio 1000mW 100mW
Softwarové rádio 2000mW 200mW
Napájení – samospotřeba 50mW 50mW 50mW 50mW 50mW 50mW 50mW 50mW
Řízení stabilizace 200mW 100mW 600mW 300mW
Detekce orientace 200mW 200mW 200mW 200mW
Měření 50mW 200mW 200mW 50mW 200mW 200mW
Ostatní 1000mW 50mW 1000mW 50mW
Minimální příkon – režim nouze 150mW 50mW
Minimální příkon – úsporný režim 200mW 200mW
Maximální příkon – vše v činnosti 1950mW 5150mW
Nominální příkon – normální režim 900mW 1200mW

 

 

 

Výsledná energetická bilance ukazuje, že při normální činnosti pikosatelitu a jeho subsystémů zbývá 200mW rezerva. Dimenzování 3.3 V napájecí sběrnice dovoluje krátkodobě souběžnou činnost všech subsystémů. Dimenzování 5V napájecí sběrnice dovoluje také krátkodobě souběžnou činnost většiny subsystémů. K přetížení zde nedochází, protože při aktivaci softwarového rádia se deaktivuje rádio konvenční (jejich souběžná činnost není technicky žádoucí).