MidSTAR-1

MidSTAR-1 es un satélite artificial producido por el Programa de Satélites Pequeños de la Academia Naval de los Estados Unidos . Fue patrocinado por el Programa de Pruebas Espaciales (STP) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) y lanzado el 9 de marzo de 2007 a las 03:10 UTC, a bordo de un vehículo de lanzamiento desechable Atlas V desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . MidSTAR-1 voló junto con FalconSat 3 , STPSat 1 y CFESat como cargas útiles secundarias; la carga útil principal fue Orbital Express . ^{[ 1 ]}

MidSTAR es una plataforma satelital de uso general capaz de soportar diversas misiones espaciales, ya que permite alojar fácilmente una amplia gama de experimentos e instrumentos espaciales. La integración de los experimentos con la plataforma satelital debe realizarse con mínimas modificaciones en su diseño. MidSTAR está concebida como una plataforma de respuesta rápida y costo relativamente bajo, que admite pequeñas cargas útiles aprobadas por la Junta de Revisión de Experimentos Espaciales (SERB) del Departamento de Defensa y que esperan su lanzamiento a través del Programa de Transporte Espacial (STP).

MidSTAR está diseñado para su uso en el anillo adaptador de carga útil secundaria (ESPA) del EELV, desarrollado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL) para su instalación en los vehículos de lanzamiento desechables Delta IV o Atlas V. MidSTAR es una nave espacial de Clase D, producida al mínimo coste, lo que conlleva un riesgo técnico mayor tanto en su producción como en su operación. Su diseño es intencionalmente sencillo y su construcción robusta, utilizando componentes comerciales listos para usar en la mayor medida posible. El desarrollo de componentes y el diseño de la placa de circuitos se realizan únicamente cuando es necesario.

MidSTAR-1 es la primera implementación del diseño. Fue encargada por STP para transportar el Experimento de Satélite de Comunicaciones por Internet (ICSat) para SSP y el Experimento de Procesador Tolerante a Fallos Configurable (CFTP) para la Escuela Naval de Posgrado (NPS). Además, MidSTAR-1 transporta la Unidad de Sensores Nanoquímicos (NCSU) para el Centro de Investigación Ames de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) ; Eclipse, construido por Eclipse Energy Systems, Inc. para el Centro de Vuelo Espacial Goddard (GSFC) de la NASA; y el Instrumento Microdosímetro (MiDN), patrocinado por el Instituto Nacional de Investigación Biomédica Espacial (NSBRI) y construido por el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Academia Naval de los Estados Unidos (USNA). La misión está prevista para durar dos años.

La misión MidSTAR-1 consistió en una única nave espacial bajo el mando y control de una única estación terrestre de satélites (SGS) ubicada en la Academia Naval de los Estados Unidos en Annapolis, Maryland. La estación terrestre transmitió los archivos de datos descargados a los investigadores principales a través de Internet. El lanzamiento de MidSTAR-1 se realizó mediante un vehículo de lanzamiento Atlas V del Programa de Pruebas Espaciales , colocando el satélite en una órbita circular a 496  km de altitud y 46 grados de inclinación.

El satélite utilizaba un enlace ascendente a 1,767  GHz con una frecuencia intermedia (FI) de 435  MHz y un  enlace descendente a 2,20226 GHz. Mediante la modulación Gaussian Minimum-Shift Keying , ^{[ 2 ]} se lograron comunicaciones con el satélite a una velocidad de datos de 68,4 kbit /s o superior. El satélite también utilizaba software de código abierto basado en el sistema operativo Linux . MidSTAR-1 no tenía control ni determinación de actitud ni control térmico activo. La nave tenía una masa de 118 kg. ^{[ 3 ]} 

El éxito del 100 % se definió como el lanzamiento y la operación exitosos del satélite con soporte completo para los dos experimentos principales durante dos años. El éxito del 50 % se definió como el lanzamiento y la operación exitosos del satélite con: soporte completo para un experimento principal durante dos años; soporte completo para ambos experimentos principales durante un año; o soporte parcial para ambos experimentos principales durante dos años. El éxito del 33 % se definió como el lanzamiento exitoso del satélite y la operación completa de la plataforma satelital con soporte parcial para cualquier combinación de cargas útiles primarias y secundarias durante cualquier período de tiempo.

9 de marzo de 2007: MidSTAR-1 voló como parte de la misión STP-1 a bordo de un cohete Atlas V de United Launch Alliance desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . El despegue tuvo lugar a las 03:10 UTC ; la separación de la nave espacial se produjo a las 03:32 UTC. El Servicio Geológico Espacial de la Armada de los Estados Unidos (USNA SGS) logró establecer comunicación con la nave espacial durante el primer paso sobre Annapolis, Maryland, a las 04:59 UTC. La nave espacial operaba nominalmente en modo seguro .

21 de marzo de 2007: El sistema CFTP se activó a las 22:17 UTC para añadir 6 W de potencia continua a la carga del sistema eléctrico y, de este modo, reducir la tensión de carga en las baterías.

28 de marzo de 2007: El sistema MiDN se activó aproximadamente a las 24:00 UTC. Tras este paso, la nave espacial dejó de responder a todas las órdenes terrestres.

4 de abril de 2007: Primer uso del comando firecode reset de la nave espacial aproximadamente a las 21:30 UTC. Este comando activa el interruptor de reinicio del procesador MIP-405 y reinicia el sistema operativo. Este reinicio desactivó los experimentos CFTP y MiDN y borró todos los búferes de comandos. A las 23:24 UTC, la nave espacial respondió a una orden de transmisor . La telemetría confirmó que el reinicio se realizó correctamente.

5 de abril de 2007: Se volvieron a activar CFTP y MiDN.

6 de abril de 2007: La descarga selectiva de archivos MiDN recuperó 71 archivos de 92 bytes cada uno, los cuales fueron entregados al Investigador Principal (IP). Esta fue la primera recuperación exitosa de datos científicos de la nave espacial. Con este logro, MidSTAR-1 cumplió con el criterio de éxito de la misión del 33 %.

26 de mayo de 2007: NCSU se encendió aproximadamente a las 1900 Z.

29 de mayo de 2007: Se entrega el primer paquete de datos al investigador principal de NCSU . Los cuatro experimentos están en marcha y suministrando datos a los investigadores principales.

18 de junio de 2007: Un comunicado de prensa de la NASA anuncia el éxito de NCSU.

5 de septiembre de 2007: La computadora de la nave espacial se bloqueó debido a influencias desconocidas, probablemente causadas por la radiación. Esto ocurrió mientras la nave se encontraba a pleno sol y con los sistemas de descarga de energía (30 W) activados para evitar la sobrecarga de las baterías. Sin la computadora para desactivar dichos sistemas, la nave permaneció en una configuración de potencia neta negativa continua, lo que finalmente agotó las baterías. Cuando el voltaje de la batería cayó por debajo de 8 V, los interruptores electrónicos de los sistemas de descarga se desactivaron, devolviendo la nave a una potencia neta positiva y permitiendo que las baterías se recargaran.

7 de septiembre de 2007: Una vez que las baterías se recargaron lo suficiente, la computadora se reinició correctamente. El reinicio ocurrió 48 horas después del evento inicial. No se dispone de telemetría de la nave espacial ni de ningún experimento durante ese período de 48 horas. La telemetría indica que se reanudó el funcionamiento normal, pero todos los experimentos se dejaron apagados a la espera del análisis posterior al evento y del desarrollo de un plan para volver a ponerlos en línea.

12 de septiembre de 2007: Se reinició el CFTP.

21 de septiembre de 2007: MiDN se reinició.

Abril de 2009: Se perdió el contacto con MidSTAR-1. La nave dejó de transmitir y no respondió a las órdenes desde tierra. La anomalía se atribuyó a un fallo en las baterías. MidSTAR-1 fue declarada fuera de servicio. MidSTAR-1 prestó soporte completo a todos los experimentos a bordo durante dos años, cumpliendo con el criterio de éxito del 100%.

17 de agosto de 2023: el satélite se desintegró en órbita. ^{[ 4 ]}

El marco de MidSTAR-1 es una estructura octogonal de 32,5 " a lo largo del eje longitudinal, incluyendo el sistema de separación, y de 21,2" x 21,2" en sección transversal. El mecanismo de despliegue está montado en la cara x negativa. La cara x positiva está reservada para experimentos externos. De los 38" a lo largo del eje x permitidos en la envoltura ESPA , 2-4" están reservados para el mecanismo de despliegue (banda de luz motorizada de 15" fabricada por Planetary Systems, Inc.), y 4-6" están reservados para experimentos externos. La longitud del marco es de 30". Los ocho lados de la nave espacial están cubiertos con células solares para maximizar la energía disponible. Ocho antenas dipolo están montadas en las cuatro caras de la nave espacial que "cortan las esquinas" de la envoltura ESPA y, por lo tanto, están posicionadas dentro de la envoltura ESPA en lugar de coincidir con la superficie de la misma. Los lados restantes están equipados con ojales desmontables para facilitar su elevación y transporte durante el apoyo en tierra.

MidSTAR-1 cuenta con tres estantes interiores que proporcionan espacio dentro del satélite para el montaje de componentes y cargas útiles. Su ubicación está determinada por las dimensiones de las cargas útiles y los componentes. Estos pueden variar en futuras implementaciones del modelo MidSTAR, si fuera necesario, siempre que la estructura se mantenga dentro de los requisitos del centro de gravedad . La estructura portante del octágono consta de las plataformas superior e inferior, conectadas en las ocho esquinas por largueros. Los paneles laterales de la nave espacial son paneles de aluminio de 1/8" montados a los largueros con pernos n.° 10 .

La misión del Sistema de Comando y Procesamiento de Datos (C&DH) es recibir y ejecutar comandos; recopilar, almacenar y transmitir datos de mantenimiento; y dar soporte a las cargas útiles a bordo. El ordenador de vuelo está diseñado para controlar el satélite y gestionar los datos de telemetría y de los experimentos durante un mínimo de dos años.

El sistema C&DH consta de una computadora de placa única MIP405-3X modificada a medida que incluye (i)  un procesador PowerPC de 133 MHz; (ii) 128 MB de ECC ; (iii) 4 puertos serie asíncronos RS-232; (iv) 1 puerto Ethernet; (v) un bus PC/104; (vi) un bus PC/104+; y (vii) un Disc on Chip 202-D384-X que proporciona 384 MB de almacenamiento secundario. La placa de la computadora es compatible con una tarjeta serie síncrona ESCC-104 con 2 puertos serie síncronos y una tarjeta de expansión serie EMM-8M-XT con 8 puertos serie asíncronos RS-232 /422/485 y 8 canales de E/S digitales. Una tarjeta de adquisición de datos I0485 modificada proporciona 22 canales de telemetría analógica y 32 canales de E/S digitales.

La decisión de utilizar la placa MIP405 basada en PowerPC en lugar de una basada en x86 se basó exclusivamente en el bajo consumo de energía de la placa, combinado con sus funcionalidades. La elección se limitó a las arquitecturas de procesador x86, PowerPC y ARM debido a la decisión del programa de utilizar el sistema operativo Linux. La MIP405 integra Ethernet, puertos serie e interfaz Disk-on-Chip en una sola placa, a la vez que proporciona 128 MB de memoria ECC y un potente procesador con un consumo inferior a 2 vatios. El sistema basado en x86 más similar con características comparables consumía 5 vatios.

Se eligió el chip de disco en chip de M-Systems por ser el estándar de facto para reemplazar los discos duros con memoria flash. Se optó por la memoria flash en lugar de un disco duro tradicional para aumentar la fiabilidad y reducir el consumo de energía. Se eligió la versión de 384 MB para proporcionar el almacenamiento necesario para el sistema operativo y, al mismo tiempo, mantener un margen adecuado.

La tarjeta Diamond Systems Emerald-MM-8 fue elegida para la interfaz serie asíncrona debido a su flexibilidad inherente, ya que cualquiera de sus 8 puertos puede configurarse como RS-232, RS-422 o RS-485.

La tarjeta de adquisición y control de datos IO485 de RMV fue seleccionada para el sistema de telemetría distribuida debido a su compatibilidad integrada con la conexión en cadena y la gestión de un gran número de tarjetas. Su capacidad de expansión integrada es fundamental para abordar futuros problemas de telemetría en versiones posteriores de la línea MidSTAR.

El C&DH utiliza el sistema operativo Linux con un núcleo de la serie 2.4. Para crear una arquitectura de software abierta, se eligió la pila de protocolos IP para proporcionar comunicaciones entre procesos, dentro del satélite y entre satélite y tierra. Esto permitió integrar con mínima dificultad programas creados en diferentes instalaciones y con hardware distinto.

Todas las comunicaciones internas y externas utilizan protocolos de internet. TCP se utiliza para todas las comunicaciones satelitales internas; UDP o MDP se utilizan para el enlace ascendente y descendente.

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