ポケットに収まる衛星　~PocketQube規格~

　最近大量打ち上げが続くCubeSatですが、その中に、PocketQube規格という、CubeSatよりも小さな規格の人工衛星が含まれていました。　

PocketQube規格は、CubeSatを提唱したTwiggs教授が策定したもののようです。
　http://www.kickstarter.com/projects/pocketqube/want-to-build-a-satellite-but-dont-have-a-nasa-siz

CubeSatは10cm角で1U(ユニット)ですが、PocketQubeは5cm角を1Pとしています。NanoSatに対し、FemtoSatとも呼ばれています。

DNEPRには4機のPocketQube衛星が搭載されましたが、正確には放出機構を内蔵した30cm級の衛星(伊のUnisat-1)から放出されています。　衛星から放出される衛星です。

PocketCubeランチャーを搭載した母衛星　Unisat 5　(イタリア)
　http://space.skyrocket.de/doc_sdat/unisat-5.htm

・Wren(ドイツ)
http://www.kickstarter.com/projects/1467273745/wren-fly-a-real-spacecraft-by-yourself
　http://space.skyrocket.de/doc_sdat/wren.htm

・Beakersat-1(Eagle 1)　(アメリカ )
http://space.skyrocket.de/doc_sdat/beakersat-1.htm

・$50Sat(Eagle 2)　(アメリカ)
http://www.50dollarsat.info/
http://space.skyrocket.de/doc_sdat/$50sat.htm

・QubeScout S1　(アメリカ)
　http://space.skyrocket.de/doc_sdat/qubescout-s1.htm

$50Satは、4x4cmの基板に、PICAXE※が載っていて、各種健康状態をモールス、FSK(RTTY)、GMSKパケットで送信するというシンプルな構成になっています。技術規模としては、カンサットを太陽電池駆動にして、宇宙に持っていくのに近いと思います。

(※　PICAXE:　BASICでプログラミングができるマイコン。中身はPIC)

Wrenは5cm角という最小サイズながら、カメラによる画像認識、SSTV送信、リアクションホイール、スラスタまで内蔵しているとのことです。　(過去にネットを漁って見つけた時から気になっていましたが…)
　
未確認ですが、PocketQube規格の衛星のアンテナの展開については、放出機構から出た時点で自然と展開するようにされているように見えます(要出典)、アクティブにアンテナ展開する必要があるCubeSatよりは不安要素が少ないですね。　

　この小ささで気になるのが通信機です。

　PocketQubeではどの衛星もワンチップのRFICモジュールを使っているみたいです。出力は100mW程度。
　
　これらのRFICはリモコン用途で色々なメーカーのものがあり、ISM帯から、430M帯までいくつかのバンドを網羅しており、ASK、FSK、GFSKなどが主な変調方式です。ただ大半はパケット構造をいじれないものが多く、ホビー用に多く使われていて、アナログ的に自由度の高いものを選んでいるようです。
※こうしたRFICは国内で使うときは電波法に則った届け出が必要です。
　
　RFIC内蔵マイコンを利用した例だと、更に基板1枚にまで削ぎ落とされたKickSatがあります。
このあたりになってくると、ちゃんと地上で受信できる回線設計なのか心配ですが…。

　まさにポケットに収まるサイズの人工衛星ということで、5cm角模擬衛星を作っていた身としては、もう実際に宇宙に飛ばしているのを知って非常にワクワクしました。　DIYで人工衛星を作れる時代はもう来ていますね。

　これらの試みは最小構成からのボトムアップを突き詰めていくことで、CubeSatの通信/制御に必要なシステムの体積もどんどん小さくできることを示しています。海外の小型衛星のコマンド系では、既に低コスト化のためにRFICを採用しているものが幾つかあります。 (立派な管制局の配備も前提での話ですが)

衛星の機能を電力含めてボード一枚で担えるようにすれば、残りの体積で色々おもしろいことができそうです。　個人的には電力的に不死身な衛星を作るために試行錯誤中です。

【サボテン】太陽電池の結線

久しぶりにサボテン計画。忙しかったり投薬治療直前でだるかったりして、かなり放置していた。さぼてんも不機嫌そうだ。せっかくなので、園芸用の水受けに移す。関節痛で寝込んでる間に、エイプリルフール終わってましたね＾＾･･･。太陽電池の展開機構を想像したが、まずは太陽電池の結線を済ませよう。配線を綺麗にまとめたくていろいろ探していたら、千石電商でぴったりなものを見つけた。 LEDリング基板というらしい http://www.led-paradise.com/product/629? 本来はチップLEDをリング状にまとめる代物。イレギュラーな使い道だ。今度は小径のを買って、GX200のリングライトに仕立て上げよう。嬉しいことにフレーム径にジャストフィット。配線を綺麗にまとめられた。太陽電池の接続部。逆流防止用にショットキーダイオードを入れている。かなりスッキリ。蛍光灯下 500ルクスでの実験。 EDLCは10Fを使用。ちゃんと充電が行われている。といっても、とてもとてもゆっくりとだけれど･･･。

Arduino Nano Everyを試す

秋月で売っていたAtmega8と、感光基板でエッチングしたArduino互換ボードを製作してみて、次に本家ボードも買って… と気が付いたら10年が経過していた。ハードウェア的な観点では、今は32bitMCUの低価格化、高性能化、低消費電力化が著しい。動作周波数も100MHz超えが当たり前で、30ｍA程度しか消費しない。動作電圧範囲が広く、単純な8ビットMCUが不要になることはまだないだろうけど、クラシックなAVRマイコンは値上がりしており、価格競争力は無くなりつつある。そしてコモディティ化により、公式ボードでは不可能な値付けの安価な互換ボードがたいていの需要を満たすようになってしまった。 Arduino Nano Every https://store.arduino.cc/usa/nano-every https://www.arduino.cc/en/Guide/NANOEvery そんな中、Arduino本家がリリースした新しいNanoボードの一つ。他のボード2種はATSAMD21(Cortex-M0+)と無線モジュールを搭載したArduino zero（生産終了済み）ベースのIoT向けボードだが、 Nano EveryはWifi Rev2と同じくAtmega4809を採用していて、安価で5V単電源な8ビットAVRボードだ。 Atmega4809はATmegaと名がついているが、アーキテクチャはXMEGAベースとなり、クラシックAVRとの間にレジスタレベルの互換性は無い。 https://blog.kemushicomputer.com/2018/08/megaavr0.html もちろん、ArduinoとしてはArduinoAPIのみで記述されたスケッチやライブラリは普通に動作するし、Nano Every用のボードオプションとして、I/Oレジスタ操作についてはAPIでエミュレーションするコンパイルオプション（328Pモード）がある。公式のMegaAVR0ボードはどれもブートローダーを使わず、オンボードデバッガで直接書き込みを行っている。ボードを観察...

ATmega4809(megaAVR0)を試す

megaAVR 0という新しいAVRシリーズを試してみた｡小さいパッケージなのに､UARTが4本もあるのが気になったのがきっかけ｡登場すると噂の Arduino Uno Wifi rev2 にも採用されるらしい｡簡単にデータシートを眺めてみると､アーキテクチャはXmegaシリーズを簡素化し、動作電圧範囲を広げたもののようだ。 CPUの命令セットはAVRxtと新しくなっているが、Xmegaで拡張された一部の命令（DESやUSBで使われる命令）が削除されていて、基本的に今までのATmegaとほぼ同じだ。コンパイラからは、先に登場した新しいtinyAVR0, tinyAVR1シリーズと共にAVR8Xと呼ばれて区別されている。 CPU周りを見てみると､割り込みレベルなど､今までのクラシックなATmegaで足りないなと思っていたものがかなり強化されていた｡ ArduinoAPIを再実装するとしたら便利そうなペリフェラルもだいたい揃っている｡データシート P6 DMAは無いけれど､周辺機能にイベント駆動用の割り込みネットワークが張り巡らされているのがわかる｡できるだけCPUを介在させない使い方がいろいろ提案されているので、アプリケーションノートやマニュアルを読み込むことになる。ピックアップした特徴･データメモリ空間(64kB)に統合されたFlashROMとEEPROM ･RAM 6kB ROM 最大48kB (メモリ空間制限のため) ･デバッグ専用の端子 UPDIを搭載･優先度付きの割り込み(NMIと2レベル) ･ピン単位の割り込み（かなり複雑になった）･リセットコントローラ（ソフトウェアリセット用レジスタが実装され、リセット原因が何だったかもリセット後に読み出せるようになった）･豊富な16ビットタイマ(4809では5基）･16ビットリアルタイムカウンタ(RTC) ･豊富な非同期シリアル/同期シリアル(USART 4ch､SPI 1ch,TWI 1ch) ･内蔵クロックは最高20MHz(PLL)と32kHzの2種類。外部クロックは発振器と時計用水晶のみ･ADCは10bit 16ch...

GPSアンテナをつくる

GPSアンテナを作ってみた｡ 1575MHzの波長は約19cmなので､半波長で9.5cmとなる｡ GHz帯とはいえ､結構長いものだなぁ｡セラミック等の誘電体がなければ､平面アンテナで真面目に半波長アンテナを作ろうとすると手のひらサイズの面積が必要になってしまう｡普通のダイポールだと指向性があるので､交差させてクロスダイポールにする｡屋外地上局のアマチュア衛星用アンテナの設計をそのまま縮小したもの｡水平パターンはややいびつ 92.2mmの真鍮の針金(Φ=0.5mmくらい)を2本用意して､42.3mmで90°に曲げる｡長さの同じ素子同士を並べて配置する｡ (全長が半波長より長い素子と短い素子が交差した状態) 片方をアンテナ信号線､もう片方をGNDにつなげば完成｡実際5分くらいでつくったけれど､果たしてどうだろうか｡今回は､道具箱に眠っていた表面実装タイプのMT3339系モジュールに取り付けた｡アンテナはもともと3x1.2mm程度のとても小さいチップアンテナで､ LNAが入っているけど感度が悪かったのでお蔵入りしていた代物｡最近の携帯機器はみなアンテナに厳しい｡さて･･･クロスダイポール版モジュールをPCでモニタしたウインドウ(左)と､QZ-Rader画面東側に建物遮蔽があるので､そちら側の衛星はSNが悪い｡とりあえず補足できた衛星数はシミュレーションされたものとほぼおなじだった｡アンテナの角度をいろいろ振って､逆さまにしてもロストすることはなかった｡セラミックのパッチアンテナレベルにはなったかな･･･｡簡単にできてそれなりに測位するけれど､携帯性は皆無になった｡あと､近接周波数の干渉を受けやすいかもしれない｡ GPSアンテナのDIY例としては､QFHアンテナもある｡ラジオゾンデなどで使われている例がある｡いつもお世話になっているQFHアンテナ計算シートのサイト https://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php ヘリカルアンテナは加工精度の難易度が上がるので､今回はクロスダイポールにした｡ GNSSとなると､複数の周波数のために調整されているセラミックパッチアンテナが有利だと思う｡セラミックパッチア...

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