أوبتوس

كان هذا النظام الفرعي مسؤولاً عن قياس وتصحيح موقع القمر الصناعي بدقة أثناء وجوده في مداره. وتم تحديد اتجاهه بواسطة مستشعريْن شمسيين من نوع TNO مثبتين على وجهيْه -Y و-Z، حيث يتبادلان البيانات حول اتجاه وشدة ضوء الشمس المُستقبل. ويمكن لهذين المستشعرين تحديد موقع الشمس بدقة تصل إلى درجتين من الخطأ . أما الموقع بالنسبة للأرض، فقد تم قياسه بواسطة مقياس مغناطيسي ثلاثي المحاور يعمل كبوصلة عالية الدقة . ويستند هذا الجهاز إلى نسخة مُعدّلة بشكل كبير من جهاز Honeywell Aerospace HMC-1043. وتم وضع مستشعر شمسي إضافي على الوجه +Z ليعمل كمؤقت مراقبة لكل من وحدات تحديد الاتجاه وتجربة APIS.

تم توفير المحركات من قبل شركة Astro und Feinwerktechnik Adlershof GmbH ، وتتألف من مجموعة من عجلات رد الفعل . وُضعت خمسة محركات مغناطيسية إضافية ، من إنتاج شركة AAC Clyde Space، على جميع رؤوس القمر الصناعي باستثناء رأس واحد، مُدمجة على لوحة الدوائر المطبوعة الخاصة بالألواح الشمسية، وذلك لتخفيف الوزن. تمت برمجة وحدة التحكم بالكامل بواسطة شركة SENER ، وهي توفر حرية الدوران مع تحكم مستمر في عزم الدوران، بالإضافة إلى القدرة على تثبيت الطائرة على محاورها الثلاثة. كما استُخدمت المحركات المغناطيسية للانتقال بين أوضاع التشغيل، وللمساعدة في تقليل تشبع عجلات رد الفعل عند الحاجة. ^{[ 9 ]}

جميع الألواح الشمسية مصنوعة من زرنيخيد الغاليوم (GaAs) ومثبتة على سلسلة مكونة من 6 خلايا طولًا و4 خلايا عرضًا. في ظروف التشغيل، توفر هذه الألواح 7.2 واط من الطاقة في نهاية عمرها الافتراضي ، والتي تُخزن وتُستخدم لتشغيل القمر الصناعي. قبل استخدامها، تُخزن الطاقة الكهربائية في بطارية ليثيوم أيون موصولة بدورها بلوحة تنظيم شحن ، من تصميم شركة AAC Clyde Space، تعمل كمصدر طاقة قادر على توفير جهد منظم يتراوح بين 3 و6 فولت ، وجهد غير منظم يصل إلى 12 فولت. كما تم توصيل كل نظام فرعي بمحولات تيار مستمر/مستمر لضمان مستويات طاقة كافية. ^{[ 10 ]}

استند نظام OBCom بشكل كبير إلى نظام OWLS (الذي طورته أيضًا INTA واستُخدم في أقمار صناعية سابقة مثل Nanosat-01 ). ^{[ 11 ]} ولذلك، استخدم النظام حزم الأشعة تحت الحمراء المنتشرة للاتصالات الداخلية، وناقلًا رئيسيًا لاسلكيًا لشبكة منطقة التحكم (CAN) ™/TC. ويوفر ناقل CAN افتراضيًا ستة عشر خط إخراج قابلة للتهيئة، يمكن استخدامها كمخرجات منفصلة أو إشارات ساعة، وثلاث قنوات تناظرية، ووحدة تحويل تناظري-رقمي بدقة 10 بت.

ساهم استخدام الاتصالات بالأشعة تحت الحمراء في تقليل الأسلاك، مما وفر المساحة والوزن مع توفير سرعات نقل أعلى. يحتوي كل نظام فرعي على وحدة OBCom مستقلة خاصة به، تعتمد على أجهزة منطقية قابلة للبرمجة معقدة (CPLD) تعمل وفق بروتوكول اتصالات CAN قصير متوافق مع جميع مركبات وكالة الفضاء الأوروبية. يتكون كل باعث من اثنين من SFH4205 ^{[ 12 ]} يعملان بالتوازي، بينما تتكون أجهزة الاستقبال من اثنين من الثنائيات الضوئية TEMD5110 ^{[ 13 ]} المُرشحة بالأشعة تحت الحمراء . ^{[ 14 ]}

كان النظام الفرعي OBDH مسؤولاً عن جمع ومعالجة جميع البيانات التي تجمعها مختلف وحدات القمر الصناعي، ولذلك عمل بتعاون وثيق مع نظام OBCom، حيث تشارك معه في كل من المكونات المادية والبرمجية، مع الحفاظ على مستوى من التكرار في حالة تعطل النظام. وقد أتاح ذلك تصميمًا صغيرًا جدًا (25  مم × 15  مم × 14  مم)، وخفيف الوزن (وزن إجمالي 8 غرامات)، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة (أقل من 50  ميلي واط).

كان جوهر جهاز OBDH هو وحدة المعالجة المركزية (CPU) التي تعتمد على بنية MicroBlaze وتوفر التوافق مع شبكات ناقل CAN بفضل بروتوكولات CPLD / FPGA وواجهات التشغيل عالية المستوى. ويمكن تصنيف هذه الواجهات إلى مجموعتين حسب طريقة التشغيل:

• وحدة المعالجة المحسّنة (EPH): استنادًا إلى Xilinx Virtex-II Pro، وفرت وحدة المعالجة المحسّنة واجهة عامة للأنظمة الفرعية المختلفة عبر ناقل CAN، وتراقب مباشرةً وتحتوي على التعليمات البرمجية من كل من ACDS وTTC. ^{[ 15 ]} كانت قادرة على استقبال معلومات الحالة والتصرف بناءً عليها مباشرةً من الوحدات (وخاصةً إطارات TM).
• محطة OBDH الموزعة (DOT): تشبه في طريقة عملها محطة CPLD Cool Runner II، حيث تعمل DOT كواجهة مشتركة بين وحدة المعالجة المركزية والتجارب المختلفة. بالإضافة إلى استقبال البيانات وتخزينها، كانت DOT قادرة أيضًا على إرسال التعليمات والأوامر من وحدة التحكم الأرضية عبر وحدة الاتصالات. ^{[ 16 ]}

وقد عمل كلا الوضعين في وقت واحد لضمان التكامل والتوافق بين جميع الأنظمة الفرعية وسرعة اتصال كافية (تصل إلى 125  كيلوبت/ثانية).

يعمل نظام التحكم الحراري (TCS) بشكل سلبي فقط ، ويتكون من عدة طبقات عازلة متعددة الطبقات وطلاء عازل يحيط بالوحدات والإطار. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي كل نظام فرعي على مزدوج حراري خاص به يقيس درجة حرارته ويشاركها مع وحدة المعالجة المركزية.

بالقرب من الواجهة المربعة العلوية، وُضعت أربعة هوائيات أحادية القطب قابلة للنشر، متعددة الاتجاهات ، ذات استقطاب دائري . بالإضافة إلى ذلك، احتوى النظام الفرعي على جهاز إرسال واستقبال متطور ثنائي الاتجاه ووحدة تحكم طرفية (TNC). تعمل هذه الأجهزة على نطاق الترددات العالية جدًا (435  ميجاهرتز) ^{[ 17 ]} ، وتتيح سرعات تصل إلى 4  كيلوبت/ثانية للوصلة الصاعدة ، باستخدام حاملة البيانات الفرعية (PM/PBSK)، و5  كيلوبت/ثانية للوصلة الهابطة، باستخدام نبضات مانشستر (SP-L) المعيارية، تتراوح بين 3 و10  كيلوبت/ثانية. ^{[ 18 ]}

تم إنتاج النظام الفرعي بأكمله بواسطة شركة تاليس ألينيا سبيس إسبانيا إس إيه باستخدام بروتوكولات وكالة الفضاء الأوروبية مثل ECSS-E-70-41A للاتصالات الأرضية والتحكم والقياس عن بعد. ^{[ 19 ]}

قبل اكتمال القمر الصناعي، بدأت INTA بتطوير مشروع موازٍ يُسمى اختبار محاكاة المهمة (MST) بهدف استخدامه كساحة اختبار لاختبار ومراقبة المركبة الفضائية وأنظمتها الفرعية. كان اختبار محاكاة المهمة قادرًا على محاكاة ظروف مدارية مختلفة مثل الكسوف والتداخلات الكهرومغناطيسية وفقدان الإشارة الزمني، بالإضافة إلى الاختبارات الفيزيائية (الفراغ، والاهتزازات، وتنظيم درجة الحرارة، إلخ). بعد نجاحه، تم تطوير اختبار محاكاة المهمة ليصبح SIMSAR لاختبار أنظمة SAR المُطلقة من الفضاء، وقد استُخدم خلال تطوير كلٍ من Paz و SEOSat-Ingenio . ^{[ 24 ]}

عند اكتمال النموذج الأولي في أوائل عام 2013، أُجريت عدة اختبارات للحمولة باستخدام نظام MST. خلال هذه التجارب، خضع القمر الصناعي لمراقبة عن بُعد من قِبل محطة تحكم أرضية عبر الترددات اللاسلكية في ظروف المهمة. أثبتت هذه الاختبارات أهميتها البالغة لنجاح المركبة الفضائية، إذ سمحت باكتشاف العديد من أوجه القصور في التصميم، ولا سيما ضعف كفاءة مستويات تشغيل الجهد الكهربائي وعطل منظمات مصدر الطاقة. كان التغلب على هذه العيوب صعبًا، وتطلب إجراء تعديلات على تكوين الطيران ونشر الألواح الشمسية، خاصةً في ظل القيود التي يفرضها جهاز إطلاق ISOPOD. ^{[ 25 ] [ 26 ]} بين اختبارات الحمولة، جرى فحص سلامة القمر الصناعي بشكل دوري لضمان أدائه. أُجري الاختبار الأخير في قاعدة ياسني الفضائية قبيل دمجه في الصاروخ. ^{[ 27 ]}

كان مستشعر الصور أحادي اللون غير الحراري عبارة عن كاميرا CMOS طُوّرت لدراسة تجميع الصور وتدهور العدسة في الفضاء. وكان الهدف من ذلك التقاط عدة صور لنفس المناطق تحت ظروف إضاءة متشابهة ودراسة الاختلافات في جودة الصورة وألوانها. كانت عدسة الكاميرا انكسارية ومحمية من الضوء الشارد بواسطة مجموعة من الحواجز. وكانت مسؤولة عن إعادة توجيه الضوء إلى المستوى البؤري حيث يتم إنتاج الصور باستخدام مصفوفات ثنائية الأبعاد من الخلايا الضوئية القائمة على تقنية CMOS. بلغت الدقة القصوى للخلايا الضوئية 1.3 ميجابكسل (6.7  ميكرومتر لكل بكسل)، ولكن عند تشغيل دائرة القراءة المتكاملة (ROIC) بسرعات عالية، لم يكن بالإمكان الوصول إلا إلى 0.65 بكسل. وكان المستوى البؤري 4.3 × 3.2  ملم. ^{[ 28 ]}

كانت كاميرا APIS مقاومة للحرارة، وقادرة في البداية على توفير صور عالية الجودة ضمن نطاق درجة حرارة ±20 درجة مئوية. وللحفاظ على وضوح الصورة في مختلف درجات الحرارة البيئية، تم توزيع عدساتها وتدعيمها بمواد عالية المقاومة للحرارة. إضافةً إلى ذلك، احتوت الكاميرا على أوضاع تصوير مختلفة، ويمكن استخدامها لالتقاط الصور الفورية أو برمجتها من محطة تحكم أرضية. بلغ وزنها الإجمالي 120 غرامًا. ^{[ 29 ]}

صُممت محززات براغ الليفية للاستشعار البصري لدراسة سلوك أشعة الليزر وتغير أطوال موجاتها عند عبورها محززات براغ الليفية في درجات حرارة مختلفة. تُعالج هذه التغيرات لاحقًا في وحدة المعالجة لإيجاد علاقة دقيقة بين تغير الطول الموجي ودرجة الحرارة. تُقارن النتائج المُحصلة مع نتائج المزدوجات الحرارية في نظام التحكم الحراري (TCS) لتقييم صحة القياسات. ^{[ 30 ]} ولتقليل التداخل، لُحمت محززتان على دعامات فولاذية ناتئة على طرفي القمر الصناعي، تشتركان في وحدة معالجة متكاملة ومصدر ضوئي. المصدر الضوئي عبارة عن ليزر قابل للضبط مُنظم بواسطة وحدة تحكم إدخال مستقلة (DOT). أما جهاز الاستقبال فهو ثنائي ضوئي من نوع PIN InGaAs (EPM605 من تطوير JDSU ). ^{[ 31 ]}

كان حجم التجميع النهائي 79  مم × 69  مم × 15  مم، بكتلة إجمالية أقل من 120 جم، ومتوسط ​​استهلاك طاقة يبلغ 1.5 واط.

كان مستشعر المقاومة المغناطيسية العملاقة مقياسًا مغناطيسيًا تجريبيًا يُستخدم لقياس التدفقات المغناطيسية للأرض حول الغلاف الجوي العلوي. يعتمد النظام على تأثير المقاومة المغناطيسية: وهو تغير المقاومة الكهربائية لبعض المواد عند تطبيق مجال مغناطيسي موجه. ونتيجة لذلك، يتكون الجهاز من طبقات متناوبة من مواد مغناطيسية حديدية وغير مغناطيسية، تشكل بنية شطيرية. بالإضافة إلى ذلك، تكون كل طبقة مغناطيسية حديدية ممغنطة في الأصل في اتجاه معاكس للطبقة التي تليها، لذا في غياب مجال مغناطيسي خارجي، تكون المقاومة الكهربائية للمستشعر عالية جدًا (>1 كيلو أوم). في المقابل، عند تطبيق مجال مغناطيسي خارجي عموديًا، تدور الطبقات الممغنطة في اتجاه المجال الخارجي، مما يقلل من مقاومتها الكهربائية.

وُضِعَ جهاز الرنين المغناطيسي العملاق (GMR) بالقرب من جانبي القمر الصناعي، حيثُ تشارك دوائره مع الأنظمة الفرعية الأخرى لتوفير الوزن. وإلى جانب التجارب، خضعت المواد المكونة لجهاز الرنين المغناطيسي العملاق لاختباراتٍ تمهيدية لاستخدامها في الفضاء مستقبلاً.

كان نظام مراقبة جرعات الإشعاع OPTOS عبارة عن مقياس جرعات إشعاعي طُوِّر لقياس معدل وصول الأشعة الكونية إلى طبقات الجو العليا. احتوى النظام على مجموعتين فرعيتين مستقلتين مثبتتين على متن القمر الصناعي، كل منهما مزودة بترانزستور RadFET خاص بها قادر على امتصاص وقياس معدل وصول الإشعاع المؤين والجسيمات المشعة ، بالإضافة إلى مقاوم حراري لقياس درجة حرارة البيئة المحيطة. وكانت مستويات الإشعاع، إلى جانب درجة الحرارة، تُقاس دوريًا كل 10 دقائق. وتم وضع المجموعتين الفرعيتين على طرفي القمر الصناعي المتقابلين لمقارنة تأثير هندسة القمر وموقعه على تدفق الإشعاع. ^{[ 32 ]}

سيتم إرسال البيانات المُجمّعة إلى الأرض ومقارنتها بالقيم النظرية المُستخلصة من نماذج Geant4 وSHIELDOSE CAD ، بالإضافة إلى عمليات محاكاة تدفق الجسيمات القياسية الأخرى، مثل AP8 وAE8. ^{[ 33 ]} ومن خلال هذه المقارنة، سيتم استخلاص عامل انحراف الجرعة المؤينة الكلية (TID) وتطبيقه على المهمات المستقبلية. علاوة على ذلك، سيُسهم ذلك في تعزيز خبرة INTA في إدارة أجهزة استشعار الإشعاع.