Stručný souhrn projektu

(Aleš Holub)

Projekt czCube si kladl za cíl zkonstruovat a postavit malou amatérskou družici s modulovou koncepcí. Smyslem bylo naučit se stavět družice a ověřit si principy a díly, vhodné pro "stavebnici" nanodružice nebo nanosondy (sluneční plachetnice), dostupné i pro amatéry (finančně, organizačně i technologicky).

Stav projektu (neúspěšně ukončen)

Projekt byl zahájen v roce 2004, ale protože během 10 let trvání projektu nebylo dosaženo vytčeného cíle, byla v roce 2014 ukončena snaha o stavbu družice czCube. V občasném provozu zůstává automatizovaná pozemní stanice czCube.

Hlavním důvodem neúspěchu byla zřejmě vysoká finanční náročnost projektu, a také nedostatek času a zkušeností členů týmu.

Pro financování CubeSatu byl (v roce 2010) stále ještě nutný rozpočet v řádu milionů Kč (řádově 100000 Euro, z toho cca 50000 Euro na nákup dílů CubeSatu a cca 50000 Euro na komerční [nesponzorované] zajištění startu). Je zřejmé, že z tohoto důvodu doba prostě ještě nedozrála na to, aby stavba a vypouštění družic bylo dostupné i pro nezávislé skupiny nadšenců. Tak vysoký rozpočet si mohou dovolit jen univerzity a další větší organizace. Pro skupiny s malým rozpočtem je zatím jediným doporučením počkat, až ceny v kosmonautice ještě dále klesnou (nebo až budou častější sponzorované starty na nosných raketách [pro americké týmy má sponzorský program NASA, ale v ESA je sponzorovaný start dostupný jen pro pár týmů jednou za několik let a ještě navíc bývá dávána přednost zavedeným univerzitním týmům]).

Druhým hlavním problémem stavby CubeSatu byl nedostatek času a zkušeností členů týmu czCube. Zvolili jsme vývoj všech částí družice "od píky", což je sice finančně přijatelné, ale vyžaduje to příliš mnoho času a znalostí. Tento přístup byl nad síly a možnosti členů týmu czCube. Pro nadšenecké skupiny tedy raději doporučujeme přístup, založený na složení družice z komerčně dostupných modulů. Viz např. cubesatshop.com nebo www.pocketqubeshop.com .

Obsah tohoto webu slouží jako archiv projektu czCube a obsahuje informace o historii a průběhu projektu.

Vize

Začátkem roku 2004 jsme na diskusním fóru serveru kosmo.cz dospěli k přesvědčení, že bychom se mohli pokusit o stavbu české amatérské družice, a tak prověřit jak naše reálné možnosti, tak i principy možného dalšího rozvoje kosmonautiky (zmenšování, zlevňování, komerčně dostupné díly). Pokud by se to podařilo, a kosmonautika by se stala dostupnou i pro amatéry a soukromníky, lze si představit vizi, kdy do kosmu létá řada nanodružic a nanosond, sloužících k amatérskému, nebo privátnímu kosmickému výzkumu, zábavě i podnikání.

Cíle projektu

Náš projekt si kladl za cíl zkonstruovat a postavit malou amatérskou družici s modulovou koncepcí. Smyslem bylo ověření principů a dílů, vhodných pro "stavebnici" nanodružice nebo nanosondy (sluneční plachetnice), dostupné i pro amatéry (finančně, organizačně i technologicky). Uvažovali jsme o stavbě technologické družice, ověřující základní díly pro náš výhledový cíl, tedy amatérskou meziplanetární sondu. Tato první družice (czCube) měla sloužit k prověření naší schopnosti postavit základní součásti sondy, otestovat je a ověřit jejich činnost na oběžné dráze. V ideálním případě bychom rádi vyzkoušeli i pohon sluneční plachtou nebo elektrodynamickým tetherem. Družice czCube měla být odrazovým můstkem pro další projekty. Vývoj a stavba družice měly proběhnout zcela z finančních prostředků zájemců o stavbu (bez nároku na veřejné finance). I k financování startu do kosmu jsme chtěli využít soukromé (nestátní) finance (např. sponzoring). Pro zajištění startu jsme počítali s potřebou cca 50000 USD (to žádá např. organizace CubeSat za start družice o hmotnosti 1 kg).

Vývoj projektu

Projekt byl nejprve diskutován na diskusním fóru serveru kosmo.cz (od konce února 2004). Postupně jsme se soustředili na program univerzitních pikodružic CubeSat (s hmotností pod 1 kg).

Vybrané zahraniční realizované minidružice prozkoumal Aleš Holub v průběhu března a dubna 2004. Z informací, dostupných na Internetu plyne, že hlavní uvažované principy (především použití dostupných komerčních dílů i v kosmu) jsou v zásadě správné a uskutečnitelné. Přehled doporučení je uveden na samostatné stránce.

Pokusem o nalezení vhodných lidí do týmu a také průzkumem situace v Česku byla akce "inzerát" na pořízení základních dílů pro družici. Akce proběhla v dubnu a květnu 2004 pod názvem Koupím družici, zn. Levně (detaily o akci jsou na samostatné stránce). Do uzávěrky (27.5.2004) se ozvalo přes 20 zájemců, kteří nabídli své kontakty, znalosti a zkušenosti ke spolupráci na projektu. Nikdo nepřihlásil funkční zařízení, takže nabízené odměny nebyly vyplaceny. Jedním z výsledků "inzerátu" tedy bylo i to, že je třeba provést klasický vývoj a výrobu dílů družice z jednotlivých součástek (protože nákup použitelných hotových dílů pro další úpravy je nereálný).

Marian Váňa zpracoval podrobnější analýzu celého projektu nanodružice. Dokument je dostupný jen na projektovém serveru (projekt.kosmo.cz). Obsahuje rozbor hmotností a příkonů jednotlivých částí družice, a také návrhy nosné konstrukce, napájení, komunikace, základního řízení, telemetrie a elektrodynamického tetheru (jako pohonného systému).

Všichni členové týmu i ostatní zájemci o stavbu amatérské družice měli možnost se zúčastnit první oficiální osobní schůzky, která proběhla v sobotu 29.5.2004 v Lázních Bohdaneč. Schůzka proběhla souběžně s celostátním setkáním zájemců o kosmonautiku Kosmos News Party 2004 (viz. také knp.kosmo.cz). Schůzky se postupně zúčastnilo cca 10 velmi aktivních zájemců. Probrali jsme organizační i technické záležitosti, upřesnili si vzájemně svoje představy a ukázali jsme si vzorky některých použitelných dílů (viz. Zápis z 29.5.2004). Výsledkem schůzky bylo podání přihláška k registraci občanského sdružení, jehož cílem by byla i podpora našeho projektu (mimo jiné) [sdružení Kosmo Klub bylo oficiálně zaregistrováno v září 2004]. V odborných časopisech byly zveřejněny výzvy ke spoluúčasti na projektu. Technický návrh družice budeme zatím směrovat podle požadavků CubeSatu (rozměry, hmotnost, materiály, ...).

Druhá schůzka všech členů týmu i ostatních zájemců o stavbu amatérské družice se uskutečnila v sobotu 9.10.2004 od 10:00 v areálu MFF v Praze. Cílem setkání bylo přejít k organizovanější formě spolupráce. Přítomno bylo celkem 26 zájemců. Hlavním výsledkem diskusí bylo rozdělení prací do zájmových skupin a deklarování zájmu lidí o účast v jednotlivých skupinách. V závěru byly diskutovány technické detaily částí projektu už ve skupinách (viz. Zápis z 9.10.2004). V.Maixner také napsal svou vlastní Reportáž z druhé schůzky.

Pohled na družici byl zjednodušen na tři hlavní části. První je služební část, která reprezentuje "tvrdé jádro" (elektroniku) družice (zdroj, rádio, řízení). Druhou částí je nosná konstrukce a struktury (mechanika). Třetí částí je náklad (payload, experimenty). Mezi hlavní kandidáty na experimenty patří:
- digitální fotoaparát nebo kamera (jako základní systém teleprezence a dálkového průzkumu)
- elektrodynamický tether (jako možný hlavní pohon na oběžné dráze Země [LEO, GEO])
- sluneční plachta (jako možný hlavní pohon ve vzdálenejším kosmu [GTO, Měsíc, planety])
- měřicí přístroj na výzkum záření v okolí Země (demo vědeckého experimentu)
- COTS řídicí počítač (jako možný budoucí hlavní řídicí prvek nanodružic, výkonný, levný a dostupný)
- radioamatérský převaděč
- ATV (amatérská televize)

V několika týdnech po této schůzce byli určení vedoucí jednotlivých skupin. Další akce už probíhaly převážně pod jejich vedením (upřesnění cílových parametrů dílů, návrh konkrétního technického řešení, vlastní vývoj a stavba dílů i celé družice).

27.11.2004 se uskutečnila schůzka členů skupiny zájemců o služební část (elektroniku, tvrdé jádro) družice. Účastníci (11 osob) prodiskutovali otázky z různých oblastí (citlivá měření, datová sběrnice, napájecí napětí, energetické špičky, odaretovací systémy, povrch družice, vysílače, přijímače). Výsledkem byl mimo jiné i návrh rozdělení konstrukce na jednotlivé moduly (zdroj, měření, maják 145 MHz, vysílač 2,4 GHz, přijímač hlavní, přijímač záložní, experimentální tether, stabilizace, hlavní CPU, záložní CPU, sdílená paměť). Nakonec si domluvili svoje následné kroky v projektu.

Další schůzka zájemců o družici se uskutečnila 28.05.2005. Zúčastnilo se 9 osob. Především zde byl v chodu předveden prototyp nosné konstrukce pokrytý funkčními solárními články propojenými se zabudovanými akumulátory napájejícími funkční prototyp zabudované komunikační jednotky, který pomocí antén přenášel informace o dvou měřených napětích do PC na vedlejším stole (PC s funkčními externími komunikačními jednotkami a funkčním na míru vyvinutým SW). Byly zde prezentovány i materiály a díly vhodné pro konstrukce sluneční plachty (uhlíkový laminát a mikromotorky z mobilů). Byly dohodnuty tyto další kroky: vývoj komunikace až do testování "z kopce na kopec", pravidelné dvouměsíční zjišťování a interní publikování informací o stavu vývoje, zahájení prací na systému stabilizace, hledání možností externího financování prostřednictvím Kosmo Klubu, prověření výsledků nových CubeSatů a slunečních plachetnic, aktivizace vývoje dalších dílů (radiomaják s telemetrií, řídicí systém, digifoťák), pokračování vývoje sluneční plachty se stávající koncepcí (vyztužená nosníky, manévrování změnou těžiště). (viz. Zápis z 28.5.2005)

Následující schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 10.9.2005 v Praze. Zúčastnilo se jí 10 aktivních členů týmu. Na schůzce byl probrán stav vývoje jednotlivých modulů družice (zdrojová část, solární články, komunikační část, řídící a datová část, kamera, nosná konstrukce, tether, plachta, stabilizace a orientace atd.). Byla projednána (potvrzena) celková sestava družice a diskutována komunikace a propojení mezi jednotlivými moduly (viz. Zápis z 10.9.2005).

Další schůzka proběhla 19.11.2005 za účasti 9 lidí. Potvrdili jsme si koncepci družice složené ze sběrnicí propojených inteligentních samostatných modulů, ověřili jsme si stav vývoje jednotlivých dílů, schválili řešení hlavní komunikační sběrnice a shrnuli možnosti aktivní i pasivní stabilizace. Rozhodli jsme se také zlepšit projektové řízení týmu (viz. Zápis z 19.11.2005).

Následující schůzka týmu proběhla 14.1.2006. 11 účastníků. Na programu byla diskuse k projektovým dokumentům, diskuse o detailech komunikace mezi moduly i komunikace se Zemí a upřesnění parametrů jednotlivých modulů. Podrobněji viz. Zápis ze schůzky 14.1.2006.

Na schůzce 18.3.2006 v Praze bylo 7 členů týmu. Tématem diskuse bylo především upřesnění parametrů a požadavků na jednotlivé moduly a přehled stavu prací. Podrobněji viz. Zápis ze schůzky 18.3.2006 a Základní parametry dílů družice (zadání a koncepce řešení).

Schůzky v sobotu 20.5.2006 v Praze se zúčastnilo 9 osob. Probrali jsme detaily technického řešení dílů, zhodnotili jsme stav vývoje a dohodli jsme se, že do příští schůzky v září 2006 se pokusíme dokončit prototypy hlavních dílů tak, aby bylo možno ověřit jejich parametry a začít je prakticky testovat. Blíže viz. Zápis ze schůzky 20.5.2006.

Další schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 16.9.2006 v Praze. 9 účastníků. Na programu byly technické a organizační záležitosti. Vývoj a stavba prototypů dílů pomalu pokračuje. Organizaci se pokusíme zdokonalit stanovením motivačních pravidel pro členství v týmu a spoluúčast na projektu. Více viz. Zápis ze schůzky 16.9.2006.

Následující schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 11.11.2006 v Praze. 11 účastníků. Na programu byl především stav vývoje dílů a plány pro nejbližší dobu. Vybrali jsme také jméno pro naší vyvíjenou družici - "czCube". Podrobněji viz. Zápis ze schůzky 11.11.2006.

Další schůzka týmu proběhla v sobotu 27.1.2007 v Praze ve firmě LOGOS. 9 účastníků. Ukázali jsme si vzájemně stav vývoje jednotlivých dílů a dohodli se na dalším postupu. Založili jsme občanské sdružení a připravili jsme žádost o jeho registraci. Podrobněji viz Zápis ze schůzky 27.1.2007.

Jarní schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 31.3.2007 v Praze. 10 účastníků. Probrali jsme stav vývoje jednotlivých dílů, dokončili jsme založení občanského sdružení czCube o.s. a zahájili jsme přípravu prezentace czCube na setkání KNP 2007. Další informace viz Zápis ze schůzky 31.3.2007.

Předprázdninová schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 9.6.2007 v Praze ve firmě Cybertex. 12 účastníků. Rozšířili jsme členskou základnu občanského sdružení czCube o.s., prodiskutovali spolupráci s médii a zhodnotili stav vývoje jednotlivých dílů. Podrobnosti viz Zápis ze schůzky 9.6.2007.

Další schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 11.8.2007 v Praze ve firmě Cybertex. 10 účastníků. Zhodnotili jsme stav vývoje jednotlivých dílů a prodiskutovali jsme detaily radiového vybavení družice i pozemní stanice. Podrobnosti viz Zápis ze schůzky 11.8.2007.

Poprázdninová schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 22.9.2007 v Praze ve firmě Cybertex. 10 účastníků. Diskutovali jsme o změnách a pokrocích ve vývoji v poslední době (stavba prototypu ADCS a radiomajáku se blíží ke konci, u ostatních modulů jen malé pokroky, rádio 2,4 GHz je třeba překonstruovat). Definovali jsme aktuální problémy k řešení (konstrukce sluneční plachty, stabilita vysílacího kmitočtu při změnách teploty, zásady konstrukcí pro vakuum) a ujasnili si další postup (přesné termíny zatím stále nelze určit). Blíže viz Zápis ze schůzky 22.9.2007.

Podzimní schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 10.11.2007 v Praze ve firmě Cybertex. 9 účastníků. Zhodnotili jsme stav vývoje jednotlivých dílů (pokroky jsou především ve stavbě radiomajáku a v přípravě vybavení pro pozemní stanici) a prodiskutovali jsme hlavní etapy celkového plánu mise czCube. Podrobnosti viz. Zápis ze schůzky 10.11.2007.

V úterý 27.11.2007 jsme prototyp a projekt czCube prezentovali na unikátním Setkání českých a slovenských odborníků v kosmickém výzkumu, které se konalo v Praze v zasedacím sále Ministerstva kultury České republiky pod záštitou Národního technického muzea.

Lednová schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 12.1.2008 v Praze ve firmě Cybertex. 9 účastníků. Stav vývoje jednotlivých dílů: na rozestavěném vybavení pro pozemní stanici bylo zachyceno vysílání několika malých družic, prototypy radiovybavení družice už částečně fungují a dále se staví, analyzujeme několik navržených variant napájecího zdroje, principy konstrukce tetheru a sluneční plachty se vyjasnily natolik, že už můžeme zahájit 3D kreslení a modelování celé sestavy czCube. Se zástupci Techmanie jsme prodiskutovali možnosti vzájemné spolupráce. Podrobnosti viz. Zápis ze schůzky 12.1.2008.

Jarní schůzky týmu se uskutečnily v březnu 2008 v Praze. Jedna schůzka byla 8.3.2008 (TEX CZ, 6 účastníků). Prodiskutovali jsme projektové dokumenty, které jsme později odeslali do ESA. Zabývali jsme se také vývojem některých dílů družice a celkovým vnitřním uspořádáním czCube. Druhá schůzka proběhla 29.3.2008 (MFF, 9 účastníků). Na této schůzka se detailně probral technický stav vývoje a určil se postup v nejbližším období. Podrobnosti viz. Zápis ze schůzek v březnu 2008.

Předprázdninová schůzka týmu se uskutečnila v sobotu 28.6.2008 v Praze (v zasedačce ČKK). 8 účastníků. Konstatovali jsme, že vývoj dílů družice stále pomalu probíhá, ale že na první raketě Vega nepoletíme (nebyli jsme vybráni organizací ESA). Navázali jsme užší spolupráci s UJEP v Ústí nad Labem. Viz. Zápis ze schůzky 28.6.2008.

Další schůzka týmu se uskutečnila 12.10.2008 v Praze (ČKK). 8 účastníků + host Tomáš Svítek. Prodiskutovali jsme stav vývoje jednotlivých dílů (všude byly jen mírné pokroky). Chceme dále rozšířit spolupráci s UJEP, zejména v oblasti mechaniky družice. Viz. Zápis ze schůzky 12.10.2008.

Schůzky na UJEP proběhly 17.10.2008 a 22.11.2008. Byly definovány cíle pro diplomové práce studentů a byly dohodnuty detaily pro mechanickou konstrukci s vyklápěcími stěnami, pro dokončení testovací magnetické komory a pro přípravu pozemní stanice 2,4 GHz na UJEP. Viz. Zápis ze schůzky na UJEP 22.11.2008.

Ve dnech 20. - 22.01.2009 jsme se zúčastnili evropského CubeSat workshopu v ESTEC (Nizozemsko).

Velká schůzka týmu czCube proběhla 7.2.2009 na UJEP (13 účastníků). Probrali jsme svoje dojmy z ESA CubeSat workshopu, zhodnotili aktuální stav vývoje czCube a dohodli se na dalším postupu v projektu. Viz. Zápis ze schůzky 7.2.2009.

V Praze jsme se sešli 18.4.2009 v prostorách ČKK (9 účastníků). Upřesnili jsme si pokroky a problémy při vývoji czCube. Vyjádřili jsme zájem obnovit důsledné projektové řízení a bodový systém interního hodnocení. Viz. Zápis ze schůzky 18.4.2009.

Podzimní schůzka některých členů týmu czCube proběhla 3.10.2009 v Ústí nad Labem na FVTM UJEP (10 účastníků). Zhodnotili jsme stav vývoje czCube, dohodli se na dalším postupu a diskutovali jsme o možnostech rychlejšího dotažení projektu k realizaci. Viz. Zápis ze schůzky 3.10.2009.

Dne 20.2.2010 se uskutečnila týmová schůzka v Praze (ČKK, 9 účastníků). Konstatovali jsme, že postup projektu je příliš pomalý a rozhodli jsme se výrazně změnit organizaci a řízení projektu. Blíže viz. Zápis ze schůzky 20.2.2010.

Další schůzka týmu czCube proběhla 17.4.2010 v Praze (ČKK, 5 účastníků). Prodiskutovali jsme možnosti zlepšení řízení projektu. Hlavním cílem pro nejbližší období bylo dokončení detailního plánu projektu. Více viz. Zápis ze schůzky 17.4.2010.

Poslední schůzka týmu czCube proběhla 12.6.2010 v Praze (ČKK, 6 účastníků). Dopracovali jsme nový plán projektu a pro nejbližší dobu jsme se rozhodli soustředit na dokumentaci a jádro družice. Více viz. Zápis ze schůzky 12.6.2010. Od léta 2010 jsme ale nakonec pracovali především na naší pozemní stanici (tu se podařilo úspěšně dokončit a od roku 2011 je stanice v občasném bezobslužném provozu).

Dokončené projektové dokumenty i zápisy ze schůzek jsou na stránce Dokumentace.

V roce 2012 se postup prací na družici prakticky zastavil. Pokusili jsme se projekt "restartovat", ale neúspěšně. Proto jsme se v roce 2014 rozhodli projekt stavby družice ukončit.

Seznam bývalých aktivních členů týmu czCube

Aleš HOLUB - aholub(at)centrum.cz - koordinace, web
Jan DOLEŽAL - jd(at)pmconsulting.cz - tajemník
David HOLAS - holasd(at)procon.clnet.cz - programování, elektronika
Jaroslav KOUSAL - jarda(at)kmf.troja.mff.cuni.cz - fyzika, výpočty
Jiří BERAN - bery(at)bery.biz - mechanika
Miroslav MAJOR - mmajor(at)raz-dva.cz - elektronika
Michal ZELINKA - Misak_HK(at)Email.cz - elektronika
Richard SYSALA - Richard.Sysala(at)evolvsys.cz - elektronika
Tomáš HUMPOLEC - tomashum(at)post.cz - elektronika
Michal POKORNÝ - mpokorny(at)kae.zcu.cz - elektronika
Marian VÁŇA - MarianVana(at)seznam.cz - mechanika
Michael POLÁK - xchaos(at)arachne.cz - programování, elektronika
Richard LINHART - OK1CTR(at)seznam.cz - elektronika
Pavel ŠOREJS - sorejs(at)gmail.com - elektronika