ҚазҰУ ғалымдары наноспутник негізіндегі LoRaWAN байланыс жүйесін зерттеуде

Қазіргі уақытта ақпараттық-коммуникациялық технологиялардың дамуы ғарыштық байланыс жүйелерін жетілдіру қажеттілігін арттыруда. Әсіресе, Интернет заттары (IoT) технологияларының таралуы шалғай және қолжетімсіз аймақтарда деректерді тиімді беру мәселесін өзекті етеді. Осы бағытта LoRaWAN технологиясын наноспутник платформасында қолдану мүмкіндігін зерттеу маңызды ғылыми-техникалық міндеттердің бірі болып табылады. Бұл зерттеу жұмысы әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінде жүзеге асырылуда, мұнда ғалымдар заманауи ғарыштық байланыс технологияларын дамытуға үлес қосуда.

Жоба LoRaWAN базалық станциясын наноспутник бортында орналастыру арқылы энергия тиімді және масштабталатын байланыс жүйесін құру мүмкіндігін зерттеуге бағытталған. LoRaWAN технологиясы төмен энергия тұтынуымен және ұзақ қашықтыққа деректер беру қабілетімен ерекшеленеді. Сондықтан ол IoT құрылғыларынан шағын көлемдегі деректерді жинау үшін тиімді шешім ретінде қарастырылады. Зерттеу барысында төмен Жер орбитасында (LEO) LoRaWAN сигналының тұрақтылығы, қуат тиімділігі және байланыс параметрлері талданады.

Ғылыми жұмыстың негізгі міндеттерінің бірі – наноспутникке арналған борттық байланыс жүйесінің архитектурасын әзірлеу. Бұл үшін LoRa модульдері, микроконтроллерлер және спутниктік платформаларға бейімделген электрондық компоненттер таңдалады. Эксперименттік модель құрастыру кезінде CubeSat стандарттарына сәйкес келетін аппараттық шешімдер пайдаланылады. Сонымен қатар, жүйенің вибрациялық жүктемелерге, температуралық ауытқуларға және электромагниттік кедергілерге төзімділігі зерттеледі.

Зерттеу барысында эксперименттік және аналитикалық әдістер кешені қолданылады. Алдымен теориялық талдау жүргізіліп, LoRaWAN технологиясының ғарыштық ортада қолданылу мүмкіндігі бағаланады. Кейіннен эксперименттік модель жасалып, зертханалық жағдайда сынақтар өткізіледі. Негізгі көрсеткіштер ретінде деректерді беру жылдамдығы, сигнал жоғалту деңгейі және байланыс тұрақтылығы қарастырылады.

Жоба аясында төрт негізгі міндет орындалады. Бірінші кезеңде LoRaWAN технологиясының төмен орбитада қолданылу мүмкіндігі зерттеледі. Сигнал тұрақтылығы, байланыс қашықтығы және энергия тұтыну параметрлері талданады. Бұл зерттеу спутниктік байланыс жүйесін жобалаудың ғылыми негізін қалыптастырады.

Екінші кезеңде борттық байланыс жүйесінің концепциясы әзірленеді. Спутниктік платформаға интеграцияланатын LoRa трансиверлері таңдалып, байланыс архитектурасы құрылады. Бұл эксперименттік модельді құрастыру үшін маңызды қадам болып табылады.

Үшінші кезеңде эксперименттік базалық станция прототипі жинақталады. Технологиялық дайындық деңгейі бастапқы кезеңде TRL 3 деңгейінде болса, жоба аяқталған кезде TRL 6 деңгейіне дейін жеткізу жоспарлануда. Бұл прототиптің нақты жағдайларға жақын ортада жұмыс істеу қабілетін көрсетеді.

Төртінші кезеңде зертханалық сынақтар жүргізіледі. Прототип вибрациялық әсерге, экстремалды температураға және электромагниттік кедергілерге тексеріледі. Сонымен қатар, деректер беру сапасы мен жүйенің функционалдық тиімділігі бағаланады.

Ғылыми жаңалықтың негізгі аспектісі – LoRaWAN технологиясын ғарыштық байланыс жүйелерінде қолдану мүмкіндігін зерттеу. Қазіргі уақытта көптеген зерттеулер жерүсті IoT желілеріне бағытталған. Ал бұл жоба LoRaWAN стандартын наноспутник платформасына бейімдеуге бағытталған.

Әлемдік тәжірибеде Swarm және Lacuna Space сияқты компаниялар спутниктік IoT технологияларын дамытып келеді. Дегенмен, көптеген шешімдер меншікті протоколдарға негізделген. Бұл зерттеу Қазақстанда алғаш рет стандартталған LoRaWAN технологиясын ғарыштық байланыс жүйесінде қолдануды мақсат етеді.

Жоба әлеуметтік және экономикалық тұрғыдан маңызды. Наноспутниктік байланыс жүйелерін дамыту ауыл шаруашылығын мониторингтеу, экологиялық бақылау және өнеркәсіптік деректерді жинау үшін жаңа мүмкіндіктер ашады. Қазақстанның кең аумағын ескере отырып, мұндай технологиялар шалғай аймақтардағы байланыс инфрақұрылымын дамытуға ықпал етеді.

Зерттеу нәтижелері ұлттық және халықаралық деңгейде қолданылуы мүмкін. Жоба Қазақстанның ғарыштық технологиялар саласындағы ғылыми әлеуетін арттырады және халықаралық ғылыми ынтымақтастықты дамытуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, алынған нәтижелер IoT индустриясының дамуына және жаңа технологиялық өнімдердің пайда болуына ықпал етеді.

Интеллектуалдық меншік құқықтарын қорғау мақсатында зерттеу нәтижелерін патенттеу және ғылыми жарияланымдар арқылы қорғау жоспарланған. Авторлық құқықтар ғылыми жұмыстарға және технологиялық әзірлемелерге қатысты қолданылады. Патенттеу механизмі зерттеу нәтижелерін коммерцияландыруға мүмкіндік береді.

Жалпы алғанда, бұл жоба ғарыштық байланыс технологияларын дамытуға, энергия тиімді жүйелер құруға және Қазақстанның ғылыми-технологиялық дамуына үлес қосуға бағытталған. Зерттеу нәтижелері болашақта спутниктік IoT желілерін дамыту үшін ғылыми және практикалық негіз қалыптастырады.