Cubesats: Små nyttelast, enorme fordele ved rumforskning

To af de 28 Dove cubesats, der udgør Planet Lab

To af de 28 Dove cubesats, der udgør Planet Labs 'Flock 1' konstellation, ses sejle i kredsløb fra den internationale rumstation den 11. februar 2014. (Billedkredit: NASA)





Cubesats er miniaturesatellitter, der udelukkende har været brugt i lav jordbane i 15 år, og nu også bruges til interplanetære missioner. I begyndelsen blev de almindeligvis brugt i lav jordbane til applikationer som fjernmåling eller kommunikation. Fra midten af ​​2018 blev et par cubesats indsat på en mission, der flyver til Mars, og et væld af andre cubesats overvejes til månen og Jupiter.

Cubesat-designet blev først foreslået i slutningen af ​​1990'erne af to professorer: Jordi Puig-Suari fra California Polytechnic State University og Bob Twiggs fra Stanford University. De forsøgte at hjælpe eleverne med at få ingeniørerfaring i satellitter, som traditionelt er dyre at bygge og lancere. Ideen til cubesat kom delvist fra datidens miniatyrlegetøj, Beanie Babies, ifølge Spaceflight Now . Inspireret af de individualiserede udstoppede dyr var Twiggs idé at give eleverne mulighed for at bygge deres egne miniaturesatellitter.

Det grundlæggende design af en cubesat er en terning på 10 centimeter (4 tommer) med en masse på mindre end 1,33 kg (2,93 lbs.), Tilføjede artiklen. Men variationer af temaet er mulige. Cubesats kan også designes til at omfatte to, tre eller seks 10 centimeter enheder til mere komplicerede missioner.



Cubesats reducerer lanceringsomkostninger på to grundlæggende måder. De vejer ikke så meget, hvilket betyder, at en raket ikke har brug for meget brændstof for at trænge dem. I de fleste tilfælde deler de også en raket med en større satellit, hvilket gør det muligt at komme til rummet på coattails af den tungere nyttelast.

Der er dog nogle designudfordringer med cubesats. Elektronikken er mindre og er derfor mere følsom over for stråling. Fordi de er små, kan de ikke bære store nyttelaster med sig. Deres lave omkostninger betyder også, at de generelt er designet til kun at vare et par uger, måneder eller år, før de ophører (og for dem i lav jordbane, der falder tilbage i atmosfæren.)

Tre små cubesats flyder over jorden efter udsendelse fra den internationale rumstation. Astronaut Rick Mastracchio tweetede billedet fra stationen den 19. november 2013.



Tre små cubesats flyder over jorden efter udsendelse fra den internationale rumstation. Astronaut Rick Mastracchio tweetede billedet fra stationen den 19. november 2013.(Billedkredit: Rick Mastracchio & rlm; (via Twitter som @AstroRM))

Kort historie

De første seks cubesats blev lanceret i juni 2003 fra Ruslands Plesetsk lanceringssted. På det tidspunkt, ifølge en guesswhozoo.com -artikel fra 2004, var den igangværende hastighed for en cubesats lancering omkring $ 40.000, hvilket er et godt køb i forhold til en typisk satellit (mange er millioner af dollars.)

Cubesats blev muliggjort af den igangværende miniaturisering af elektronik, som gør det muligt for instrumenter som kameraer at køre i kredsløb på en brøkdel af størrelsen af ​​det, der var påkrævet i begyndelsen af ​​rumalderen i 1960'erne.



'Kig ind i en cubesat, og du får øje på kredsløb på hylden i den velkendte form af mikroprocessorer og modemporte og andre mikrochipenheder, der typisk bruges i mobiltelefoner, digitale kameraer og håndholdt Global Positioning System (GPS) satellitnavigation enheder, 'skrev guesswhozoo.com -insider -spaltist Leonard David i 2004.

Små cubesats revolutionerer, hvordan forskere, studerende og endda private virksomheder udforsker og udnytter rummet. Se hvordan cubesat -teknologi gør satellitter mindre i vores fulde infografik.

Små cubesats revolutionerer, hvordan forskere, studerende og endda private virksomheder udforsker og udnytter rummet. Se hvordan cubesat -teknologi gør satellitter mindre i vores fulde infografik.(Billedkredit: Af Karl Tate, Infographics Artist)

I det første årti kom de fleste cubesats, der fløj, fra universitets- eller forskningsapplikationer. Kun en håndfuld satellitter opsendes hvert år; derefter i 2013 talte antallet af lanceringer pludselig i snesevis. Det var i det år, at den kommercielle sektor begyndte at opsende satellitter, ifølge SpaceDaily .

Nye teknologier er banebrydende for at forbedre brugen af ​​cubesats, såsom et 2017 NASA -faldskærmsprojekt, der kunne lande de små satellitter uden behov for boostere. Og flere højtprofilerede projekter er blevet annonceret i den offentlige sektor, herunder NASA 'sværme' af jordobserverende cubesats, vedtagelse af en satellit af den offentlige radiostation NPR, og a Canadisk student cubesat konkurrence .

Der har været mere end 2.100 cubesats og nanosatellitter fra midten af ​​2018, ifølge nanosats.eu . Blandt de fremtrædende anvendelser af jordkredsløb cubesats i dag:

  • Planet Labs, et jordobservationsfirma, har snesevis af cubesat-store Dove-satellitter i kredsløb samt et par RapidEye-cubesats. Cubesats bruges i alt fra katastrofeberedskab til klimaovervågning.
  • NanoRacks Cubesat Deployer på den internationale rumstation lancerer cubesats, efter at de er blevet trukket til kredsløb ombord på et besøgende ISS -køretøj.
  • NASA's Cubesat Launch -initiativ giver lanceringspladser til cubesats ombord på traditionelle raketopskydninger.

Nogle rumindustrieksperter bekymrer sig om, at populariseringen af ​​cubesats vil skabe en masse skrammel i lav-jord kredsløb , da virksomheder og forskere løb for at få deres ideer ud i rummet uden at overveje de langsigtede konsekvenser. I marts 2018, Federal Communications Commission påstået, at et amerikansk selskab lancerede flere små satellitter uden tilladelse efter at FCC blokerede opsendelsen og sagde, at satellitterne var for små til, at sensorer kunne spore.

Bevæger sig uden for Jordens kredsløb

Fra 2018 begyndte cubesats at vove sig uden for Jordens kredsløb. Her er nogle af de projekter, der er i gang, eller stadig er under planlægning:

Mars Cube One (MarCO) - de første cubesats, der forlod Jorden - blev lanceret den 5. maj 2018 sammen med NASAs InSight -lander. InSight forventes at lande på Mars den 26. november 2018; den er i øjeblikket på vej, og cubesats flyver lige bag den, da de adskilte sig uafhængigt af raketten under opsendelsen og kører på solenergi .

Cubesats er tilnavnet 'WALL-E' og 'Eve' efter den animerede Pixar-film 'WALL-E' fra 2008, der følger robotteres eventyr i rummet. Når InSight lander, vil cubesatsene forsøge at sende data tilbage til Jorden om dens nedstigning. Dette er en testflyvning, og oplysningerne vil ikke være kritiske, da Mars Reconnaissance Orbiter vil gøre det samme arbejde. MarCOs mission slutter kort tid efter.

NASAs første Space Launch System -testlancering i 2019 vil være banebrydende for raketten, der forventes at bringe mennesker ud af lav jordbane for første gang siden 1960'erne. Den første lancering uden besætning vil indeholde op til 13 mikrosatellitter. Konceptidéer inkluderer Lunar Flashlight, som reflekterer sollys for at kigge ind i permanent skyggede kratere på månen, og NEA Scout, som vil bruge et solsejl til at flyve til nær-jordens asteroide 1991VG.

NASA overvejer en mission til Jupiters iskolde måne Europa i 2020'erne eller 2030'erne. I 2014 sagde NASA, at det overvejede at inkludere cubesats på missionen, som ville udføre funktioner, herunder 'rekognoscering for fremtidige landingssteder, tyngdekraftsfelter, magnetfelter, atmosfærisk og plume videnskab og strålingsmålinger.' NASA bekræftede, at cubesats ville blive inkluderet i maj 2018 og spurgte videnskabssamfundet om deres ideer.

Det Europæiske Rumagentur og NASA overvejede tidligere en fælles mission om at undersøge asteroiden 65803 Didymos og forsøge at flytte sin måne via en kollision. Missionen blev kaldt Asteroid Impact & Deflection Assessment (AIDA) mission. For den europæiske del overvejede de at inkludere to cubesats for at foretage supplerende observationer. Europæerne valgte ikke at finansiere deres del af missionen i 2016 for at give flere penge til ExoMars -rover -missionen, men NASA fortsætter udviklingen fra sin side. Lanceringen er blevet forsinket i 2020'erne.

Yderligere ressourcer