Cubesats: Små nyttolaster, stora fördelar för rymdforskning

Två av de 28 Dove cubesats som utgör Planet Lab

Två av de 28 Dove cubesats som utgör Planet Labs 'Flock 1' -konstellation ses sprida sig i en bana från den internationella rymdstationen den 11 februari 2014. (Bildkredit: NASA)





Cubesats är miniatyrsatelliter som uteslutande har använts i en låg jordbana i 15 år, och används nu också för interplanetära uppdrag. I början användes de vanligtvis i låg jordbana för applikationer som fjärranalys eller kommunikation. Från och med mitten av 2018 placerades ett par cubesats ut på ett uppdrag som flyger till Mars, och en mängd andra cubesats övervägs för månen och Jupiter.

Cubesat-designen föreslogs först i slutet av 1990-talet av två professorer: Jordi Puig-Suari från California Polytechnic State University och Bob Twiggs från Stanford University. De försökte hjälpa eleverna att få teknisk erfarenhet av satelliter, som traditionellt är dyra att bygga och starta. Idén till cubesat kom delvis från dagens miniatyrleksak, Beanie Babies, enligt Spaceflight Now . Inspirerad av de individualiserade gosedjuren var Twiggs idé att låta eleverna bygga sina egna miniatyrsatelliter.

Grundkonstruktionen för en kubesats är en 10 centimeter (4-tums) kub med en massa på mindre än 1,33 kilo (2,93 lbs.), Tillade artikeln. Men variationer på temat är möjliga. Cubesats kan också utformas för att omfatta två, tre eller sex 10 centimeter enheter för mer komplicerade uppdrag.



Cubesats sänker lanseringskostnaderna på två grundläggande sätt. De väger inte så mycket, vilket betyder att en raket inte behöver mycket bränsle för att lyfta dem. I de flesta fall delar de också en raket med en större satellit, vilket gör det möjligt att ta sig till rymden på coattails av den tyngre nyttolasten.

Det finns dock några designutmaningar med cubesats. Elektroniken är mindre och är därför mer känslig för strålning. Eftersom de är små kan de inte bära stora nyttolaster med sig. Deras låga kostnad innebär också att de i allmänhet är utformade för att bara vara några veckor, månader eller år innan verksamheten upphör (och för dem i låg jordbana som faller tillbaka i atmosfären.)

Tre små kuber flyter över jorden efter utplacering från den internationella rymdstationen. Astronauten Rick Mastracchio twittrade fotot från stationen den 19 november 2013.



Tre små kuber flyter över jorden efter utplacering från den internationella rymdstationen. Astronauten Rick Mastracchio twittrade fotot från stationen den 19 november 2013.(Bildkredit: Rick Mastracchio & rlm; (via Twitter som @AstroRM))

Kortfattad bakgrund

De första sex cubesatserna lanserades i juni 2003 från Rysslands Plesetsk -lanseringsplats. Vid en tidpunkt, enligt en artikel på guesswhozoo.com från 2004, var kursen för en cubesats lansering cirka 40 000 dollar, vilket är ett fynd jämfört med en typisk satellit (många är miljoner dollar.)

Cubesats möjliggjordes av den pågående miniatyriseringen av elektronik, vilket gör att instrument som kameror kan åka i omloppsbana på en bråkdel av storleken på vad som krävdes i början av rymdåldern på 1960 -talet.



'Titta in i en kubesats och du kommer att upptäcka kretsar på hyllan i den välbekanta formen av mikroprocessorer och modemportar och andra mikrochipanordningar som vanligtvis används i mobiltelefoner, digitalkameror och handhållen Global Positioning System (GPS) satellitnavigering enheter, skrev guesswhozoo.com insider -krönikör Leonard David 2004.

Tiny cubesats revolutionerar hur forskare, studenter och till och med privata företag utforskar och utnyttjar utrymme. Se hur cubesat -teknik gör satelliter mindre i vår fullständiga infografik.

Tiny cubesats revolutionerar hur forskare, studenter och till och med privata företag utforskar och utnyttjar utrymme. Se hur cubesat -teknik gör satelliter mindre i vår fullständiga infografik.(Bildkredit: Av Karl Tate, Infographics Artist)

Under det första decenniet kom de flesta cubesats som flög från universitet eller forskningsapplikationer. Endast en handfull satelliter skjuts upp varje år; sedan 2013 var antalet lanseringar plötsligt tiotals. Det var under det året som den kommersiella sektorn började skjuta upp satelliter, enligt SpaceDaily .

Ny teknik är banbrytande för att förbättra användningen av cubesats, till exempel ett NASA -fallskärmsprojekt från 2017 som kan landa de små satelliterna utan behov av boosters. Och flera högprofilerade projekt har tillkännagivits inom den offentliga sektorn, inklusive NASAs 'svärmar' av jordobservativa kubater, antagande av en satellit av den offentliga radiostationen NPR, och a Kanadensisk tävling för cubesatstudenter .

Det har funnits mer än 2100 cubesats och nanosatelliter från mitten av 2018, enligt nanosats.eu . Bland de framträdande användningarna av jordbana cubesats idag:

  • Planet Labs, ett jordobservationsföretag, har dussintals kubesatstora Dove-satelliter i omloppsbana, liksom några RapidEye-kubesat. Cubesats används i allt från katastrofinsatser till klimatövervakning.
  • NanoRacks Cubesat Deployer på den internationella rymdstationen lanserar cubesats efter att de har dragits till en bana ombord på ett besökande ISS -fordon.
  • NASA: s Cubesat Launch -initiativ ger lanseringsplatser för cubesats ombord på traditionella raketuppskjutningar.

Vissa experter inom rymdindustrin oroar sig för att populariseringen av cubesats kommer att göra det skapa mycket skräp i låg jordbana , när företag och forskare tävlar om att få sina idéer ut i rymden utan att tänka på de långsiktiga konsekvenserna. I mars 2018 meddelade Federal Communications Commission påstod att ett amerikanskt företag lanserade flera små satelliter utan tillstånd efter att FCC blockerade lanseringen och sa att satelliterna var för små för att sensorer skulle kunna spåra.

Rör sig utanför jordens bana

Från och med 2018 började cubesats våga sig utanför jordens bana. Här är några av de projekt som pågår, eller planeras fortfarande:

Mars Cube One (MarCO) - de första cubesatsna som lämnade jorden - lanserades den 5 maj 2018 tillsammans med NASA: s InSight -landare. InSight förväntas landa på Mars den 26 november 2018; den är för närvarande på väg och cubesats flyger precis bakom den, eftersom de separerade oberoende av raketen under uppskjutning och körs på solenergi .

Cubesats är smeknamnet 'WALL-E' och 'Eve' efter den animerade Pixar-filmen 'WALL-E' från 2008, som följer robotarnas äventyr i rymden. När InSight landar kommer cubesats att försöka skicka data tillbaka till jorden om dess nedstigning. Detta är en testflygning och informationen kommer inte att vara kritisk, eftersom Mars Reconnaissance Orbiter kommer att göra samma jobb. MarCOs uppdrag kommer att avslutas strax därefter.

NASA: s första lansering av Space Launch System -testet 2019 kommer att vara banbrytande för raketen som förväntas leda människor ur jordens låga bana för första gången sedan 1960 -talet. Den första lanseringen kommer att omfatta upp till 13 mikrosatelliter. Konceptidéer inkluderar månficklampa, som reflekterar solljus för att kika in i permanent skuggade kratrar på månen, och NEA Scout, som kommer att använda ett solsegel för att flyga till jordnära asteroid 1991VG.

NASA överväger ett uppdrag till Jupiters iskalla måne Europa under 2020- eller 2030 -talen. År 2014 sa NASA att det övervägde att inkludera kubesats på uppdraget, som skulle utföra funktioner som 'spaning för framtida landningsplatser, gravitation fält, magnetfält, atmosfär och plume vetenskap och strålningsmätningar.' NASA bekräftade att cubesats skulle inkluderas i maj 2018 och bad vetenskapssamhället om sina idéer.

Europeiska rymdorganisationen och NASA övervägde tidigare ett gemensamt uppdrag att undersöka asteroiden 65803 Didymos och försöka flytta månen via en slagkropp. Uppdraget kallades Asteroid Impact & Deflection Assessment (AIDA) mission. För den europeiska delen övervägde de att inkludera två cubesats för att göra kompletterande observationer. Européerna valde att inte finansiera sin del av uppdraget 2016 för att ge mer pengar till ExoMars rover -uppdrag, men NASA fortsätter utvecklingen från sin sida. Lanseringen har försenats till 2020 -talet.

Ytterligare resurser