Једна од најважнијих карактеристика модерног доба истраживања свемира је отвореност истих. У прошлости, свемир је био граница која је била доступна само двема савезним свемирским агенцијама - НАСА-и и совјетском свемирском програму. Али захваљујући појави нових технологија и мера смањења трошкова, приватни сектор је сада у стању да пружи сопствене услуге лансирања.
Поред тога, сада су академске институције и мале земље способне да граде сопствене сателите за потребе атмосферског истраживања, праћења Земље и испитивања нових свемирских технологија. То је оно што је познато као ЦубеСат, минијатурисани сателит који омогућава економично истраживање свемира.
Структура и дизајн:
Познати и као наносателити, ЦубеСатс су изграђени до стандардних димензија 10 к 10 к 11 цм (1 У) и у облику су коцке (отуда и назив). Они су скалабилни и долазе у верзијама које мере 1У, 2Ус, 3Ус или 6Ус са стране, а обично теже мање од 1,33 кг (3 лбс) по У. по дужини са цилиндром који их све покрива.
Последњих година предложене су веће платформе ЦубеСат, које укључују модел од 12 У (20 к 20 к 30 цм или 24 к 24 к 36 цм), који би проширио могућности ЦубеСатс-а изван академског истраживања и тестирања нових технологија, укључујући сложеније науке и националне циљеве одбране.
Главни разлог минијатурисања сателита је смањење трошкова размештања и зато што се они могу распоредити у вишку капацитета лансирног возила. То смањује ризике повезане са мисијама у којима се додатни терет мора прислонити на бацач, а такође омогућава и промене терета у кратком року.
Такође се могу направити помоћу комерцијалних електроничких компоненти (ЦОТС), што их чини релативно једноставним за израду. Будући да се ЦубеСатс мисије често праве на врло ниским земаљским орбитама (ЛЕО) и доживљавају атмосферско поновно пуштање у ваздух након само неколико дана или недеља, зрачење се у великој мери може занемарити и може се користити стандардна потрошачка електроника.
ЦубеСатс су направљени од четири посебне врсте алуминијумске легуре да би се осигурало да имају исти коефицијент топлотног ширења као и лансирно возило. Сателити су такође пресвучени заштитним оксидним слојем дуж било које површине која дође у контакт са лансирним возилом како би се спречило да их хладно заваре на место од јаког стреса.
Компоненте:
ЦубеСатс често носе више рачунара на возилу ради истраживања, као и за контролу става, потиске и комуникацију. Обично су укључени други рачунарски уређаји који осигуравају да главни рачунар није преоптерећен више токова података, али сви други рачунари морају бити у могућности да се с њим повезују.
Обично је примарни рачунар одговоран за делегирање задатака на друге рачунаре - као што су контрола става, прорачуни за орбиталне маневре и задаци заказивања. Ипак, примарни рачунар може се користити за задатке повезане са оптерећењем, попут обраде слике, анализе података и компресије података.
Минијатурисане компоненте обезбеђују контролу положаја, обично се састоје од реакционих точкова, магнеторкера, потисника, пратилаца звезда, сензора за сунце и земљу, сензора угаоног броја и ГПС пријемника и антена. Многи од ових система се често користе у комбинацији како би се надокнадили недостаци и осигурали нивои сувишности.
Сензори сунца и звезда користе се за прављење усмерења, док је осећање Земље и њеног хоризонта од суштинског значаја за спровођење студија Земље и атмосфере. Сунчани сензори су такође корисни у осигуравању могућности ЦубсСат-а да повећа свој приступ соларној енергији, што је основно средство за напајање ЦубеСат-а, где су соларни панели уграђени у спољно кућиште сателита.
У међувремену, погон може имати различите облике, који укључују минијатурисане потиснике који пружају мале количине специфичног импулса. Сателити су такође подложни зрачењу сунца, Земље и рефлексне сунчеве светлости, а да не спомињемо топлоту коју стварају њихове компоненте.
Као такав, ЦубеСат такође долази са изолационим слојевима и грејачима како би се осигурало да њихове компоненте не прелазе температурне опсеге и да се вишак топлоте може распршити. Често су укључени сензори температуре за надгледање опасних пораста или падова температуре.
За комуникацију, ЦубеСат се могу ослонити на антене које раде у ВХФ, УХФ или Л-, С-, Ц- и Кс-опсезима. Они су углавном ограничени на 2В снаге због мале величине и ограниченог капацитета ЦубеСат-а. Оне могу бити спиралне, диполне или монодирекцијске монополне антене, иако се развијају софистициранији модели.
Погон:
ЦубеСатс се ослањају на много различитих метода погона, што је заузврат довело до напретка у многим технологијама. Најчешће методе укључују хладни гас, хемијске, електричне погоне и соларна једра. Потисник хладног гаса ослања се на инертни гас (попут азота) који се складишти у резервоару и ослобађа се кроз млазницу да би се створио потисак.
Како методе погона иду, то је најједноставнији и најкориснији систем који ЦубеСат може користити. Такође је и један од најсигурнијих, јер већина хладних гасова није испарљива нити корозивна. Међутим, они имају ограничене перформансе и не могу постићи велике импулсе. Отуда се они обично користе у системима за контролу положаја, а не као главни потисници.
Системи хемијског погона ослањају се на хемијске реакције за производњу гаса високог притиска високог притиска који се затим усмерава кроз млазницу да би се створио потисак. Они могу бити течни, чврсти или хибриди и обично се своде на комбинацију хемикалија комбинованих са катализаторима или оксидантом. Ови потисници су једноставни (и због тога се могу лако минијатурисати), имају мале потребе за напајањем и веома су поуздани.
Електрични погон ослања се на електричну енергију за убрзавање напуњених честица до великих брзина - ака. Покретачи са двоструким ефектом, јонски потисници, пулсирајући плазма потисници итд. Ова метода је корисна јер комбинује високи специфични импулс са високом ефикасношћу, а компоненте се могу лако минијатурисати. Недостатак је што им је потребна додатна снага, што значи или веће соларне ћелије, веће батерије и сложенији електроенергетски систем.
Соларна једра се такође користе као метода за погон, што је корисно јер не захтева погонско гориво. Соларна једра такође се могу прилагодити сопственим димензијама ЦубСат-а, а мала маса сателита резултира већим убрзањем за одређено подручје соларног једра.
Међутим, соларна једра и даље морају бити прилично велика у односу на сателит, што механичку сложеност чини додатним извором потенцијалних кварова. У овом тренутку, неколико ЦубеСатс-а је користило соларно једро, али оно остаје подручје потенцијалног развоја, јер је то једина метода којој не треба гориво или не укључује опасне материје.
Пошто су потисници минијатурисани, они стварају неколико техничких изазова и ограничења. На пример, векторирање потиска (тј. Гимбал) је немогуће са мањим потисницима. Као такав, векторирање се уместо тога мора постићи коришћењем више млазница које се асиметрично гурају или коришћењем активираних компоненти за промену центра масе у односу на геометрију ЦубеСат-а.
Историја:
Почевши од 1999. године Калифорнијски политехнички државни универзитет и Универзитет Станфорд развили су спецификације ЦубеСат како би универзитетима широм света помогли да изводе свемирске науке и истраживање. Израз „ЦубеСат“ је скован да означи нано-сателите који се придржавају стандарда описаних у ЦубеСат дизајнерским спецификацијама.
То су изложили професори ваздухопловне инжињерије Јорди Пуиг-Суари и Боб Твиггс са одељења за ваздухопловство и астронаутику Универзитета Станфорд. Од тада је постало међународно партнерство преко 40 института који развијају наносателите који садрже научне корисне оптерећења.
У почетку, упркос својој малој величини, академске институције биле су ограничене у томе што су биле присиљене чекати, понекад и године, прилику за покретање. То је у одређеној мери отклоњено развојем Поли-ПицоСателлите Орбитал Деплоиера (иначе познатог као П-ПОД), од Цалифорниа Политецхниц. П-ПОД-ови су монтирани на лансирно возило и носе ЦубеСатс у орбиту и распоређују их након што прими одговарајући сигнал из лансирног возила.
Сврха тога, према ЈордиПуиг-Суари, била је „да смањи време развоја сателита на временски оквир каријере студента и искористи могућности покретања великог броја сателита“. Укратко, П-ПОД осигуравају да се многи ЦубеСатс могу лансирати у било којем тренутку.
Неколико компанија је изградило ЦубеСатс, укључујући Боеинг који производи велике сателите. Међутим, највећи део развоја долази из академских кругова, са мешовитим подацима о успешно орбитираним ЦубеСатс и неуспешним мисијама. ЦубеСатс су од свог оснивања коришћени за безброј апликација.
На пример, коришћени су за постављање система за аутоматску идентификацију (АИС) за надгледање морских пловила, постављање даљинских сензора Земље, за тестирање дугорочне одрживости свемирских привеза, као и за спровођење биолошких и радиолошких експеримената.
У оквиру академске и научне заједнице, ови резултати се деле и ресурси се стављају на располагање директном комуникацијом с другим програмерима и похађањем ЦубеСат радионица. Уз то, програм ЦубеСат користи приватним фирмама и владама пружајући јефтин начин летења оптерећења у простору.
2010. године НАСА је створила „ЦубеСат Лаунцх Инитиативе“ (Циљ иницијативе за покретање ЦубеСат), који има за циљ да пружи услуге лансирања образовних установа и непрофитних организација како би добили њихов ЦубеСатс у свемир. 2015. године, НАСА је покренула Цубе Куест Цхалленге као део својих стогодишњих програма изазова.
Уз наградну торбицу од 5 милиона долара, ово подстицајно такмичење има за циљ да подстакне стварање малих сателита способних да раде изван ниске земаљске орбите - посебно у лунарној орбити или дубоком свемиру. На крају такмичења биће изабрана три тима која ће 2018. године лансирати свој ЦубеСат дизајн на мисију СЛС-ЕМ1.
НАСА-ина мисија ИнСигхт за слетање (која би требало да буде представљена 2018. године) такође ће укључивати два ЦубеСатс-а. Они ће вршити лет преко Марса и пружити додатну релејну комуникацију са Земљом током уласка и слетања Ландера.
Изречени Марс Цубе Оне (МарЦО), овај експериментални ЦубеСат величине 6У биће прва мисија дубоког свемира која се ослањала на ЦубеСат технологију. Користиће Кс-опсежну антену високог добитка за пренос података на НАСА-ин Марс Рецоннаиссанце Орбитер (МРО) - који ће га затим пренети на Земљу.
Чињење свемирских система мањим и приступачнијим један је од карактеристика ере обновљеног истраживања свемира. То је такође један од главних разлога што индустрија НевСпаце последњих година расте скоковима и границама. И са већим нивоом учешћа, примећујемо веће приносе када су у питању истраживање, развој и истраживање.
Написали смо много чланака о ЦубеСат за Спаце Магазине. Ево планетарног друштва за лансирање три одвојена соларна једра, прве међупланетарне коцке за седење на НАСА-ином Инсајтовом Марс Ландеру 2016, чинећи ЦубеСатс астрономију, шта можете учинити с кубесатом, а ови кубесати могу помоћу потискивача плазме да напусте наш соларни систем.
Ако желите више информација о ЦубеСату, погледајте званичну почетну страницу ЦубеСат-а.
Снимили смо епизоду Астрономи Цаст-а о свемирском шатлу. Слушајте овде, епизода 127: Амерички свемирски шатл.
Извори:
- НАСА - ЦубеСатс
- Википедиа - ЦубеСат
- ЦубеСат - О нама
- ЦубеСаткит
