Cubesats: малки полезни товари, огромни ползи за космическите изследвания

Два от 28 -те кубчета на Dove, които съставят Planet Lab

Два от 28 -те кубчета на Dove, които съставляват съзвездието „Flock 1“ на Planet Lab, се виждат на орбита от Международната космическа станция на 11 февруари 2014 г. (Изображение кредит: НАСА)



Cubesats са миниатюрни спътници, които се използват изключително в ниска околоземна орбита в продължение на 15 години, а сега се използват и за междупланетни мисии. В началото те обикновено се използват в ниска земна орбита за приложения като дистанционно наблюдение или комуникации. Към средата на 2018 г. чифт кубсати бяха разгърнати на мисия, летяща за Марс, а за Луната и Юпитер се обмислят множество други кубсати.



Дизайнът на кубеса е предложен за първи път в края на 90-те години от двама професори: Джорди Пуиг-Суари от Калифорнийския политехнически държавен университет и Боб Туигс от Станфордския университет. Те се опитваха да помогнат на студентите да придобият инженерен опит в спътниците, които традиционно са скъпи за изграждане и изстрелване. Идеята за кубсат дойде отчасти от манията на миниатюрните играчки на деня, Beanie Babies, според Spaceflight Now . Вдъхновена от индивидуализираните плюшени животни, идеята на Twiggs е да позволи на учениците да създадат свои собствени миниатюрни спътници.

Основният дизайн на кубсат е 10-сантиметров (4-инчов) куб с маса по-малка от 1,33 килограма (2,93 фунта.), Добавя статията. Но вариации по темата са възможни. Cubesats също могат да бъдат проектирани да обхващат две, три или шест 10-сантиметрови единици за по-сложни мисии.



Cubesats намаляват разходите за стартиране по два основни начина. Те не тежат толкова много, което означава, че ракетата не се нуждае от много гориво, за да ги издигне. В повечето случаи те също споделят ракета с по -голям спътник, което прави възможно да се стигне до космоса върху опашките на по -тежкия полезен товар.

Съществуват обаче някои предизвикателства в дизайна с кубиците. Електрониката е по -малка и следователно е по -чувствителна към радиация. Тъй като са малки, те не могат да носят със себе си големи полезни товари. Тяхната ниска цена също означава, че те обикновено са проектирани да издържат само няколко седмици, месеци или години преди прекратяване на операциите (а за тези на ниска орбита на Земята, падане обратно в атмосферата.)

Три малки кубчета плават над Земята след разполагане от Международната космическа станция. Астронавтът Рик Мастрачио туитира снимката от станцията на 19 ноември 2013 г.



Три малки кубчета плават над Земята след разполагане от Международната космическа станция. Астронавтът Рик Мастрачио туитира снимката от станцията на 19 ноември 2013 г.(Изображение кредит: Rick Mastracchio & rlm; (чрез Twitter като @AstroRM))

Кратка история

Първите шест кубчета са пуснати през юни 2003 г. от руската площадка за изстрелване в Плесецк. По това време, според статия от demokratija.eu от 2004 г., стартовият курс за изстрелване на кубсат е бил около 40 000 долара, което е изгодна цена в сравнение с типичен спътник (много от тях са милиони долари.)

Cubesats стана възможно благодарение на продължаващата миниатюризация на електрониката, която позволява на инструменти като камери да се качват на орбита с малка част от това, което се изискваше в началото на космическата ера през 60 -те години.



„Надникнете вътре в кубсат и ще забележите готовата схема в познатата форма на микропроцесори и модемни портове и други микрочип устройства, които обикновено се използват в мобилни телефони, цифрови фотоапарати и ръчна глобална система за позициониране (GPS) сателитна навигация единици “, пише колумнистът от demokratija.eu Леонард Дейвид през 2004 г.

Малките кубчета революционизират начина, по който учените, студентите и дори частните компании изследват и използват космоса. Вижте как технологията cubesat намалява спътниците в нашата пълна инфографика.

Малките кубчета революционизират начина, по който учените, студентите и дори частните компании изследват и използват космоса. Вижте как технологията cubesat намалява спътниците в нашата пълна инфографика.(Изображение кредит: От Карл Тейт, художник на инфографиката)

През първото десетилетие повечето кубета, които летяха, идват от университетски или изследователски приложения. Само няколко спътника се изстрелват всяка година; след това през 2013 г. броят на изстрелите внезапно се преброява в десетките. През същата година търговският сектор започна да пуска сателити, според SpaceDaily .

Внедряват се нови технологии за подобряване на използването на кубици, като например проект на НАСА за парашути от 2017 г., който би могъл да приземи малките спътници без нужда от бустери. И няколко публични проекта бяха обявени в публичния сектор, включително „рояците“ на НАСА от кубици за наблюдение на Земята, приемане на сателит от обществена радиостанция NPR, и a Канадско студентско състезание по кубесат .

Към средата на 2018 г. е имало повече от 2100 кубици и наносателити. според nanosats.eu . Сред забележителните приложения на кубиците в орбита около Земята днес:

  • Planet Labs, компания за наблюдение на Земята, има десетки сателити Dove с размер на кубсат в орбита, както и няколко кубчета RapidEye. Кубиците се използват във всичко - от реакция при бедствия до мониторинг на климата.
  • Deployer NanoRacks Cubesat на Международната космическа станция изстрелва кубици след като те са били изтеглени на орбита на борда на гостуващ кораб на МКС.
  • Инициативата на НАСА Cubesat Launch предоставя слотове за изстрелване на кубици на борда на традиционни ракетни изстрелвания.

Някои експерти в космическата индустрия се притесняват, че популяризирането на кубиците ще стане създават много боклуци в нискоземна орбита , тъй като компаниите и изследователите се надпреварват да внесат своите идеи в космоса, без да отчитат дългосрочните последици. През март 2018 г. Федералната комисия по комуникациите твърди, че една американска компания е пуснала няколко малки спътника без разрешение след като FCC блокира изстрелването, казвайки, че сателитите са твърде малки, за да могат сензорите да проследяват.

Преместване извън земната орбита

От 2018 г. кубесатите започнаха да излизат извън орбитата на Земята. Ето някои от проектите, които се изпълняват или все още се планират:

Марс Куб 1 (MarCO) - първите кубета, напуснали Земята - стартирани на 5 май 2018 г., заедно с кацащия апарат на НАСА InSight. Очаква се InSight да кацне на Марс на 26 ноември 2018 г .; в момента е на път и кубетата летят точно зад него, тъй като се отделиха независимо от ракетата по време на изстрелването и работят на слънчева енергия .

Кубиците са с прякор „WALL-E“ и „Eve“ след анимационния филм на Pixar от 2008 г. „WALL-E“, който проследява приключенията на роботите в космоса. Когато InSight кацне, кубиците ще се опитат да изпратят данни обратно на Земята за нейното спускане. Това е пробен полет и информацията няма да бъде критична, тъй като Mars Reconnaissance Orbiter ще свърши същата работа. Мисията на MarCO ще приключи малко след това.

Първото тестово изстрелване на НАСА през 2019 г. ще бъде пионер в ракетата, която се очаква да изведе хората от ниската околоземна орбита за първи път от 60 -те години на миналия век. Първоначалното, отвито изстрелване ще включва до 13 микросателита. Идеите на концепцията включват Лунно фенерче, което отразява слънчевата светлина, за да надникне в постоянно засенчените кратери на Луната, и NEA Scout, който ще използва слънчево платно, за да лети до околоземния астероид 1991VG.

НАСА обмисля мисия до ледената луна на Юпитер Европа през 2020 -те или 2030 -те години. През 2014 г. НАСА заяви, че обмисля включването на кубици в мисията, която ще изпълнява функции, включително „разузнаване за бъдещи места за кацане, гравитационни полета, магнитни полета, атмосферни и шлейфови науки и измервания на радиацията“. НАСА потвърди, че кубиците ще бъдат включени през май 2018 г. и помоли научните среди за техните идеи.

Европейската космическа агенция и НАСА преди това обмисляха съвместна мисия за изследване на астероида 65803 Didymos и опит за преместване на Луната му чрез удар. Мисията се нарича мисия за оценка на въздействието и отклонението на астероидите (AIDA). От европейска страна те обмислят включването на два кубика за допълнителни наблюдения. Европейците избраха да не финансират своята част от мисията през 2016 г., за да дадат повече пари за роувър мисията ExoMars, но НАСА продължава развитието от своя страна. Стартирането е отложено за 2020 -те.

Допълнителни ресурси