KAS YRA „CUBESATS“?

Send

Viena iš šiuolaikinę kosmoso tyrinėjimo epochą apibūdinančių savybių yra atviras jos pobūdis. Anksčiau kosmosas buvo siena, kuria galėjo naudotis tik dvi federalinės kosmoso agentūros - NASA ir sovietinė kosminė programa. Tačiau dėl naujų technologijų atsiradimo ir išlaidų mažinimo priemonių privatusis sektorius dabar gali teikti savo paleidimo paslaugas.

Be to, akademinės institucijos ir mažos šalys dabar gali kurti savo palydovus, kad galėtų atlikti atmosferos tyrimus, atlikti Žemės stebėjimus ir išbandyti naujas kosmoso technologijas. Tai yra vadinama „CubeSat“, miniatiūrine palydove, leidžiančia atlikti ekonomiškus kosmoso tyrimus.

Struktūra ir dizainas:

Taip pat žinomas kaip nanosatellitai, „CubeSats“ yra pagamintas pagal standartinius matmenis 10 x 10 x 11 cm (1 U) ir yra formos kaip kubeliai (taigi ir pavadinimas). Jie yra keičiami, pateikiami versijose, kurių šonai matuojami 1U, 2U, 3U arba 6U, ir paprastai sveria mažiau nei 1,33 kg (3 svarus) U. „3U“ ar daugiau „CubSats“ yra didžiausi, sudaryti iš trijų sukrautų vienetų. išilgai cilindro, uždengiančio juos visus.

Pastaraisiais metais buvo pasiūlytos didesnės „CubeSat“ platformos, apimančios 12U modelį (20 x 20 x 30 cm arba 24 x 24 x 36 cm), kuris padidintų „CubeSats“ galimybes neapsiribojant akademiniais tyrimais ir naujų technologijų testavimu, įtraukiant sudėtingesnius mokslus. ir krašto apsaugos tikslai.

Pagrindinė palydovų miniatiūrizacijos priežastis yra dislokavimo išlaidų sumažinimas ir dėl to, kad jie gali būti dislokuoti viršijant paleidimo priemonės talpą. Tai sumažina riziką, susijusią su misijomis, kai papildomas krovinys turi būti pritvirtintas prie paleidimo angos, taip pat leidžia skubiai keisti krovinius.

Jie taip pat gali būti gaminami naudojant komercinius standartinius (COTS) elektronikos komponentus, todėl juos palyginti lengva sukurti. Kadangi „CubeSats“ misijos vykdomos labai žemose žemės orbitose (LEO) ir atmosfera vėl grįžta tik po kelių dienų ar savaičių, radiacijos iš esmės galima nepaisyti ir gali būti naudojama standartinė vartotojui skirta elektronika.

„CubeSats“ yra gaminami iš keturių konkrečių rūšių aliuminio lydinio, siekiant užtikrinti, kad jų šiluminio plėtimosi koeficientas būtų toks pat kaip ir paleidimo priemonės. Palydovai taip pat yra padengti apsauginiu oksido sluoksniu išilgai bet kokio paviršiaus, kuris liečiasi su nešančiąja raketa, kad būtų išvengta šalto suvirinimo į vietas, esant dideliam įtempiui.

Komponentai:

„CubeSats“ dažnai turi kelis borto kompiuterius, kad galėtų atlikti tyrimus, taip pat parūpinti požiūrį, valdiklius ir ryšius. Paprastai įtraukiami kiti borto kompiuteriai, siekiant užtikrinti, kad pagrindinis kompiuteris nebūtų perkrautas keliais duomenų srautais, tačiau visi kiti borto kompiuteriai turi turėti galimybę su juo susisiekti.

Paprastai pagrindinis kompiuteris yra atsakingas už užduočių, tokių kaip požiūrio valdymas, orbitos manevrų skaičiavimas ir planavimo užduotis, perdavimą kitiems kompiuteriams. Vis dėlto pagrindinis kompiuteris gali būti naudojamas atliekant su kroviniu susijusias užduotis, tokias kaip vaizdo apdorojimas, duomenų analizė ir duomenų glaudinimas.

Miniatiūriniai komponentai suteikia padėties valdymą, paprastai susidedantį iš reakcijos ratų, magnetorquers, stūmoklių, žvaigždžių sekimo įrenginių, saulės ir žemės jutiklių, kampinio greičio jutiklių, GPS imtuvų ir antenų. Daugelis iš šių sistemų dažnai naudojamos kartu siekiant kompensuoti trūkumus ir užtikrinti perteklių.

Saulės ir žvaigždės jutikliai naudojami krypčiai nukreipti, o Žemės ir jos horizonto jutimas yra būtinas atliekant Žemės ir atmosferos tyrimus. Saulės jutikliai taip pat naudingi užtikrinant, kad „CubsSat“ galėtų maksimaliai pasiekti saulės energiją, kuri yra pagrindinė „CubeSat“ maitinimo priemonė - kai saulės kolektoriai yra įmontuojami į išorinį palydovo korpusą.

Tuo tarpu varymas gali būti įvairių formų, kurios visos apima miniatiūrinius stūmoklius, teikiančius nedidelį kiekį specifinio impulso. Palydovai taip pat yra spinduliuojami saulės, žemės ir atspindimos saulės šviesos, jau nekalbant apie jų komponentų skleidžiamą šilumą.

„CubeSat“ taip pat tiekiami su izoliacijos sluoksniais ir šildytuvais, užtikrinančiais, kad jų komponentai neviršytų jų temperatūros diapazonų ir kad šilumos perteklius galėtų išsiskirti. Dažnai pridedami temperatūros jutikliai, kad būtų galima stebėti, ar nėra pavojingo temperatūros padidėjimo ar kritimo.

Ryšiams palaikyti „CubeSat“ gali pasikliauti antenomis, kurios veikia VHF, UHF arba L, S, C ir X juostose. Dėl mažo „CubeSat“ dydžio ir ribotos talpos, tai dažniausiai yra tik 2W galia. Jie gali būti spiralinės, dipolinės ar vienakryptės monopolinės antenos, nors kuriami sudėtingesni modeliai.

Varymas:

„CubeSats“ naudojasi daugybe skirtingų varymo būdų, o tai savo ruožtu paskatino pažangą daugelyje technologijų. Dažniausiai pasitaikantys metodai apima šaltąsias dujas, chemines, elektrines varymo ir saulės burės. Šaltų dujų sraigtas priklauso nuo inertinių dujų (pavyzdžiui, azoto), kurios laikomos rezervuare ir išleidžiamos per purkštuką, kad būtų sukurta trauka.

Vykdant varymo metodus, tai yra pati paprasčiausia ir naudingiausia sistema, kurią gali naudoti „CubeSat“. Tai taip pat yra vienas saugiausių, nes dauguma šaltų dujų nėra nei lakios, nei ėsdinančios. Tačiau jų našumas yra ribotas ir jie negali pasiekti didelių impulsų manevrų. Taigi kodėl jie dažniausiai naudojami požiūrio kontrolės sistemose, o ne kaip pagrindiniai varikliai.

Cheminės varomosios sistemos priklauso nuo cheminių reakcijų, kad gautų aukšto slėgio ir aukštos temperatūros dujas, kurios tada nukreipiamos per purkštuką, kad būtų sukurta trauka. Jos gali būti skystos, kietos arba hibridinės. Paprastai jas reikia derinti su chemikalais, sujungtais su katalizatoriais ar oksidatoriais. Šie varikliai yra paprasti (ir todėl gali būti lengvai miniatiūriniai), turi mažus galios reikalavimus ir yra labai patikimi.

Elektrinė varomoji jėga priklauso nuo elektros energijos, kad pagreitintų įkrautas daleles dideliu greičiu. Holo efektiniai sraigtai, joniniai stūmokliai, impulsiniai plazminiai varikliai ir tt Šis metodas yra naudingas, nes jame derinamas didelis specifinis impulsas ir didelis efektyvumas, o komponentus galima lengvai miniatiūrizuoti. Trūkumas yra tas, kad jiems reikalinga papildoma energija, o tai reiškia arba didesnius saulės elementus, didesnes baterijas ir sudėtingesnes maitinimo sistemas.

Saulės burės taip pat naudojamos kaip varymo būdas, kuris yra naudingas, nes nereikalauja svaidomojo kuro. Saulės burės taip pat gali būti pritaikytos „CubSat“ matmenims, o palydovo maža masė lemia didesnį pagreitį tam tikroje saulės burės srityje.

Tačiau saulės burės vis tiek turi būti gana didelės, palyginti su palydovu, todėl mechaninis sudėtingumas yra papildomas galimo gedimo šaltinis. Šiuo metu nedaug „CubeSats“ yra naudoję saulės burę, tačiau tai išlieka potencialios plėtros sritis, nes tai yra vienintelis metodas, kuriam nereikia raketinio kuro arba jame naudojamos pavojingos medžiagos.

Kadangi stūmokliai yra miniatiūriniai, jie sukuria keletą techninių iššūkių ir apribojimų. Pvz., Su mažesniais stūmokliais neįmanoma paspausti vektoriaus (t. Y. Alkūnių). Iš esmės vektorizavimas turi būti pasiektas naudojant daugybę purkštukų, kad pasuktų asimetriškai, arba naudojant įjungiamus komponentus, kad būtų pakeistas masės centras, palyginti su „CubeSat“ geometrija.

Istorija:

Nuo 1999 m. Kalifornijos politechnikos valstybinis universitetas ir Stanfordo universitetas sukūrė „CubeSat“ specifikacijas, kad padėtų viso pasaulio universitetams atlikti kosmoso mokslą ir vykdyti tyrimus. Terminas „CubeSat“ buvo sugalvotas, kad būtų galima apibūdinti nano-palydovus, kurie atitinka „CubeSat“ projektavimo specifikacijose aprašytus standartus.

Juos išdėstė aeronautikos inžinerijos profesoriai Jordi Puig-Suari ir Bob Twiggs iš Stanfordo universiteto Aeronautikos ir astronautikos katedros. Nuo to laiko ji tapo tarptautine daugiau kaip 40 institutų, kurie kuria nanosatelitus, turinčius mokslinę naudą, partneryste.

Iš pradžių, nepaisant mažo dydžio, akademinės institucijos buvo apribotos tuo, kad jos buvo priverstos laukti, kartais, metų, galimybės pradėti veiklą. Tam tikru mastu tai buvo ištaisyta Kalifornijos politechnikos institute sukūrus „Poly-PicoSatellite Orbital Deployer“ (kitaip žinomą kaip P-POD). P-POD yra montuojami ant paleidimo raketos ir perkelia „CubeSats“ į orbitą ir dislokuoja juos, kai tik iš paleidimo priemonės bus gautas tinkamas signalas.

Anot JordiPuig-Suari, to tikslas buvo „sutrumpinti palydovo raidos laiką iki kolegijos studento karjeros laikotarpio ir panaudoti daugybės palydovų paleidimo galimybes“. Trumpai tariant, P-POD užtikrina, kad bet kuriuo metu galima paleisti daug „CubeSats“.

Keletas kompanijų sukūrė „CubeSats“, įskaitant didelių palydovų gamintoją „Boeing“. Tačiau didžiąją vystymosi dalį lemia akademinė bendruomenė, turinti įvairius sėkmingų orbitų „CubeSats“ ir nesėkmingų misijų rekordus. Nuo pat įkūrimo „CubeSats“ buvo naudojamos daugybei programų.

Pavyzdžiui, jie buvo naudojami diegiant automatines identifikavimo sistemas (AIS) jūrų laivams stebėti, dislokuoti Žemės nuotolinius jutiklius, išbandyti ilgalaikį kosminių juostų gyvybingumą, taip pat atlikti biologinius ir radiologinius eksperimentus.

Akademinėje ir mokslo bendruomenėje šiais rezultatais dalijamasi, o ištekliai prieinami tiesiogiai bendraujant su kitais kūrėjais ir lankant „CubeSat“ seminarus. Be to, „CubeSat“ programa naudinga privačioms įmonėms ir vyriausybėms, nes teikia pigių naudingų krovinių skraidymo į kosmosą būdą.

2010 m. NASA sukūrė „CubeSat Launch Initiative“, kurios tikslas - teikti paleidimo paslaugas švietimo įstaigoms ir ne pelno organizacijoms, kad jos galėtų „CubeSat“ paleisti į kosmosą. 2015 m. NASA inicijavo savo „Cube Quest Challenge“, kaip savo Šimtmečio iššūkių programos dalį.

Premija, kurios prizinis fondas siekia 5 milijonus dolerių, šia paskata-konkursu buvo siekiama skatinti kurti mažus palydovus, galinčius veikti ne tik žemoje Žemės orbitoje - ypač Mėnulio orbitoje ar gilumoje. Pasibaigus konkursui, bus išrinkta iki trijų komandų, kurios pristatys savo „CubeSat“ dizainą „SLS-EM1“ misijoje 2018 m.

NASA „InSight“ nusileidimo misija (planuojama pradėti 2018 m.) Taip pat apims du „CubeSats“. Jie vykdys Marso lakštą ir užtikrins papildomus relinius ryšius su žeme, nusileisdami į žemę ir nusileisdami.

Paskirtas „Mars Cube One“ (MarCO), šis eksperimentinis 6U dydžio „CubeSat“ bus pirmoji giliųjų erdvių misija, kuria bus galima remtis „CubeSat“ technologija. Duomenims perduoti į NASA „Mars Reconnaissance Orbiter“ (MRO) - jis perduos juos į Žemę, naudodamas didelio stiprumo, plokščią X juostos anteną.

Kosmoso sistemų mažinimas ir prieinamumas yra vienas iš atsinaujinančių kosminių tyrinėjimų eros bruožų. Tai taip pat yra viena iš pagrindinių priežasčių, dėl kurios „NewSpace“ pramonė pastaraisiais metais sparčiai auga. Didesnis dalyvavimo lygis rodo didesnę grąžą, susijusią su tyrimais, plėtra ir tyrinėjimais.

Parašėme daug straipsnių apie „CubeSat“, skirtą „Space Magazine“. „Planetary Society“ išleis tris atskiras saulės burės, pirmąsias tarpplanetines „CubeSats“, kurios bus paleistos NASA 2016 m. „InSight Mars Lander“, „CubeSats“ padarys astronomiją, ką jūs galite padaryti su „Cubesat“? Šie „Cubesats“ gali naudoti plazminius sraigtus, kad paliktų mūsų saulės sistemą.

Jei norite gauti daugiau informacijos „CubeSat“, apsilankykite oficialiame „CubeSat“ pagrindiniame puslapyje.

Mes užfiksavome astronomijos filmo apie kosminį šautuvą epizodą. Klausykite čia, 127 epizodas: JAV kosminis laivas.

Šaltiniai: