Mały satelita - Small satellite

Małe satelitarnej , zminiaturyzowana satelitarnej lub smallsat jest satelita o małej masie i wielkości, zwykle poniżej 500 kg (1100 funtów). Chociaż wszystkie takie satelity można określić mianem „małych”, różne klasyfikacje służą do kategoryzacji ich na podstawie masy . Satelity mogą być budowane jako małe, aby zmniejszyć duże koszty ekonomiczne pojazdów nośnych i koszty związane z budową. Miniaturowe satelity, zwłaszcza w dużych ilościach, mogą być bardziej przydatne niż mniejsze, większe do pewnych celów – na przykład do zbierania danych naukowych i przekaźników radiowych . Wyzwania techniczne przy budowie małych satelitów mogą obejmować brak wystarczającego magazynowania energii lub miejsca na system napędowy .

Uzasadnienie

Nazwa grupy Masa (kg)
Duży satelita >1000
Średni satelita 500 do 1000
Mini satelita 100 do 500
Mikrosatelita 10 do 100
Nano satelita 1 do 10
Satelita piko 0,1 do 1
Satelita femto <0,1

Jednym z powodów miniaturyzacji satelitów jest zmniejszenie kosztów; cięższe satelity wymagają większych rakiet o większym ciągu, co wiąże się z większymi kosztami finansowania. W przeciwieństwie do tego, mniejsze i lżejsze satelity wymagają mniejszych i tańszych pojazdów nośnych i czasami mogą być wystrzeliwane w wielokrotnościach. Można je również wystrzelić „na barana”, wykorzystując nadmiar pojemności większych pojazdów nośnych. Zminiaturyzowane satelity pozwalają na tańsze konstrukcje i łatwość masowej produkcji.

Innym ważnym powodem rozwoju małych satelitów jest możliwość realizacji misji, których nie mógłby wykonać większy satelita, takich jak:

  • Konstelacje dla komunikacji o niskiej szybkości transmisji danych
  • Używanie formacji do zbierania danych z wielu punktów
  • Inspekcja na orbicie większych satelitów
  • Badania okołouniwersyteckie
  • Testowanie lub kwalifikowanie nowego sprzętu przed użyciem go na droższym statku kosmicznym

Historia

Segmenty nanosatelitów i mikrosatelitów w branży wystrzeliwania satelitów szybko się rozwijają w ostatnich latach. Aktywność rozwojowa w zakresie 1-50 kg (2,2-110,2 funtów) znacznie przekracza tę w zakresie 50-100 kg (110-220 funtów).

W samym zakresie 1–50 kg wystrzelono mniej niż 15 satelitów rocznie w latach 2000-2005, 34 w 2006 r., a następnie mniej niż 30 wystrzeliwanych rocznie w latach 2007-2011. Liczba ta wzrosła do 34 wystrzelonych w 2012 r. i 92 w 2013 r.

Europejski analityk Euroconsult przewiduje, że w latach 2015–2019 zostanie uruchomionych ponad 500 małych satelitów o wartości rynkowej szacowanej na 7,4 mld USD .

Do połowy 2015 r. dostępnych było o wiele więcej opcji startu dla małych satelitów, a przejażdżki, ponieważ ładunki dodatkowe stały się zarówno większe, jak i łatwiejsze do zaplanowania z krótszym wyprzedzeniem.

Grupy klasyfikacyjne

Trzy mikrosatelity technologii kosmicznej 5

Małe satelity

Termin „mały satelita”, a czasem „minisatelita”, często odnosi się do sztucznego satelity o mokrej masie (w tym paliwa) od 100 do 500 kg (220 do 1100 funtów), ale w innych zastosowaniach oznacza każdego satelitę pod 500 kg (1100 funtów).

Przykładami małych satelitów są satelity Demeter , Essaim , Parasol , Picard , MICROSCOPE , TARANIS , ELISA , SSOT , SMART-1 , Spirale-A i -B oraz Starlink .

Mały pojazd do wystrzeliwania satelitów

Chociaż małe satelity były tradycyjnie wprowadzane jako dodatkowe ładunki w większych pojazdach nośnych, wiele firm obecnie opracowuje lub opracowało pojazdy nośne specjalnie przeznaczone na rynek małych satelitów. W szczególności paradygmat wtórnego ładunku użytecznego nie zapewnia specyfiki wymaganej dla wielu małych satelitów, które mają unikalne wymagania dotyczące orbity i czasu wystrzelenia.

Firmy oferujące pojazdy nośne smallsat obejmują:

Firmy planujące pojazdy nośne smallsat obejmują:

  • Rakieta Astry 3.0 (100 kg)

Mikrosatelity

Termin „mikrosatelita” lub „mikrosatelita” jest zwykle stosowany do nazwy sztucznego satelity o mokrej masie od 10 do 100 kg (22 do 220 funtów). Nie jest to jednak oficjalna konwencja i czasami terminy te mogą odnosić się do satelitów większych lub mniejszych (np. 1-50 kg (2,2-110,2 funta)). Czasami projekty lub proponowane projekty niektórych satelitów tego typu mają mikrosatelity pracujące razem lub w formacji . Czasami używany jest również ogólny termin „mały satelita” lub „mały satelita”, podobnie jak „satelita”.

Przykłady: Astrid-1 i Astrid-2, a także zestaw satelitów obecnie zapowiadanych dla LauncherOne (poniżej)

W 2018 roku dwa mikrosatelity Mars Cube One – ważące zaledwie 13,5 kg (30 funtów) każdy – stały się pierwszymi satelitami CubeSat, które opuściły orbitę ziemską do użytku w przestrzeni międzyplanetarnej. Lecieli w drodze na Marsa wraz z udaną misją lądownika Mars InSight . Dwa mikrosatelity przeleciały obok Marsa w listopadzie 2018 roku i obydwa nadal komunikowały się ze stacjami naziemnymi na Ziemi do końca grudnia. Obaj zamilkli na początku stycznia 2019 roku.

Mikrosatelitarny pojazd startowy

Szereg firm komercyjnych i wojskowych opracowuje obecnie pojazdy nośne z mikrosatelitami, aby spełnić coraz bardziej ukierunkowane wymagania dotyczące wystrzeliwania mikrosatelitów. Podczas gdy mikrosatelity były przenoszone w kosmos przez wiele lat jako dodatkowe ładunki na pokładzie większych wyrzutni , paradygmat dodatkowego ładunku nie zapewnia specyfiki wymaganej dla wielu coraz bardziej wyrafinowanych małych satelitów, które mają unikalne wymagania dotyczące orbity i czasu wystrzelenia.

W lipcu 2012 r. Virgin Galactic ogłosiła LauncherOne , orbitalny pojazd nośny zaprojektowany do wystrzeliwania „małych satelitów” z ładunkiem podstawowym o masie 100 kg (220 funtów) na niską orbitę okołoziemską , z startami planowanymi na 2016 r. Kilku klientów komercyjnych już podpisało kontrakty na starty , w tym GeoOptics , Skybox Imaging , Spaceflight Industries i Planetary Resources . Zarówno Surrey Satellite Technology, jak i Sierra Nevada Space Systems opracowują autobusy satelitarne „zoptymalizowane pod kątem projektu LauncherOne”. Virgin Galactic pracuje nad koncepcją LauncherOne od końca 2008 r., a od 2015 r. czyni z niej większą część podstawowego planu biznesowego Virgin, ponieważ program lotów kosmicznych Virgin doświadczył wielu opóźnień i śmiertelnego wypadku w 2014 r.

W grudniu 2012 r. DARPA ogłosiła, że ​​program Airborne Launch Assist Space Access dostarczy mikrosatelitarny wzmacniacz rakietowy dla programu DARPA SeeMe, który ma na celu uwolnienie „ konstelacji 24 mikrosatelitów (zasięg ~20 kg (44 funty)) każda z 1 -m rozdzielczość obrazu ”. Program został odwołany w grudniu 2015 roku.

W kwietniu 2013 r. Garvey Spacecraft otrzymał kontrakt o wartości 200 000 USD na ewolucję technologii suborbitalnego pojazdu nośnego Prospector 18 w orbitalny pojazd nośny nanosatelitarny, który jest w stanie dostarczyć ładunek 10 kg (22 funtów) na orbitę 250 km (160 mil) do równej - bardziej pojemny klaster „20/450 Nano/Micro Satellite Launch Vehicle” (NMSLV) zdolny do przenoszenia ładunków o masie 20 kg (44 funty) na orbitę kołową o długości 450 km (280 mil) .

Boeing Małe rakiety jest powietrze uruchomiony trójstopniowy do orbitę rakiety koncepcja ma na celu uruchomienie małych ładowność 45 kg (100 lb) na niskiej orbicie Ziemi. Proponuje się, aby program obniżyć koszty wystrzeliwania małych satelitów wojskowych USA do nawet 300 000 USD za wystrzelenie (7 000 USD/kg), a jeśli program rozwojowy byłby finansowany, od 2012 r. mógłby zacząć działać do 2020 r.

Szwajcarska firma Swiss Space Systems (S3) ogłosiła w 2013 r. plany opracowania suborbitalnego samolotu kosmicznego o nazwie SOAR , który wystrzeliłby mikrosatelitarny pojazd nośny zdolny do umieszczenia ładunku do 250 kg (550 funtów) na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Hiszpańska firma PLD Space powstała w 2011 roku w celu opracowania tanich pojazdów nośnych o nazwach Miura 1 i Miura 5 o udźwigu do 150 kg (330 funtów) na orbitę.

Nanosatelity

Wystrzelone, planowane i przewidywane nanosatelity na sierpień 2021 r.

Termin „nanosatelita” lub „nanosat” odnosi się do sztucznego satelity o mokrej masie od 1 do 10 kg (2,2 do 22,0 funta). Projekty i proponowane projekty tego typu mogą być wystrzeliwane pojedynczo lub mogą mieć wiele nanosatelitów współpracujących ze sobą lub tworzących się, w którym to przypadku czasami można zastosować termin „rój satelitów” lub „ frakcjonowany statek kosmiczny ”. Niektóre projekty wymagają większego satelity „matki” do komunikacji z kontrolerami naziemnymi lub do wystrzeliwania i dokowania z nanosatelitami. Do sierpnia 2021 wystrzelono ponad 1600 nanosatelitów.

CubeSat jest powszechnym typem nanosatellite, zbudowany w kształcie sześcianu na podstawie wielokrotności 10 cm x 10 cm x 10 cm, o masie nie więcej niż 1,33 kg (2,9 funtów) na jednostkę. Koncepcja CubeSata została po raz pierwszy opracowana w 1999 roku przez współpracujący zespół California Polytechnic State University i Stanford University , a specyfikacje, z których może korzystać każdy, kto planuje uruchomienie nanosatelity w stylu CubeSat, są utrzymywane przez tę grupę.

Dzięki ciągłym postępom w miniaturyzacji i zwiększeniu możliwości technologii elektronicznej oraz wykorzystaniu konstelacji satelitarnych , nanosatelity są coraz bardziej zdolne do wykonywania misji komercyjnych, które wcześniej wymagały mikrosatelitów. Na przykład zaproponowano standard 6U CubeSat, aby umożliwić konstelacji satelitów 35 8 kg (18 funtów) do obrazowania Ziemi zastąpienie konstelacji pięciu 156 kg (344 funtów) satelitów do obrazowania Ziemi RapidEye przy tym samym koszcie misji , ze znacznie wydłużonym czasem ponownej wizyty: każdy obszar kuli ziemskiej może być obrazowany co 3,5 godziny, a nie raz na 24 godziny za pomocą konstelacji RapidEye. Szybsze czasy powtórnych wizyt to znacząca poprawa dla narodów przeprowadzających reagowanie na katastrofy, co było celem konstelacji RapidEye. Ponadto opcja nanosatelity pozwoliłaby większej liczbie krajów na posiadanie własnego satelity do gromadzenia danych obrazowania poza szczytem (bez katastrofy). Wraz ze spadkiem kosztów i skróceniem czasu produkcji nanosatelity stają się coraz bardziej wykonalnymi przedsięwzięciami dla firm.

Przykładowe nanosatelity: ExoCube (CP-10) , ArduSat , SPROUT

Twórcy i producenci nanosatelitów to m.in. EnduroSat , GomSpace , NanoAvionics , NanoSpace, Spire , Surrey Satellite Technology , NovaWurks , Dauria Aerospace , Planet Labs i Reaktor .

Rynek nanosatelit

W ciągu dziesięciu lat wprowadzania nanosatelitów przed 2014 r. uruchomiono tylko 75 nanosatelitów. Szybkość uruchamiania znacznie wzrosła, gdy w ciągu trzech miesięcy od listopada 2013 r. do stycznia 2014 r. wystrzelono 94 nanosatelity.

Jednym z wyzwań związanych z wykorzystaniem nanosatelitów jest ekonomiczne dostarczanie tak małych satelitów wszędzie poza niską orbitę okołoziemską . Pod koniec 2014 r. opracowano propozycje większych statków kosmicznych specjalnie zaprojektowanych do dostarczania rojów nanosatelitów na trajektorie poza orbitą ziemską do zastosowań takich jak badanie odległych asteroid.

Nanosatelitarny pojazd startowy

Wraz z pojawieniem się postępu technologicznego miniaturyzacji i zwiększonego kapitału na wspieranie inicjatyw prywatnych lotów kosmicznych w 2010 roku, utworzono kilka start-upów, aby wykorzystać możliwości rozwoju różnych technologii nanosatelitów startowych (NLV) o małej ładowności.

Zaproponowane lub w trakcie opracowywania wartości NLV obejmują:

Aktualne premiery NS:

  • NASA wystrzeliła trzy satelity w dniu 21 kwietnia 2013 r. w oparciu o smartfony. Dwa telefony korzystają ze specyfikacji PhoneSat 1.0, a trzeci używa wersji beta PhoneSat 2.0
  • 22 czerwca 2016 r. ISRO uruchomiło 14 nanosatelitów, 2 dla uczelni indyjskich i 12 dla Stanów Zjednoczonych w ramach programu Flock-2P . Ten start miał miejsce podczas misji PSLV-C34 .
  • ISRO wystrzelił 103 nanosatelity w dniu 15 lutego 2017 r. Wystrzelenie to miało miejsce podczas misji PSLV-C37 .

Pikosatelity

Termin „picosatellite” lub „picosat” (nie mylić z serią mikrosatelitów PicoSAT ) jest zwykle stosowany do sztucznych satelitów o mokrej masie od 0,1 do 1 kg (0,22 do 2,2 funta), chociaż czasami jest używany w odniesieniu do do dowolnego satelity o masie startowej poniżej 1 kg. Ponownie, projekty i proponowane projekty tego typu zwykle mają wiele pikosatelitów pracujących razem lub w formacji (czasami stosuje się termin „rój”). Niektóre projekty wymagają większego satelity „matki” do komunikacji z kontrolerami naziemnymi lub do wystrzeliwania i dokowania z pikosatelitami.

Picosatellites pojawiają się jako nowa alternatywa dla zrób to sam kitbuilders. Pikosatelity są obecnie dostępne w handlu w pełnym zakresie 0,1–1 kg (0,22–2,2 funta). Możliwości wprowadzenia na rynek są teraz dostępne w cenie od 12 000 do 18 000 USD za ładunek o wadze poniżej 1 kg, który jest w przybliżeniu wielkości puszki po napojach.

Femtosatelity

Termin „femtosatelita” lub „femtosat” jest zwykle stosowany do sztucznych satelitów o mokrej masie poniżej 100 g (3,5 uncji). Podobnie jak pikosatelity, niektóre konstrukcje wymagają większego satelity „matki” do komunikacji z kontrolerami naziemnymi.

Trzy prototypowe „satelity chipowe” zostały wystrzelone na ISS na promie kosmicznym Endeavour podczas jego ostatniej misji w maju 2011 roku. Zostały one dołączone do zewnętrznej platformy ISS w celu przeprowadzenia testów Materials International Space Station Experiment (MISSE-8). W kwietniu 2014 r. nanosatelita KickSat został wystrzelony na pokładzie rakiety Falcon 9 z zamiarem wypuszczenia 104 chipów wielkości femtosatelity, czyli „Sprites”. W rzeczywistości nie byli w stanie ukończyć rozmieszczenia na czas z powodu awarii zegara pokładowego, a mechanizm rozmieszczania ponownie wszedł w atmosferę 14 maja 2014 r., bez rozmieszczenia żadnego z 5-gramowych femtosatów. ThumbSat to kolejny projekt, który zamierza uruchomić femtosatelity pod koniec 2010 roku. ThumbSat ogłosił porozumienie o wystrzeleniu z CubeCat w 2017 roku, aby wystrzelić do 1000 bardzo małych satelitów.

W marcu 2019 r. CubeSat KickSat-2 umieścił na orbicie okołoziemskiej 105 femtosatów zwanych „ChipSats”. Satelity były testowane przez 3 dni, po czym ponownie weszły w atmosferę i spłonęły.

Wyzwania techniczne

Małe satelity zwykle wymagają innowacyjnych systemów napędowych, kontroli położenia , komunikacji i systemów obliczeniowych.

Większe satelity zwykle używają monopropellants lub bipropellant systemów spalania do napędu i postawy kontroli; systemy te są złożone i wymagają minimalnej ilości objętości do powierzchni, aby rozproszyć ciepło. Systemy te mogą być stosowane na większych małych satelitach, podczas gdy inne mikro/nanosatelity muszą wykorzystywać napęd elektryczny, sprężony gaz, ciecze odparowujące, takie jak butan lub dwutlenek węgla lub inne innowacyjne systemy napędowe, które są proste, tanie i skalowalne.

Małe satelity mogą korzystać z konwencjonalnych systemów radiowych w paśmie UHF, VHF, paśmie S i X, chociaż często są miniaturyzowane przy użyciu bardziej nowoczesnej technologii w porównaniu z większymi satelitami. Małe satelity, takie jak nanosatelity i małe mikrosatelity, mogą być pozbawione zasilania lub masy dla dużych konwencjonalnych transponderów radiowych. Proponowano różne zminiaturyzowane lub innowacyjne systemy komunikacyjne, takie jak odbiorniki laserowe, układy antenowe i sieci łączności satelita-satelita. Niewiele z nich zostało zademonstrowanych w praktyce.

Elektronika musi być rygorystycznie testowana i modyfikowana, aby była „utwardzona w przestrzeni kosmicznej” lub odporna na środowisko kosmosu (próżnia, mikrograwitacja, ekstremalne temperatury i narażenie na promieniowanie). Zminiaturyzowane satelity dają możliwość testowania nowego sprzętu przy zmniejszonych kosztach testowania. Co więcej, ponieważ ogólne ryzyko związane z kosztami misji jest znacznie niższe, w mikro- i nanosatelitach można zastosować bardziej nowoczesną, ale mniej sprawdzoną w kosmosie technologię niż w znacznie większych i droższych misjach z mniejszym apetytem na ryzyko.

Bezpieczeństwo kolizji

Małe satelity są trudne do śledzenia za pomocą radaru naziemnego, więc trudno jest przewidzieć, czy zderzą się z innymi satelitami lub statkiem kosmicznym zajmowanym przez ludzi. Z tych względów amerykańska Federalna Komisja Łączności odrzuciła co najmniej jeden wniosek o wystrzelenie małego satelity.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki