CUBESATS NEDIR?

Send

Uzay araştırmalarının modern çağının belirleyici özelliklerinden biri, onun açık doğasıdır. Geçmişte, uzay sadece iki federal uzay ajansı olan NASA ve Sovyet uzay programı tarafından erişilebilir bir sınırdı. Ancak yeni teknolojilerin ortaya çıkması ve maliyet düşürücü önlemler sayesinde özel sektör artık kendi lansman hizmetlerini sunabiliyor.

Buna ek olarak, akademik kurumlar ve küçük ülkeler artık atmosfer araştırmaları yapmak, Dünya'yı gözlemlemek ve yeni uzay teknolojilerini test etmek için kendi uydularını oluşturabilirler. Uygun maliyetli uzay araştırmalarına izin veren minyatür bir uydu olan CubeSat olarak bilinir.

Yapı ve Tasarım:

Nanosatellitler olarak da bilinen CubeSats, 10 x 10 x 11 cm (1 U) standart boyutlara göre üretilmiştir ve küpler şeklinde biçimlendirilmiştir (bu nedenle ad). Ölçeklenebilirler, bir tarafta 1U, 2U, 3U veya 6U ölçen versiyonlarda gelirler ve genellikle U başına 1,33 kg'dan (3 lb) daha hafiftirler. 3U veya daha fazla CubSats, en büyük üç üniteden oluşur hepsini kaplayan bir silindir ile

Son yıllarda, daha karmaşık bilim içeren CubeSat'ların akademik araştırmaların ve yeni teknolojilerin test edilmesinin ötesinde yeteneklerini genişletecek 12U modeli (20 x 20 x 30 cm veya 24 x 24 x 36 cm) içeren daha büyük CubeSat platformları önerilmiştir. ve ulusal savunma hedefleri.

Uyduların minyatürleştirilmesinin ana nedeni, dağıtım maliyetini azaltmak ve bir fırlatma aracının aşırı kapasitesinde konuşlandırılabilmeleridir. Bu, ek yükün fırlatıcıya geri gönderilmesi gereken görevlerle ilgili riskleri azaltır ve ayrıca kısa sürede kargo değişikliklerine izin verir.

Ayrıca ticari olarak hazır (COTS) elektronik bileşenler kullanılarak da üretilebilirler, bu da bunların oluşturulmasını nispeten kolaylaştırır. CubeSats misyonları genellikle Çok Düşük Dünya Yörüngelerine (LEO) yapıldığı ve sadece günler veya haftalar sonra atmosferik yeniden giriş yaşadığı için radyasyon büyük ölçüde göz ardı edilebilir ve standart tüketici sınıfı elektronikler kullanılabilir.

CubeSats, fırlatma aracı ile aynı termal genleşme katsayısına sahip olduklarından emin olmak için dört özel alüminyum alaşım tipinden üretilmiştir. Uydular ayrıca fırlatma aracıyla temas eden herhangi bir yüzey boyunca aşırı stresle soğuk kaynak yapılmalarını önlemek için koruyucu bir oksit tabakası ile kaplanır.

Bileşenleri:

CubeSats genellikle araştırma yapmak, tutum kontrolü, iticiler ve iletişim sağlamak için birden fazla yerleşik bilgisayar taşır. Tipik olarak, ana bilgisayarın birden fazla veri akışı tarafından aşırı yüklenmemesini sağlamak için diğer yerleşik bilgisayarlar dahil edilmiştir, ancak diğer tüm yerleşik bilgisayarlar bununla etkileşime girebilmelidir.

Tipik olarak, birincil bilgisayar görevleri tutum kontrolü, yörünge manevraları için hesaplamalar ve zamanlama görevleri gibi diğer bilgisayarlara devretmekten sorumludur. Yine de, birincil bilgisayar görüntü işleme, veri analizi ve veri sıkıştırma gibi yük ile ilgili görevler için kullanılabilir.

Minyatürleştirilmiş bileşenler, genellikle reaksiyon tekerlekleri, manyetorquers, iticiler, yıldız izleyiciler, Güneş ve Toprak sensörleri, açısal hız sensörleri ve GPS alıcıları ve antenlerden oluşan tutum kontrolü sağlar. Bu sistemlerin çoğu, eksiklikleri telafi etmek ve fazlalık seviyeleri sağlamak için sıklıkla birlikte kullanılır.

Güneş ve yıldız sensörleri, yönlü işaret sağlamak için kullanılırken, Dünya'yı ve ufkunu algılamak Dünya ve atmosferik çalışmalar yapmak için gereklidir. Güneş sensörleri, CubsSat'ın, güneş panellerinin uyduların dış kasasına dahil edildiği bir CubeSat'a güç vermenin birincil aracı olan güneş enerjisine erişimini en üst düzeye çıkarabilmesinde de faydalıdır.

Bu arada, itme, her biri küçük miktarlarda spesifik dürtü sağlayan minyatürleştirilmiş iticileri içeren bir dizi biçimde olabilir. Uydular aynı zamanda Güneş, Dünya ve yansıyan güneş ışığından radyasyonla ısınmaya maruz kalırlar, bileşenlerinin ürettiği ısıdan bahsetmezler.

Bu nedenle, CubeSat’larda bileşenlerinin sıcaklık aralıklarını aşmamasını ve fazla ısının dağılabilmesini sağlamak için yalıtım katmanları ve ısıtıcılar da bulunur. Sıcaklık sensörleri genellikle tehlikeli sıcaklık artışlarını veya düşüşlerini izlemek için dahil edilir.

İletişim için, CubeSat’ler VHF, UHF veya L-, S-, C- ve X-bantlarında çalışan antenlere güvenebilir. Bunlar çoğunlukla CubeSat'ın küçük boyutu ve sınırlı kapasitesi nedeniyle 2W güç ile sınırlıdır. Daha karmaşık modeller geliştirilmesine rağmen, helisel, dipol veya monodireksiyon monopol antenleri olabilirler.

Tahrik:

CubeSats birçok farklı tahrik yöntemine güveniyor ve bu da birçok teknolojide ilerlemeye yol açtı. En yaygın yöntemler soğuk gaz, kimyasal, elektrikli tahrik ve güneş yelkenlerini içerir. Bir soğuk gaz iticisi, bir tankta depolanan ve itme oluşturmak için bir nozuldan serbest bırakılan inert gaza (azot gibi) dayanır.

Tahrik yöntemleri ilerledikçe, bir CubeSat'ın kullanabileceği en basit ve en kullanışlı sistemdir. Ayrıca en güvenli gazlardan biridir, çünkü çoğu soğuk gaz ne uçucu ne de aşındırıcı değildir. Bununla birlikte, performansları sınırlıdır ve yüksek dürtü manevraları elde edemezler. Bu nedenle, neden ana iticiler olarak değil, genel olarak tutum kontrol sistemlerinde kullanılırlar.

Kimyasal sevk sistemleri, yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı gaz üretmek için kimyasal reaksiyonlara dayanır ve daha sonra itme oluşturmak için bir nozuldan yönlendirilir. Sıvı, katı veya bir hibrid olabilirler ve genellikle bir katalizör veya bir oksitleyici ile birleştirilen kimyasalların kombinasyonuna gelirler. Bu iticiler basittir (ve bu nedenle kolayca minyatürleştirilebilir), düşük güç gereksinimlerine sahiptir ve çok güvenilirdir.

Elektrikli tahrik, yüklü parçacıkları yüksek hızlara hızlandırmak için elektrik enerjisine dayanır - aka. Hall etkili iticiler, iyon iticiler, darbeli plazma iticiler, vb. Bu yöntem, yüksek özgül dürtü ile yüksek verimliliği birleştirdiğinden ve bileşenler kolayca minyatürleştirilebildiğinden faydalıdır. Bir dezavantaj, daha büyük güneş pilleri, daha büyük piller ve daha karmaşık güç sistemleri anlamına gelen ek güce ihtiyaç duymalarıdır.

Güneş yelkenleri de itici bir yöntem olarak kullanılır, bu da itici madde gerektirmediği için faydalıdır. Güneş yelkenleri de CubSat’ın kendi boyutlarına göre ölçeklendirilebilir ve uydunun küçük kütlesi, belirli bir güneş yelken alanı için daha fazla hızlanma sağlar.

Bununla birlikte, güneş yelkenlerinin uyduya kıyasla hala oldukça büyük olması gerekir, bu da mekanik karmaşıklığı ek bir potansiyel arıza kaynağı haline getirir. Şu anda, birkaç CubeSat güneş yelkeni kullandı, ancak itici gerekmeyen veya tehlikeli maddeler içeren tek yöntem olduğu için potansiyel bir gelişme alanı olmaya devam ediyor.

İticiler minyatür olduğu için çeşitli teknik zorluklar ve sınırlamalar yaratırlar. Örneğin, daha küçük iticilerde itme vektörü (yani gimballer) imkansızdır. Bu nedenle, vektörleme bunun yerine asimetrik olarak itmek için birden fazla nozul kullanılarak veya CubeSat geometrisine göre kütle merkezini değiştirmek için aktüatörlü bileşenler kullanılarak gerçekleştirilmelidir.

Tarih:

1999'dan başlayarak, California Politeknik Devlet Üniversitesi ve Stanford Üniversitesi, dünya çapındaki üniversitelerin uzay bilimi ve keşifleri gerçekleştirmelerine yardımcı olmak için CubeSat teknik özelliklerini geliştirdi. “CubeSat” terimi, CubeSat tasarım özelliklerinde açıklanan standartlara uyan nano uyduları belirtmek için kullanılmıştır.

Bunlar Havacılık ve Uzay Mühendisliği profesörü Jordi Puig-Suari ve Bob Twiggs tarafından Stanford Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Bölümü'nden atıldı. O zamandan beri bilimsel yükler içeren nano uydular geliştiren 40'tan fazla enstitünün uluslararası bir ortaklığı haline geldi.

Başlangıçta, küçük boyutlarına rağmen, akademik kurumlar bir fırlatma fırsatı için bazen yıllarca beklemeye zorlandıkları için sınırlıydı. Bu bir dereceye kadar California Polytechnic tarafından Poly-PicoSatellit Orbital Deployer (P-POD olarak da bilinir) geliştirilmesiyle giderildi. P-POD'lar bir fırlatma aracına monte edilir ve CubeSats'ı yörüngeye taşır ve fırlatma aracından uygun sinyal alındığında bunları devreye alır.

Bunun amacı, JordiPuig-Suari'ye göre, “uydu geliştirme süresini bir üniversite öğrencisinin kariyerinin zaman çerçevesine indirgemek ve çok sayıda uyduyla fırlatma fırsatlarından faydalanmaktı”. Kısacası, P-POD'lar herhangi bir zamanda birçok CubeSat fırlatılabilmesini sağlar.

Büyük uydu yapımcısı Boeing dahil olmak üzere birçok şirket CubeSats üretti. Ancak, gelişimin çoğunluğu başarılı bir şekilde yörüngede toplanan CubeSat'ların ve başarısız görevlerin karışık bir kaydıyla akademiden geliyor. Kuruluşundan bu yana, CubeSats sayısız uygulama için kullanılmıştır.

Örneğin, deniz gemilerini izlemek için Otomatik Tanımlama Sistemlerini (AIS) yerleştirmek, Dünya uzaktan kumanda sensörlerini yerleştirmek, uzay ipliklerinin uzun süreli canlılığını test etmek ve biyolojik ve radyolojik deneyler yapmak için kullanılmıştır.

Akademik ve bilimsel topluluk içinde bu sonuçlar paylaşılır ve doğrudan diğer geliştiricilerle iletişim kurularak ve CubeSat atölyelerine katılarak kaynaklar sağlanır. Buna ek olarak, CubeSat programı, uzayda faydalı yükleri uçan düşük maliyetli bir yol sunarak özel firmalara ve hükümetlere fayda sağlar.

NASA, 2010 yılında CubeSat'larını uzaya alabilmeleri için eğitim kurumları ve kar amacı gütmeyen kuruluşlar için lansman hizmetleri sağlamayı amaçlayan “CubeSat Lansman Girişimi” ni yarattı. NASA, 2015 yılında Cube Quest Challenge'ı Centennial Challenges Programlarının bir parçası olarak başlattı.

5 milyon dolarlık ödül cüzdanı ile bu teşvik yarışması, düşük dünya yörüngesinin ötesinde, özellikle de ay yörüngesinde veya derin alanda çalışabilen küçük uyduların yaratılmasını teşvik etmeyi amaçladı. Yarışma sonunda, CubeSat tasarımlarını 2018'de SLS-EM1 misyonunda başlatmak için en fazla üç takım seçilecek.

NASA’nın InSight iniş görevi (2018'de başlaması planlanıyor) ayrıca iki CubeSat içerecek. Bunlar, Mars'a bir uçuş gerçekleştirecek ve inişin girişi ve inişi sırasında Dünya'ya ek röle iletişimi sağlayacaktır.

Mars Cube One (MarCO) olarak adlandırılan bu deneysel 6U boyutlu CubeSat, CubeSat teknolojisine güvenen ilk derin uzay görevi olacak. NASA'nın Mars Keşif Orbiterine (MRO) veri iletmek için yüksek kazançlı, düz panelli bir X-band anteni kullanacak - bu da onu daha sonra Dünya'ya aktaracak.

Uzay sistemlerini daha küçük ve daha uygun fiyatlı hale getirmek, yenilenen uzay araştırmaları çağının ayırt edici özelliklerinden biridir. Ayrıca NewSpace endüstrisinin son yıllarda büyük bir hızla artmasının ana nedenlerinden biri. Ve daha fazla katılımla, araştırma, geliştirme ve keşif söz konusu olduğunda daha büyük getiriler görüyoruz.

Space Magazine için CubeSat hakkında birçok makale yazdık. İşte Gezegenler Birliği, Üç Ayrı Güneş Yelkeni, İlk Gezegenlerarası Küpü Başlatmak için NASA’nın 2016 InSight Mars Lander'ında Lansmanı Yaparak, CubeSats'ın Astronomi Yapması, Bir Cubesat ile Ne Yapabilirsiniz ?, Bu Cubesats, Güneş Sistemimizden Ayrılmak İçin Plazma İticileri Kullanabilir?

CubeSat hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, CubeSat’ın resmi ana sayfasına bakın.

Uzay Mekiği hakkında bir Astronomi Oyuncusu bölümü kaydettik. Burada dinle, Bölüm 127: ABD Uzay Mekiği.

Kaynaklar: