Малый спутник - Small satellite

Малый спутник , малые спутники , или smallsat является спутником малой массы и размера, как правило , под 500 кг (1100 фунтов). Хотя все такие спутники можно назвать «маленькими», используются разные классификации для их классификации по массе . Спутники могут быть построены небольшого размера, чтобы снизить большие экономические затраты на ракеты-носители и затраты, связанные с их строительством. Миниатюрные спутники, особенно в большом количестве, могут быть более полезными, чем меньшее количество более крупных спутников для некоторых целей - например, для сбора научных данных и радиорелейной передачи . Технические проблемы при создании малых спутников могут включать отсутствие достаточного накопления энергии или места для двигательной установки .

Обоснование

Имя группы Масса (кг)
Большой спутник > 1000
Средний спутник От 500 до 1000
Мини-спутник От 100 до 500
Микроспутник От 10 до 100
Нано спутник От 1 до 10
Пико спутник 0,1 к 1
Фемто спутник <0,1

Одним из мотивов миниатюризации спутников является снижение стоимости; Для более тяжелых спутников требуются ракеты большего размера с большей тягой, что также требует больших финансовых затрат. Напротив, более мелкие и легкие спутники требуют меньших и более дешевых ракет-носителей, и иногда их можно запускать несколькими партиями. Их также можно запускать «в комплекте», используя избыточную мощность на более крупных ракетах-носителях. Миниатюрные спутники позволяют создавать более дешевые конструкции и упрощать массовое производство.

Еще одна важная причина для разработки малых спутников - это возможность выполнять задачи, которые не может выполнить более крупный спутник, например:

  • Созвездия для связи с низкой скоростью передачи данных
  • Использование формаций для сбора данных из нескольких точек
  • Осмотр на орбите более крупных спутников
  • Исследования, связанные с университетом
  • Тестирование или аттестация нового оборудования перед его использованием на более дорогом космическом корабле.

История

Сегменты наноспутников и микроспутников в индустрии запуска спутников стремительно развиваются в последние годы. Активность развития в диапазоне 1–50 кг (2,2–110,2 фунта) значительно превышает таковую в диапазоне 50–100 кг (110–220 фунтов).

В то 1-50 кг в диапазоне один, менее 15 спутников были запущены в год в 2000 г. до 2005 г., 34 в 2006 году, затем менее 30 пусков в год в течение 2007 по 2011 год этот показатель вырос до 34 запущен в 2012 году и 92 запущен в 2013 году.

Европейский аналитик Euroconsult прогнозирует запуск более 500 малых спутников в 2015–2019 годах, рыночная стоимость которых оценивается в 7,4 миллиарда долларов США .

К середине 2015 года для малогабаритных спутников стало доступно гораздо больше вариантов запуска, а количество полетов, связанных с дополнительными полезными нагрузками, стало как больше, так и их легче планировать в более короткие сроки.

Классификационные группы

Три микроспутника космической техники 5

Малые спутники

Термин «малый спутник» или иногда «миниспутник» часто относится к искусственному спутнику с влажной массой (включая топливо) от 100 до 500 кг (от 220 до 1100 фунтов), но в других случаях используется для обозначения любого спутника, находящегося под 500 кг (1100 фунтов).

Небольшие примеры включают в себя спутниковый Деметр , Essaim , Зонтик , Picard , МИКРОСКОП , Таранис , ELISA , SSOT , SMART-1 , Spirale-A и -B и Starlink спутники.

Малая спутниковая ракета-носитель

Хотя небольшие спутники традиционно запускались в качестве вспомогательной полезной нагрузки на более крупных ракетах-носителях, ряд компаний в настоящее время разрабатывают или разработали ракеты-носители, специально предназначенные для рынка малых спутников. В частности, парадигма вторичной полезной нагрузки не обеспечивает специфичности, необходимой для многих малых спутников, которые имеют уникальные орбитальные требования и требования к времени запуска.

Компании, предлагающие ракеты-носители для малых спутников, включают:

Компании, планирующие запуск малых спутников, включают:

Микроспутники

Термин «микроспутник» или «микроспутник» обычно применяется к названию искусственного спутника с влажной массой от 10 до 100 кг (от 22 до 220 фунтов). Однако это не официальное соглашение, и иногда эти термины могут относиться к спутникам больше или меньше (например, 1–50 кг (2,2–110,2 фунта)). Иногда в проектах или предлагаемых конструкциях некоторых спутников этих типов микроспутники работают вместе или в строю . Иногда используется общий термин «малый спутник» или «маленький спутник», как и «спутник».

Примеры: Astrid-1 и Astrid-2, а также набор спутников, объявленный в настоящее время для LauncherOne (см. Ниже).

В 2018 году два микроспутника Mars Cube One массой всего 13,5 кг (30 фунтов) каждый стали первыми CubeSat, покинувшими околоземную орбиту для использования в межпланетном пространстве. Они летели на Марс вместе с успешной миссией посадочного модуля Mars InSight . Два микроспутника совершили облет Марса в ноябре 2018 года, и оба продолжали поддерживать связь с наземными станциями на Земле до конца декабря. Оба замолчали к началу января 2019 года.

Ракета-носитель микроспутника

Ряд коммерческих и военных компаний-подрядчиков в настоящее время разрабатывают ракеты-носители для микроспутников для выполнения все более адресных требований к запуску микроспутников. Хотя микроспутники в течение многих лет доставлялись в космос в качестве вторичной полезной нагрузки на борту более крупных пусковых установок , парадигма вторичной полезной нагрузки не обеспечивает специфичности, необходимой для многих все более сложных малых спутников, которые имеют уникальные орбитальные требования и требования к времени запуска.

В июле 2012 года Virgin Galactic анонсировала LauncherOne , орбитальную ракету-носитель, предназначенную для вывода на низкую околоземную орбиту основных полезных нагрузок "малых спутников" массой 100 кг (220 фунтов) , запуск которых запланирован на 2016 год. Несколько коммерческих заказчиков уже заключили контракты на запуски. , включая GeoOptics , Skybox Imaging , Spaceflight Industries и Planetary Resources . И Surrey Satellite Technology, и Sierra Nevada Space Systems разрабатывают спутниковые автобусы, «оптимизированные под конструкцию LauncherOne». Virgin Galactic работает над концепцией LauncherOne с конца 2008 года, а по состоянию на 2015 год делает ее большей частью основного бизнес-плана Virgin, поскольку в 2014 году программа полетов человека в космос претерпела несколько задержек и потерпела фатальную аварию.

В декабре 2012 года DARPA объявило, что программа доступа к космосу с помощью бортовых запусков предоставит ракетный ускоритель для микроспутников для программы DARPA SeeMe, которая предназначена для запуска « группировки из 24 микроспутников (дальность ~ 20 кг (44 фунта)), каждый с 1 -м разрешение изображения ". Программа была отменена в декабре 2015 года.

В апреле 2013 года компания Garvey Spacecraft получила контракт на 200 000 долларов США на разработку технологии суборбитальной ракеты-носителя Prospector 18 в орбитальную ракету-носитель с наноспутником, способную доставлять полезную нагрузку массой 10 кг (22 фунта) на орбиту 250 км (160 миль) на ровную поверхность. - более мощная кластерная ракета-носитель 20/450 нано / микроспутников (NMSLV), способная доставлять полезные нагрузки массой 20 кг (44 фунта) на круговые орбиты 450 км (280 миль) .

Boeing Small Launch Vehicle является воздух , запускаемых три этапа к орбите ракеты - носителя концепции , направленные на запуск небольших полезных нагрузок 45 кг (100 фунтов) на околоземную орбиту. Предлагается снизить затраты на запуск малых спутников военного назначения США до 300 000 долларов США за запуск (7 000 долларов США за кг) и, если программа разработки будет профинансирована, с 2012 года они могут быть введены в действие к 2020 году.

Швейцарская компания Swiss Space Systems (S3) объявила о планах в 2013 году разработать суборбитальный космический самолет под названием SOAR, который будет запускать ракету-носитель с микроспутником, способную выводить полезную нагрузку до 250 кг (550 фунтов) на низкую околоземную орбиту.

Испанская компания PLD Space, созданная в 2011 году с целью разработки недорогих ракет-носителей под названием Miura 1 и Miura 5, способных выводить на орбиту до 150 кг (330 фунтов).

Наноспутники

Запущенные, запланированные и прогнозируемые наноспутники по состоянию на август 2021 г.

Термин «наноспутник» или «наноспутник» применяется к искусственному спутнику с влажной массой от 1 до 10 кг (от 2,2 до 22,0 фунтов). Конструкции и предлагаемые конструкции этих типов могут запускаться индивидуально, или они могут иметь несколько наноспутников, работающих вместе или в строю, и в этом случае иногда может применяться термин «рой спутников» или « фракционированный космический корабль ». Некоторым проектам требуется более крупный «материнский» спутник для связи с наземными диспетчерами или для запуска и стыковки с наноспутниками. По состоянию на август 2021 года запущено более 1600 наноспутников.

CubeSat является распространенным типом наноспутника, построенный в форме куба на основе кратных 10 см × 10 см × 10 см, с массой не более 1,33 кг (2,9 фунта) на единицу. Концепция CubeSat была впервые разработана в 1999 году совместной командой Калифорнийского политехнического государственного университета и Стэнфордского университета , и эта группа поддерживает спецификации для использования всеми, кто планирует запустить наноспутник в стиле CubeSat.

С постоянным прогрессом в миниатюризации и увеличении возможностей электронных технологий, а также с использованием группировок спутников , наноспутники становятся все более способными выполнять коммерческие миссии, которые ранее требовали микроспутников. Например, был предложен стандарт 6U CubeSat, позволяющий группировке из 35 спутников для получения изображений Земли весом 8 кг (18 фунтов) заменить группировку из пяти спутников RapidEye для получения изображений Земли массой 156 кг (344 фунта) при той же стоимости миссии. , со значительно увеличенным временем повторного посещения: с помощью созвездия RapidEye можно снимать каждую область земного шара каждые 3,5 часа, а не один раз в 24 часа. Более быстрое время повторного посещения является значительным улучшением для стран, осуществляющих реагирование на стихийные бедствия, что было целью группировки RapidEye. Кроме того, вариант с наноспутником позволит большему количеству стран иметь собственные спутники для сбора данных во внепиковые периоды (не связанные с бедствиями). По мере снижения затрат и сокращения сроков производства наноспутники становятся все более выгодным предприятием для компаний.

Примеры наноспутников: ExoCube (CP-10) , ArduSat , SPROUT

К разработчикам и производителям наноспутников относятся EnduroSat , GomSpace , NanoAvionics , NanoSpace, Spire , Surrey Satellite Technology , NovaWurks , Dauria Aerospace , Planet Labs и Reaktor .

Рынок Nanosat

За десять лет запусков наноспутников до 2014 года было запущено всего 75 наноспутников. Темпы запуска существенно выросли, когда за трехмесячный период с ноября 2013 г. по январь 2014 г. было запущено 94 наноспутника.

Одной из проблем использования наноспутников была экономичная доставка таких небольших спутников в любую точку за пределами низкой околоземной орбиты . К концу 2014 года разрабатывались предложения для более крупных космических аппаратов, специально предназначенных для доставки скоплений наноспутников по траекториям, выходящим за пределы земной орбиты, для таких приложений, как исследование далеких астероидов.

Наноспутник-носитель

С появлением технологических достижений в области миниатюризации и увеличения капитала для поддержки частных инициатив в области космических полетов в 2010-х годах было сформировано несколько стартапов, чтобы использовать возможности с разработкой различных технологий наноспутников-носителей с малой полезной нагрузкой (NLV).

Предлагаемые или разрабатываемые NLV включают:

  • Virgin Orbit LauncherOne разгонный блок , предназначенный для запуска с воздуха с WhiteKnightTwo, аналогично тому, как запускается космический самолет SpaceShipTwo .
  • Разгонный блок Ventions 'Nanosat.
  • Nammo / Andøya North Star ( пусковая установка для полярной орбиты с полезной нагрузкой 10 кг (22 фунта))
  • По состоянию на апрель 2013 года компания Garvey Spacecraft (ныне Vector Launch ) развивает технологию своей суборбитальной ракеты-носителя Prospector 18 в орбитальную ракету-носитель наноспутника, способную доставить полезную нагрузку массой 10 кг (22 фунта) на орбиту 250 км (160 миль).
  • Generation Orbit разрабатывает ракету, запускаемую с воздуха, для доставки наноспутников и микроспутников массой менее 50 кг на низкую околоземную орбиту.

Фактические запуски НС:

  • 21 апреля 2013 года НАСА запустило три спутника на базе смартфонов. Два телефона используют спецификацию PhoneSat 1.0, а третий использует бета-версию PhoneSat 2.0.
  • 22 июня 2016 года ISRO запустила 14 наноспутников: 2 для индийских университетов и 12 для США в рамках программы Flock-2P . Этот запуск был произведен во время миссии PSLV-C34 .
  • 15 февраля 2017 года ISRO запустила 103 наноспутника. Этот запуск был произведен во время миссии PSLV-C37 .

Пикосателлиты

Термин «пикоспутник» или «пикосат» (не путать с серией микроспутников PicoSAT ) обычно применяется к искусственным спутникам с влажной массой от 0,1 до 1 кг (от 0,22 до 2,2 фунта), хотя иногда он используется для обозначения к любому спутнику стартовой массой менее 1 кг. Опять же, конструкции и предлагаемые конструкции этих типов обычно имеют несколько пикоспутников, работающих вместе или в строю (иногда применяется термин «рой»). Для некоторых проектов требуется более крупный «материнский» спутник для связи с наземными диспетчерами или для запуска и стыковки с пикоспутниками.

Пикосателлиты становятся новой альтернативой для производителей комплектов для самостоятельного изготовления. Пикосателлиты в настоящее время коммерчески доступны во всем диапазоне 0,1–1 кг (0,22–2,2 фунта). Возможности запуска теперь доступны по цене от 12 000 до 18 000 долларов для полезной нагрузки пикосата весом менее 1 кг, которая примерно равна размеру банки из-под газировки.

Фемтосателлиты

Термин «фемтоспутник» или «фемтосат» обычно применяется к искусственным спутникам с влажной массой менее 100 г (3,5 унции). Как и пикоспутники, некоторые конструкции требуют более крупного «материнского» спутника для связи с наземными диспетчерами.

Три прототипа "чип-спутника" были запущены на МКС на космическом шаттле " Индевор" во время его заключительного полета в мае 2011 года. Они были прикреплены к внешней платформе МКС " Материалы Международной космической станции" Эксперимент (MISSE-8) для испытаний. В апреле 2014 года наноспутник KickSat был запущен на борту ракеты Falcon 9 с намерением выпустить 104 чипсата размером с фемтоспутник или «спрайтов». В этом случае они не смогли завершить развертывание вовремя из-за отказа бортовых часов, и механизм развертывания вернулся в атмосферу 14 мая 2014 года, не развернув ни один из 5-граммовых фемтосатов. ThumbSat - еще один проект, предполагающий запуск фемтоспутников в конце 2010-х годов. ThumbSat объявил о соглашении о запуске с CubeCat в 2017 году на запуск до 1000 очень маленьких спутников.

В марте 2019 года спутник CubeSat KickSat-2 вывел на околоземную орбиту 105 фемтосатов, называемых ChipSat. Спутники тестировались в течение 3 дней, затем они снова вошли в атмосферу и сгорели.

Технические проблемы

Для малых спутников обычно требуются инновационные двигательные установки, системы управления ориентацией , связи и вычислений.

На более крупных спутниках обычно используются системы сгорания на монотопливе или двухкомпонентном топливе для управления движением и ориентацией; Эти системы сложны и требуют минимального количества площади на поверхности для рассеивания тепла. Эти системы могут использоваться на более крупных небольших спутниках, в то время как другие микро / наноспутники должны использовать электрическую тягу, сжатый газ, испаряющиеся жидкости, такие как бутан или диоксид углерода, или другие инновационные двигательные системы, которые являются простыми, дешевыми и масштабируемыми.

Маленькие спутники могут использовать обычные радиосистемы в UHF, VHF, S-диапазоне и X-диапазоне, хотя часто миниатюрные с использованием более современных технологий по сравнению с более крупными спутниками. Маленькие спутники , такие как nanosats и небольших microsats может не хватать питания или массы для больших обычных радио транспондеров , а также различные миниатюрные или инновационные коммуникационные системы были предложены, например, лазерных приемников, антенных решеток и спутник-спутник сетей связи. Некоторые из них были продемонстрированы на практике.

Электроника должна быть тщательно протестирована и модифицирована, чтобы быть «устойчивой в космосе» или устойчивой к космической среде (вакуум, микрогравитация, экстремальные температуры и радиационное воздействие). Миниатюрные спутники дают возможность тестировать новое оборудование с меньшими затратами на тестирование. Кроме того, поскольку общий риск затрат в миссии намного ниже, в микро- и наноспутники могут быть включены более современные, но менее проверенные в космосе технологии, чем можно использовать в гораздо более крупных и дорогостоящих миссиях с меньшим аппетитом к риску.

Безопасность при столкновении

Небольшие спутники трудно отслеживать с помощью наземных радаров, поэтому трудно предсказать, столкнутся ли они с другими спутниками или космическими кораблями, занятыми людьми. В США Федеральная комиссия по связи отклонил по меньшей мере , один небольшой запрос запуска спутников на этих основаниях безопасности.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки