APA ITU CUBESATS?

Send

Salah satu ciri penentu eksplorasi ruang angkasa moden adalah sifatnya yang terbuka. Pada masa lalu, ruang adalah sempadan yang hanya dapat diakses oleh dua agensi angkasa persekutuan - NASA dan program angkasa Soviet. Tetapi berkat munculnya teknologi baru dan langkah-langkah pemotongan kos, sektor swasta kini mampu menyediakan perkhidmatan pelancaran mereka sendiri.

Sebagai tambahan, institusi akademik dan negara-negara kecil sekarang mampu membangun satelit mereka sendiri untuk tujuan melakukan penyelidikan atmosfera, membuat pengamatan Bumi, dan menguji teknologi ruang angkasa baru. Inilah yang dikenali sebagai CubeSat, satelit miniatur yang memungkinkan untuk penyelidikan ruang angkasa yang menjimatkan.

Struktur dan Reka Bentuk:

Juga dikenali sebagai nanosatellites, CubeSats dibina dengan dimensi standard 10 x 10 x 11 cm (1 U) dan berbentuk seperti kubus (maka namanya). Mereka berskala, tersedia dalam versi yang berukuran 1U, 2Us, 3U, atau 6Us di sisi, dan biasanya beratnya kurang dari 1,33 kg (3 lbs) per U. CubSat 3U atau lebih adalah yang terbesar, terdiri daripada tiga unit yang disusun memanjang dengan silinder yang merangkumi semuanya.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, platform CubeSat yang lebih besar telah diusulkan, termasuk model 12U (20 x 20 x 30 cm atau 24 x 24 x 36 cm), yang akan memperluas kemampuan CubeSat di luar penyelidikan akademik dan menguji teknologi baru, menggabungkan sains yang lebih kompleks dan matlamat pertahanan negara.

Sebab utama miniaturisasi satelit adalah untuk mengurangi biaya penggunaan, dan kerana satelit dapat digunakan dalam kapasitas kenderaan peluncur yang berlebihan. Ini mengurangkan risiko yang berkaitan dengan misi di mana kargo tambahan harus dihidupkan ke pelancar, dan juga memungkinkan perubahan kargo dalam waktu singkat.

Mereka juga boleh dibuat menggunakan komponen elektronik komersial (COTS), yang menjadikannya mudah dibuat. Oleh kerana misi CubeSats sering dilakukan ke Orbit Bumi yang sangat rendah (LEO), dan mengalami kemasukan atmosfera setelah hanya beberapa hari atau minggu, radiasi sebahagian besarnya dapat diabaikan dan elektronik kelas pengguna standard dapat digunakan.

CubeSats dibina dari empat jenis aloi aluminium tertentu untuk memastikan bahawa mereka mempunyai pekali pengembangan haba yang sama dengan kenderaan pelancar. Satelit juga dilapisi dengan lapisan oksida pelindung di sepanjang permukaan yang bersentuhan dengan kenderaan pelancaran untuk mengelakkannya daripada dikimpal sejuk ke tempatnya akibat tekanan yang melampau.

Komponen:

CubeSats sering membawa banyak komputer di atas kapal untuk melakukan penyelidikan, dan juga menyediakan kawalan sikap, pendorong, dan komunikasi. Biasanya, komputer on-board lain disertakan untuk memastikan bahawa komputer utama tidak dibebani oleh banyak aliran data, tetapi semua komputer on-board lain mesti dapat berinteraksi dengannya.

Biasanya, komputer utama bertanggungjawab untuk menyerahkan tugas ke komputer lain - seperti kawalan sikap, pengiraan untuk manuver orbital, dan tugas penjadualan. Namun, komputer utama dapat digunakan untuk tugas yang berkaitan dengan muatan, seperti pemrosesan gambar, analisis data, dan pemampatan data.

Komponen miniatur memberikan kawalan sikap, biasanya terdiri dari roda reaksi, magnetorquer, thrusters, star tracker, sensor Matahari dan Bumi, sensor kadar sudut, dan penerima GPS dan antena. Sebilangan besar sistem ini sering digunakan dalam kombinasi untuk mengimbangi kekurangan, dan memberikan tahap kelebihan.

Sensor matahari dan bintang digunakan untuk memberikan penunjuk arah, sementara merasakan Bumi dan cakrawala sangat penting untuk melakukan kajian Bumi dan atmosfera. Sensor matahari juga berguna dalam memastikan bahawa CubsSat dapat memaksimumkan aksesnya ke tenaga suria, yang merupakan cara utama untuk menghidupkan CubeSat - di mana panel suria dimasukkan ke dalam selongsong luar satelit.

Sementara itu, pendorong dapat datang dalam sejumlah bentuk, semuanya melibatkan pendorong miniatur yang memberikan sedikit dorongan khusus. Satelit juga dikenakan pemanasan radiasi dari Matahari, Bumi, dan sinar matahari yang dipantulkan, apatah lagi haba yang dihasilkan oleh komponennya.

Oleh itu, CubeSat juga dilengkapi dengan lapisan penebat dan pemanas untuk memastikan komponennya tidak melebihi julat suhu mereka, dan haba yang berlebihan dapat dilenyapkan. Sensor suhu sering disertakan untuk memantau kenaikan atau penurunan suhu yang berbahaya.

Untuk komunikasi, CubeSat dapat bergantung pada antena yang berfungsi di jalur VHF, UHF, atau L-, S-, C- dan X-band. Ini kebanyakannya terhad kepada kuasa 2W kerana saiz dan kapasiti terhad CubeSat. Antena boleh berbentuk heliks, dipol, atau monopole monodoleion, walaupun model yang lebih canggih sedang dikembangkan.

Dorongan:

CubeSats bergantung pada banyak kaedah penggerak, yang pada gilirannya menyebabkan kemajuan dalam banyak teknologi. Kaedah yang paling biasa termasuk gas sejuk, bahan kimia, pendorong elektrik, dan layar solar. Alat pendorong gas sejuk bergantung pada gas lengai (seperti nitrogen) yang disimpan di dalam tangki dan dilepaskan melalui muncung untuk menghasilkan tujahan.

Apabila kaedah penggerak berjalan, ini adalah sistem yang paling mudah dan berguna yang dapat digunakan oleh CubeSat. Ia juga salah satu yang paling selamat, kerana kebanyakan gas sejuk tidak mudah menguap atau menghakis. Walau bagaimanapun, prestasi mereka terhad dan tidak dapat mencapai pergerakan yang tinggi. Oleh itu mengapa ia digunakan secara umum dalam sistem kawalan sikap, dan bukan sebagai pendorong utama.

Sistem penggerak kimia bergantung pada tindak balas kimia untuk menghasilkan gas bertekanan tinggi dan suhu tinggi yang kemudian diarahkan melalui muncung untuk menghasilkan tujahan. Mereka boleh menjadi cair, padat, atau hibrida, dan biasanya berasal dari kombinasi bahan kimia yang digabungkan dengan pemangkin atau pengoksidaan. Alat pendorong ini mudah (dan oleh itu dapat dikurangkan dengan mudah), mempunyai keperluan kuasa rendah, dan sangat dipercayai.

Penggerak elektrik bergantung pada tenaga elektrik untuk mempercepat zarah yang dicas ke kelajuan tinggi - aka. Alat pendorong kesan-kesan, pendorong ion, alat pendorong plasma berdenyut, dan lain-lain. Kaedah ini bermanfaat kerana ia menggabungkan dorongan khusus tinggi dengan kecekapan tinggi, dan komponennya dapat dikecilkan dengan mudah. Kelemahannya ialah mereka memerlukan kuasa tambahan, yang bermaksud sama ada sel suria yang lebih besar, bateri yang lebih besar, dan sistem kuasa yang lebih kompleks.

Layar surya juga digunakan sebagai kaedah untuk pendorong, yang bermanfaat kerana tidak memerlukan pendorong. Layar surya juga dapat disesuaikan dengan dimensi CubSat itu sendiri, dan jisim satelit yang kecil menghasilkan percepatan yang lebih besar untuk suatu kawasan layar solar.

Namun, layar solar masih perlu cukup besar berbanding satelit, yang menjadikan kerumitan mekanikal sebagai sumber kegagalan berpotensi tambahan. Pada masa ini, hanya sedikit CubeSats yang menggunakan layar solar, tetapi tetap menjadi wilayah pengembangan yang berpotensi kerana ini adalah satu-satunya kaedah yang tidak memerlukan bahan pendorong atau melibatkan bahan berbahaya.

Oleh kerana pendorong miniatur, mereka menimbulkan beberapa cabaran dan batasan teknikal. Sebagai contoh, vektor tujahan (iaitu gimbal) tidak mungkin dilakukan dengan penghalau yang lebih kecil. Oleh itu, vektorisasi mesti dicapai dengan menggunakan beberapa muncung untuk menolak asimetri atau menggunakan komponen yang digerakkan untuk mengubah pusat jisim relatif terhadap geometri CubeSat.

Sejarah:

Bermula pada tahun 1999, Universiti Negeri Politeknik California dan Universiti Stanford mengembangkan spesifikasi CubeSat untuk membantu universiti di seluruh dunia melakukan sains dan penerokaan angkasa lepas. Istilah "CubeSat" diciptakan untuk menunjukkan satelit nano yang mematuhi standard yang dijelaskan dalam spesifikasi reka bentuk CubeSat.

Ini dibentangkan oleh profesor kejuruteraan aeroangkasa, Jordi Puig-Suari dan Bob Twiggs, dari Jabatan Aeronautik & Astronautik di Universiti Stanford. Sejak itu berkembang menjadi perkongsian antarabangsa lebih dari 40 institusi yang mengembangkan satelit nano yang berisi muatan ilmiah.

Pada mulanya, walaupun ukurannya kecil, institusi akademik terbatas karena mereka terpaksa menunggu, kadang-kadang bertahun-tahun, untuk peluang peluncuran. Ini diatasi dengan pengembangan Poli-PicoSatellite Orbital Deployer (atau dikenali sebagai P-POD), oleh California Polytechnic. P-POD dipasang ke kenderaan pelancaran dan membawa CubeSats ke orbit dan menyebarkannya setelah isyarat yang tepat diterima dari kenderaan pelancaran.

Tujuan ini, menurut JordiPuig-Suari, adalah "untuk mengurangkan waktu pengembangan satelit ke jangka waktu kerjaya pelajar kolej dan memanfaatkan peluang pelancaran dengan sejumlah besar satelit." Ringkasnya, P-POD memastikan bahawa banyak CubeSats dapat dilancarkan pada waktu tertentu.

Beberapa syarikat telah membina CubeSats, termasuk pembuat satelit besar Boeing. Walau bagaimanapun, sebahagian besar pembangunan berasal dari akademik, dengan catatan gabungan CubeSats yang berjaya mengorbit dan misi yang gagal. Sejak penubuhannya, CubeSats telah digunakan untuk aplikasi yang tidak terhitung jumlahnya.

Sebagai contoh, mereka telah digunakan untuk menyebarkan Sistem Pengenalan Automatik (AIS) untuk memantau kapal laut, menyebarkan sensor jarak jauh Bumi, untuk menguji daya maju jangka panjang ruang angkasa, serta melakukan eksperimen biologi dan radiologi.

Dalam komuniti akademik dan saintifik, hasil ini dikongsi dan sumber disediakan dengan berkomunikasi secara langsung dengan pembangun lain dan menghadiri bengkel CubeSat. Di samping itu, program CubeSat memberi keuntungan kepada syarikat swasta dan pemerintah dengan menyediakan cara murah untuk menerbangkan muatan di ruang angkasa.

Pada tahun 2010, NASA membuat "CubeSat Launch Initiative", yang bertujuan untuk menyediakan perkhidmatan pelancaran untuk institusi pendidikan dan organisasi nirlaba sehingga mereka dapat mendapatkan CubeSats mereka ke ruang angkasa. Pada tahun 2015, NASA memulakan Cube Quest Challenge sebagai sebahagian daripada Program Centennial Challenges mereka.

Dengan hadiah wang tunai $ 5 juta, pertandingan insentif ini bertujuan untuk mendorong penciptaan satelit kecil yang mampu beroperasi di luar orbit Bumi rendah - khususnya di orbit bulan atau ruang dalam. Pada akhir pertandingan, hingga tiga pasukan akan dipilih untuk melancarkan reka bentuk CubeSat mereka di atas misi SLS-EM1 pada tahun 2018.

Misi pendaratan InSight NASA (dijadualkan dilancarkan pada 2018), juga akan merangkumi dua CubeSats. Ini akan melakukan flyby Mars dan memberikan komunikasi relay tambahan ke Bumi semasa kemasukan dan pendaratan pendarat.

Ditetapkan Mars Cube One (MarCO), CubeSat bersaiz 6U eksperimental ini akan menjadi misi ruang dalam pertama yang bergantung pada teknologi CubeSat. Ia akan menggunakan antena jalur-X panel-tinggi dengan keuntungan tinggi untuk menghantar data ke Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) NASA - yang kemudian akan menyampaikannya ke Bumi.

Menjadikan sistem angkasa lebih kecil dan lebih berpatutan adalah salah satu ciri era penerokaan angkasa lepas. Ini juga merupakan salah satu sebab utama industri NewSpace berkembang pesat dalam beberapa tahun kebelakangan. Dan dengan tahap penyertaan yang lebih besar, kami melihat pulangan yang lebih besar dalam hal penyelidikan, pengembangan dan penerokaan.

Kami telah menulis banyak artikel mengenai CubeSat for Space Magazine. Inilah Planetary Society untuk Melancarkan Tiga Suria Terpisah, CubeSpl Antarplanet Pertama untuk Dilancarkan di InSight Mars Lander 2016 NASA, Membuat CubeSats melakukan Astronomi, Apa Yang Boleh Anda Lakukan Dengan Cubesat ?, Cubesats Ini Boleh Menggunakan Plasma Thrusters untuk Meninggalkan Sistem Suria kita.

Sekiranya anda mahukan lebih banyak maklumat mengenai CubeSat, lihat halaman utama rasmi CubeSat.

Kami telah merakam episod Cast Astronomi mengenai Space Shuttle. Dengarkan di sini, Episod 127: Angkasa Luar Angkasa AS.

Sumber: