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CubeSat

Ncube-2 , un CubeSat noruego (cubo de 10 cm (3,9 pulgadas)) Un CubeSat es una clase de satélite pequeño con un factor de forma de cubos de 10 cm (3,9 pulgadas). [ 1 ] Lo...

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Ncube-2 , un CubeSat noruego (cubo de 10  cm (3,9  pulgadas))

Un CubeSat es una clase de satélite pequeño con un factor de forma de cubos de 10  cm (3,9  pulgadas). [ 1 ] Los CubeSats tienen una masa de no más de 2  kg (4,4  lb) por unidad, [ 2 ] y a menudo utilizan componentes comerciales estándar (COTS) para su electrónica y estructura. Los CubeSats se despliegan en órbita desde la Estación Espacial Internacional o se lanzan como cargas útiles secundarias en un vehículo de lanzamiento . [ 3 ] A diciembre de 2023 Se han lanzado más de 2300 CubeSats. [ 4 ]

En 1999, Jordi Puig-Suari , profesor de la Universidad Estatal Politécnica de California, San Luis Obispo (Cal Poly), y Bob Twiggs , profesor del Laboratorio de Desarrollo de Sistemas Espaciales de la Universidad de Stanford , desarrollaron las especificaciones de CubeSat para promover y desarrollar las habilidades necesarias para el diseño, la fabricación y las pruebas de pequeños satélites destinados a la órbita terrestre baja (LEO) que realizan investigación científica y exploran nuevas tecnologías espaciales. La academia representó la mayoría de los lanzamientos de CubeSat hasta 2013, cuando más de la mitad de los lanzamientos fueron para fines no académicos, y para 2014 la mayoría de los CubeSats recién desplegados fueron para proyectos comerciales o de aficionados. [ 3 ]

Lanzamientos anuales de CubeSats a diciembre de 2024 [ 5 ]

Las funciones suelen implicar experimentos que pueden miniaturizarse o servir para propósitos como la observación de la Tierra o la radioafición . Los CubeSats se emplean para demostrar tecnologías de naves espaciales destinadas a satélites pequeños o que presentan una viabilidad cuestionable y es poco probable que justifiquen el costo de un satélite más grande. Los experimentos científicos con una teoría subyacente no probada también pueden encontrarse a bordo de CubeSats, porque su bajo costo puede justificar mayores riesgos. Se han enviado cargas útiles de investigación biológica en varias misiones, y hay más planificadas. [ 6 ] Varias misiones a la Luna y más allá planean usar CubeSats. [ 7 ] Los primeros CubeSats en el espacio profundo volaron en la misión MarCO , donde se lanzaron dos CubeSats hacia Marte en mayo de 2018 junto con la exitosa misión InSight . [ 8 ]

Algunos CubeSats se han convertido en los primeros satélites de sus respectivos países , lanzados por universidades, empresas estatales o privadas. La base de datos consultable de nanosatélites y CubeSats incluye más de 4000 CubeSats que se han lanzado o están previstos desde 1998. [ 4 ]

Historia

Estructura CubeSat 1U

Los profesores Jordi Puig-Suari de la Universidad Estatal Politécnica de California y Bob Twiggs de la Universidad de Stanford propusieron el diseño de referencia CubeSat en 1999 [ 9 ] [ 10 ] : 159 con el objetivo de permitir a los estudiantes de posgrado diseñar, construir, probar y operar en el espacio una nave espacial con capacidades similares a las de la primera nave espacial, Sputnik . El CubeSat, como se propuso inicialmente, no se propuso convertirse en un estándar; más bien, se convirtió en un estándar con el tiempo mediante un proceso de emergencia . Los primeros CubeSats se lanzaron en junio de 2003 en un Eurockot ruso , y aproximadamente 75 CubeSats habían entrado en órbita para 2012. [ 11 ] Entre ese primer grupo estaba CUTE-I, un satélite de 1 kg y 10 cm desarrollado por el Laboratorio de Sistemas Espaciales del Instituto Tecnológico de Tokio . [ 12 ] [ 13 ]  

La necesidad de un satélite de tan pequeño tamaño se hizo evidente en 1998 como resultado del trabajo realizado en el Laboratorio de Desarrollo de Sistemas Espaciales (SSDL) de la Universidad de Stanford. En el SSDL, los estudiantes habían estado trabajando en el microsatélite OPAL (Orbiting Picosatellite Automatic Launcher) desde 1995. La misión de OPAL de desplegar satélites secundarios, denominados " picosatélites ", había dado como resultado el desarrollo de un sistema de lanzamiento "desesperadamente complicado" que solo funcionaba "la mayor parte del tiempo". Ante los crecientes retrasos del proyecto, Twiggs buscó financiación de DARPA, lo que llevó al rediseño del mecanismo de lanzamiento, transformándolo en un sencillo sistema de placa de empuje con los satélites sujetos por una puerta con resorte. [ 10 ] : 151–157

Con el deseo de acortar el ciclo de desarrollo experimentado en OPAL e inspirado por los picosatélites que transportaba OPAL, Twiggs se propuso averiguar "cuánto se podría reducir el tamaño y seguir teniendo un satélite práctico". Los picosatélites de OPAL eran de 10,1 cm × 7,6 cm × 2,5 cm (4 pulg. × 3 pulg. × 1 pulg.) , un tamaño que no era propicio para cubrir todos los lados de la nave espacial con células solares. Inspirado por una caja cúbica de plástico de 4 pulg. (10 cm) utilizada para exhibir Beanie Babies en tiendas, [ 6 ] Twiggs se decidió primero por el cubo más grande de diez centímetros como guía para el nuevo concepto de CubeSat. Se desarrolló un modelo de lanzador para el nuevo satélite utilizando el mismo concepto de placa de empuje que se había utilizado en el lanzador OPAL modificado. Twiggs presentó la idea a Puig-Suari en el verano de 1999 y luego en la conferencia del Programa de Aplicaciones Científicas, Tecnológicas y Espaciales Japón-Estados Unidos (JUSTSAP) en noviembre de 1999. [ 10 ] : 157–159            

El término "CubeSat" se acuñó para designar los nanosatélites que cumplen con los estándares descritos en la especificación de diseño CubeSat. Cal Poly publicó el estándar en un esfuerzo liderado por el profesor de ingeniería aeroespacial Jordi Puig-Suari. [ 14 ] Bob Twiggs , del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica de la Universidad de Stanford, y actualmente miembro del profesorado de ciencias espaciales de la Universidad Estatal de Morehead en Kentucky, ha contribuido a la comunidad CubeSat. [ 15 ] Sus esfuerzos se han centrado en los CubeSats de instituciones educativas. [ 16 ] La especificación no se aplica a otros nanosatélites cúbicos como el nanosatélite "MEPSI" de la NASA, que es ligeramente más grande que un CubeSat. GeneSat-1 fue el primer experimento de vuelo espacial biológico totalmente automatizado y autónomo de la NASA en un satélite de su tamaño. También fue el primer CubeSat lanzado por Estados Unidos. Este trabajo, liderado por John Hines en NASA Ames Research, se convirtió en el catalizador de todo el programa CubeSat de la NASA. [ 17 ]

En 2017, este esfuerzo de estandarización condujo a la publicación de la norma ISO 17770:2017 por la Organización Internacional de Normalización . [ 18 ] Esta norma define las especificaciones para los CubeSats, incluyendo sus requisitos físicos, mecánicos, eléctricos y operativos. [ 19 ] También proporciona una especificación para la interfaz entre el CubeSat y su vehículo de lanzamiento, que enumera las capacidades necesarias para sobrevivir a las condiciones ambientales durante y después del lanzamiento y describe la interfaz de despliegue estándar utilizada para liberar los satélites. El desarrollo de estándares compartidos por un gran número de naves espaciales contribuye a una reducción significativa en el tiempo y el costo de desarrollo de las misiones CubeSat.

Diseño

La especificación CubeSat cumple varios objetivos de alto nivel. La principal razón para miniaturizar los satélites es reducir el costo de despliegue: suelen ser adecuados para lanzamientos múltiples, aprovechando la capacidad excedente de vehículos de lanzamiento más grandes. El diseño CubeSat minimiza específicamente el riesgo para el resto del vehículo de lanzamiento y las cargas útiles. La encapsulación de la interfaz lanzador- carga útil elimina el trabajo que antes se requería para acoplar un satélite auxiliar a su lanzador. La unificación entre cargas útiles y lanzadores permite intercambios rápidos de cargas útiles y el aprovechamiento de oportunidades de lanzamiento con poca antelación.

Los CubeSats estándar están compuestos por unidades de 10 cm × 10 cm × 11,35 cm (3,94 in × 3,94 in × 4,47 in) diseñadas para proporcionar 10 cm × 10 cm × 10 cm (3,9 in × 3,9 in × 3,9 in) o 1 L (0,22 gal imp ; 0,26 gal US ) de volumen útil, con cada unidad pesando no más de 2 kg (4,4 lb) . [ 2 ] El tamaño estándar más pequeño es 1U, que consiste en una sola unidad, mientras que el factor de forma más común fue el 3U, que comprendió más del 40% de todos los nanosatélites lanzados hasta la fecha. [ 20 ] [ 21 ] Los factores de forma más grandes, como el 6U y el 12U, están compuestos por 3U apilados uno al lado del otro. [ 2 ] En 2014, se lanzaron dos CubeSats 6U Perseus-M para vigilancia marítima, los más grandes hasta ese momento. La misión Mars Cube One (MarCO) en 2018 lanzó dos CubeSats 6U hacia Marte. [ 22 ] [ 23 ]                           

También existen formatos más pequeños y no estándar; The Aerospace Corporation ha construido y lanzado dos CubeSats de formato más pequeño de 0,5U para medición de radiación y demostración tecnológica, [ 24 ] mientras que Swarm Technologies ha construido y desplegado una constelación de más de cien CubeSats de 0,25U para servicios de comunicación de IoT . [ 25 ] [ 26 ]

Científico sosteniendo el chasis de un CubeSat

Dado que casi todos los CubeSats miden 10 cm × 10 cm (3,9 pulg × 3,9 pulg) (independientemente de su longitud), todos pueden ser lanzados y desplegados utilizando un sistema de despliegue común llamado Poly-PicoSatellite Orbital Deployer (P-POD), desarrollado y construido por Cal Poly. [ 27 ]      

La Especificación de Diseño de CubeSat no especifica ni requiere factores de forma electrónicos ni protocolos de comunicación, pero el hardware COTS ha utilizado consistentemente ciertas características que muchos consideran estándares en la electrónica de CubeSat. La mayoría de los componentes electrónicos COTS y de diseño personalizado se ajustan al formato PC/104 , que no fue diseñado para CubeSats, pero presenta un perfil de 90 mm × 96 mm (3,5 pulg. × 3,8 pulg.) que permite ocupar la mayor parte del volumen de la nave espacial. Técnicamente, el formato PCI-104 es la variante de PC/104 utilizada [ 28 ] y la distribución de pines real utilizada no refleja la especificada en el estándar PCI-104. Los conectores Stack-through en las placas permiten un ensamblaje e interconexión eléctrica sencillos, y la mayoría de los fabricantes de hardware electrónico para CubeSat mantienen la misma disposición de señal, pero algunos productos no, por lo que se debe tener cuidado para garantizar disposiciones de señal y alimentación consistentes para evitar daños. [ 29 ]      

Se debe tener cuidado al seleccionar los componentes electrónicos para asegurar que los dispositivos puedan tolerar la radiación presente. Para órbitas terrestres muy bajas (LEO), en las que la reentrada atmosférica ocurriría en solo días o semanas, la radiación puede ignorarse en gran medida y se pueden usar componentes electrónicos estándar de consumo. Los dispositivos electrónicos de consumo pueden sobrevivir a la radiación LEO durante ese tiempo, ya que la probabilidad de una alteración por evento único (SEU) es muy baja. Las naves espaciales en una órbita terrestre baja sostenida que dure meses o años están en riesgo y solo vuelan con hardware diseñado y probado para entornos irradiados. Las misiones más allá de la órbita terrestre baja o que permanecerían en ella durante muchos años deben usar dispositivos resistentes a la radiación . [ 30 ] Se hacen consideraciones adicionales para la operación en alto vacío debido a los efectos de la sublimación , la desgasificación y los filamentos metálicos , que pueden provocar el fallo de la misión. [ 31 ]

Estructura

El número de unidades unidas clasifica el tamaño de los CubeSats y, según la Especificación de Diseño de CubeSat, son escalables a lo largo de un solo eje para adaptarse a las formas de 0,5U, 1U, 1,5U, 2U o 3U. Todos los tamaños estándar de CubeSat se han construido y lanzado, y representan los factores de forma para casi todos los CubeSats lanzados hasta 2015. [ 32 ] Los materiales utilizados en la estructura deben tener el mismo coeficiente de expansión térmica que el desplegador para evitar atascos. Específicamente, los materiales permitidos son cuatro aleaciones de aluminio: 7075 , 6061 , 5005 y 5052. El aluminio utilizado en la estructura que contacta con el P-POD debe estar anodizado para evitar la soldadura en frío , y se pueden utilizar otros materiales para la estructura si se obtiene una exención. [ 21 ] Más allá de la soldadura en frío, se presta mayor atención a la selección de materiales, ya que no todos los materiales se pueden utilizar en el vacío . Las estructuras suelen incorporar amortiguadores blandos en cada extremo, normalmente de goma, para reducir los efectos del impacto con otros CubeSats en el P-POD.

Las protuberancias que exceden las dimensiones máximas están permitidas por la especificación estándar, hasta un máximo de 6,5 mm (0,26 pulg.) más allá de cada lado. Dichas protuberancias no deben interferir con los rieles de despliegue y generalmente están ocupadas por antenas y paneles solares. En la Revisión 13 de la Especificación de Diseño de CubeSat se definió un volumen adicional disponible para su uso en proyectos 3U. Este volumen adicional es posible gracias al espacio que normalmente se desperdicia en el mecanismo de resorte del P-POD Mk III. Los CubeSats 3U que utilizan este espacio se denominan 3U+ y ​​pueden colocar componentes en un volumen cilíndrico centrado en un extremo del CubeSat. El espacio cilíndrico tiene un diámetro máximo de 6,4 cm (2,5 pulg.) y una altura no mayor de 3,6 cm (1,4 pulg.) , sin permitir ningún aumento de masa más allá del máximo de 4 kg (8,8 lb) del 3U . Los sistemas de propulsión y las antenas son los componentes más comunes que podrían requerir el volumen adicional, aunque la carga útil a veces se extiende a este volumen. Las desviaciones de los requisitos de dimensión y masa pueden eximirse previa solicitud y negociación con el proveedor del servicio de lanzamiento . [ 21 ]        

Las estructuras de los CubeSats no presentan los mismos problemas de resistencia que los satélites más grandes, ya que cuentan con la ventaja adicional de que el operador los soporta estructuralmente durante el lanzamiento. [ 33 ] Aun así, algunos CubeSats se someten a análisis de vibración o análisis estructural para garantizar que los componentes no soportados por el P-POD permanezcan estructuralmente intactos durante todo el lanzamiento. [ 34 ] A pesar de que rara vez se someten a los mismos análisis que los satélites más grandes, los CubeSats rara vez fallan debido a problemas mecánicos. [ 35 ]

Computación

Al igual que los satélites de mayor tamaño, los CubeSats suelen contar con múltiples ordenadores que gestionan diferentes tareas en paralelo , incluyendo el control de actitud (orientación), la gestión de energía, el funcionamiento de la carga útil y las tareas de control principal. Los sistemas de control de actitud COTS suelen incluir su propio ordenador, al igual que los sistemas de gestión de energía. Para que las cargas útiles sean útiles, deben poder interactuar con el ordenador principal, lo que a veces requiere el uso de otro ordenador pequeño. Esto puede deberse a limitaciones en la capacidad del ordenador principal para controlar la carga útil con protocolos de comunicación limitados, para evitar sobrecargarlo con el procesamiento de datos brutos o para garantizar que el funcionamiento de la carga útil continúe sin interrupciones por otras necesidades informáticas de la nave espacial, como la comunicación. Aun así, el ordenador principal puede utilizarse para tareas relacionadas con la carga útil, como el procesamiento de imágenes , el análisis de datos y la compresión de datos . Las tareas que normalmente gestiona el ordenador principal incluyen la delegación de tareas a los demás ordenadores, el control de actitud, los cálculos para maniobras orbitales , la programación y la activación de componentes de control térmico activo. Los ordenadores de los CubeSats son muy sensibles a la radiación, por lo que los fabricantes toman medidas especiales para garantizar su correcto funcionamiento en el entorno espacial, como el uso de memoria RAM ECC . Algunos satélites incorporan redundancia mediante la implementación de varios ordenadores principales; esto se aplica a misiones críticas para reducir el riesgo de fallos. En algunos CubeSats, como los PhoneSats de la NASA , se han utilizado teléfonos inteligentes de consumo para la computación.

Control de actitud

Concepto de exploración de asteroides cercanos a la Tierra : un CubeSat con vela solar controlable .

El control de actitud (orientación) para CubeSats se basa en la miniaturización de la tecnología sin una degradación significativa del rendimiento. El vuelco suele ocurrir tan pronto como se despliega un CubeSat, debido a las fuerzas de despliegue asimétricas y los choques con otros CubeSats. Algunos CubeSats operan normalmente mientras giran, pero aquellos que requieren apuntar en una dirección determinada o no pueden operar de forma segura mientras giran, deben ser estabilizados. Los sistemas que realizan la determinación y el control de actitud incluyen ruedas de reacción , magnetorquers , propulsores, rastreadores de estrellas , sensores solares , sensores terrestres, sensores de velocidad angular y receptores y antenas GPS . Normalmente se ven combinaciones de estos sistemas para aprovechar las ventajas de cada método y mitigar sus inconvenientes. Las ruedas de reacción se utilizan comúnmente por su capacidad para impartir momentos relativamente grandes para cualquier entrada de energía dada, pero su utilidad es limitada debido a la saturación, el punto en el que una rueda no puede girar más rápido. Ejemplos de ruedas de reacción para CubeSat incluyen la Maryland Aerospace MAI-101 [ 36 ] y la Sinclair Interplanetary RW-0.03-4. [ 37 ] Las ruedas de reacción pueden desaturarse con el uso de propulsores o magnetorquers. Los propulsores pueden proporcionar grandes momentos al impartir un par a la nave espacial, pero las ineficiencias en los sistemas de propulsión pequeños hacen que los propulsores se queden sin combustible rápidamente. Comúnmente se encuentran en casi todos los CubeSats los magnetorquers, que hacen pasar electricidad a través de una bobina para aprovechar el campo magnético terrestre y producir un momento de giro . Los módulos de control de actitud y los paneles solares suelen tener magnetorquers incorporados. Para los CubeSats que solo necesitan desestabilizarse, no es necesario ningún método de determinación de actitud más allá de un sensor de velocidad angular o un giroscopio electrónico .

Apuntar en una dirección específica es necesario para la observación de la Tierra, las maniobras orbitales, la maximización de la energía solar y algunos instrumentos científicos. La precisión de apuntamiento direccional se puede lograr detectando la Tierra y su horizonte, el Sol o estrellas específicas. El sensor solar SS-411 de Sinclair Interplanetary [ 38 ] y el rastreador de estrellas ST-16 [ 39 ] tienen aplicaciones para CubeSats y cuentan con experiencia en vuelos espaciales. El autobús Colony I de Pumpkin utiliza un ala aerodinámica para la estabilización pasiva de la actitud. [ 40 ] La determinación de la ubicación de un CubeSat se puede realizar mediante el uso de GPS a bordo, que es relativamente costoso para un CubeSat, o mediante la transmisión de datos de seguimiento por radar a la nave desde sistemas de seguimiento terrestres.

Propulsión

La propulsión de CubeSat ha experimentado rápidos avances en: gas frío , propulsión química , propulsión eléctrica y velas solares . El mayor desafío de la propulsión de CubeSat radica en prevenir riesgos para el vehículo de lanzamiento y su carga útil principal , al tiempo que se mantiene una capacidad significativa. [ 41 ] Los componentes y métodos comúnmente utilizados en satélites más grandes están prohibidos o limitados, y la Especificación de Diseño de CubeSat (CDS) exige una exención para la presurización superior a 1,2 atm (120 kPa) , más de 100 Wh de energía química almacenada y materiales peligrosos. [ 21 ] Estas restricciones plantean grandes desafíos para los sistemas de propulsión de CubeSat, dado que los sistemas de propulsión espacial típicos utilizan combinaciones de altas presiones, altas densidades de energía y materiales peligrosos. Además de las restricciones establecidas por los proveedores de servicios de lanzamiento , diversos desafíos técnicos reducen aún más la utilidad de la propulsión de CubeSat. El empuje cardánico no se puede utilizar en motores pequeños debido a la complejidad de los mecanismos de cardán, la vectorización del empuje debe lograrse mediante empuje asimétrico en sistemas de propulsión de múltiples boquillas o cambiando el centro de masa en relación con la geometría del CubeSat con componentes actuados. [ 42 ] Los motores pequeños tampoco pueden tener espacio para métodos de estrangulamiento que permitan un empuje menor que el de máxima potencia, lo cual es importante para maniobras de precisión como el encuentro . [ 43 ] Los CubeSats que requieren una vida útil más larga también se benefician de los sistemas de propulsión; cuando se utiliza para mantener la órbita, un sistema de propulsión puede ralentizar la caída orbital .  

propulsores de gas frío

Un propulsor de gas frío generalmente almacena gas inerte , como nitrógeno , en un tanque presurizado y lo libera a través de una boquilla para producir empuje. Su funcionamiento se realiza mediante una sola válvula en la mayoría de los sistemas, lo que convierte al gas frío en la tecnología de propulsión útil más simple. [ 44 ] Los sistemas de propulsión de gas frío pueden ser muy seguros, ya que los gases utilizados no tienen que ser volátiles ni corrosivos , aunque algunos sistemas optan por incluir gases peligrosos como el dióxido de azufre . [ 45 ] Esta capacidad de usar gases inertes es muy ventajosa para los CubeSats, ya que generalmente están restringidos a materiales peligrosos. Solo se puede lograr un rendimiento bajo con ellos, [ 44 ] lo que impide maniobras de alto impulso incluso en CubeSats de baja masa. Debido a este bajo rendimiento, su uso en CubeSats para la propulsión principal es limitado y los diseñadores eligen sistemas de mayor eficiencia con solo pequeños aumentos en la complejidad. Los sistemas de gas frío se utilizan con mayor frecuencia en el control de actitud de los CubeSats.

propulsión química

Los sistemas de propulsión química utilizan una reacción química para producir un gas a alta presión y alta temperatura que se acelera fuera de una boquilla . El propulsor químico puede ser líquido, sólido o una mezcla de ambos. Los propulsores líquidos pueden ser monopropelente, que pasa a través de un catalizador , o bipropelente , que quema un oxidante y un combustible . Las ventajas de los monopropelentes son una complejidad relativamente baja/alta potencia de salida, bajos requisitos de energía y alta fiabilidad. Los motores monopropelentes tienden a tener un alto empuje a la vez que son relativamente simples, lo que también proporciona una alta fiabilidad. Estos motores son prácticos para CubeSats debido a sus bajos requisitos de energía y a que su simplicidad permite que sean muy pequeños. Se han desarrollado pequeños motores alimentados con hidracina , [ 46 ] pero pueden requerir una exención para volar debido a las restricciones sobre productos químicos peligrosos establecidas en la Especificación de Diseño de CubeSat. [ 21 ] Se están desarrollando propulsores químicos más seguros que no requerirían exenciones para sustancias químicas peligrosas, como el AF-M315 ( nitrato de hidroxilamonio ) para el cual se están diseñando o se han diseñado motores. [ 46 ] [ 47 ] Un "propulsor de electrólisis de agua" es técnicamente un sistema de propulsión química, ya que quema hidrógeno y oxígeno que genera mediante la electrólisis del agua en órbita . [ 48 ]

propulsión eléctrica

El propulsor iónico de rejilla Busek BIT-3 se utilizó para impulsar el CubeSat Lunar IceCube 6U.

La propulsión eléctrica de CubeSat normalmente utiliza energía eléctrica para acelerar el propulsor a alta velocidad, lo que resulta en un alto impulso específico . Muchas de estas tecnologías pueden hacerse lo suficientemente pequeñas para su uso en nanosatélites, y varios métodos están en desarrollo. Los tipos de propulsión eléctrica que actualmente se están diseñando para su uso en CubeSats incluyen propulsores de efecto Hall , [ 49 ] propulsores iónicos , [ 50 ] propulsores de plasma pulsado , [ 51 ] propulsores de electrospray , [ 52 ] y resistojets . [ 53 ] Varias misiones destacadas de CubeSat planean utilizar propulsión eléctrica, como Lunar IceCube de la NASA . [ 54 ] La alta eficiencia asociada con la propulsión eléctrica podría permitir que los CubeSats se propulsen a sí mismos a Marte. [ 55 ] Los sistemas de propulsión eléctrica tienen la desventaja de su uso de energía, lo que requiere que el CubeSat tenga células solares más grandes, una distribución de energía más compleja y, a menudo, baterías más grandes. Además, muchos métodos de propulsión eléctrica aún pueden requerir tanques presurizados para almacenar el propelente, lo cual está restringido por la Especificación de Diseño de CubeSat.

El ESTCube-1 utilizaba una vela solar-eólica eléctrica , que se basa en un campo electromagnético para funcionar como vela en lugar de un material sólido. Esta tecnología empleaba un campo eléctrico para desviar los protones del viento solar y generar empuje. Es similar a un cable electrodinámico, ya que la nave solo necesita suministro eléctrico para funcionar.

vela solar

Las velas solares  (también llamadas  velas de luz  o  velas de fotones) son un sistema de  propulsión espacial  que utiliza la presión de radiación (también llamada presión solar) de las estrellas para impulsar grandes espejos ultrafinos a altas velocidades, sin necesidad de propulsor. La fuerza de una vela solar es proporcional a su superficie, lo que las hace idóneas para su uso en CubeSats, ya que su pequeña masa resulta en una mayor aceleración para una superficie determinada. Sin embargo, las velas solares deben ser bastante grandes en comparación con el satélite, lo que implica el despliegue de velas solares útiles, lo que añade complejidad mecánica y una posible fuente de fallos. Este método de propulsión es el único que no está sujeto a las restricciones establecidas por la Especificación de Diseño de CubeSat, ya que no requiere altas presiones, materiales peligrosos ni una cantidad significativa de energía química. Un pequeño número de CubeSats ha empleado una vela solar como su principal sistema de propulsión y estabilidad en el espacio profundo, incluyendo el NanoSail-D2 de 3U lanzado en 2010 y el LightSail-1 en mayo de 2015.  

LightSail-2 se desplegó con éxito en un cohete Falcon Heavy en 2019, [ 56 ] [ 57 ] mientras que un CubeSat que estaba previsto lanzar en el primer vuelo del Sistema de Lanzamiento Espacial ( Artemis 1 ) en noviembre de 2022 iba a utilizar una vela solar: el Explorador de Asteroides Cercanos a la Tierra (NEA Scout). [ 58 ] El CubeSat fue declarado perdido cuando no se restablecieron las comunicaciones en 2 días. [ 59 ]

Fuerza

Los paneles solares Winglet aumentan la superficie destinada a la generación de energía.

Los CubeSats utilizan células solares para convertir la luz solar en electricidad, que luego se almacena en baterías recargables de iones de litio que proporcionan energía durante los eclipses, así como durante los períodos de máxima demanda. [ 60 ] Estos satélites tienen una superficie limitada en sus paredes externas para el ensamblaje de células solares, y debe compartirse eficazmente con otras partes, como antenas, sensores ópticos, lentes de cámara, sistemas de propulsión y puertos de acceso. Las baterías de iones de litio presentan altas relaciones energía-masa, lo que las hace muy adecuadas para su uso en naves espaciales con restricciones de masa. La carga y descarga de la batería generalmente se realiza mediante un sistema de energía eléctrica (EPS) dedicado. Las baterías a veces incluyen calentadores [ 61 ] para evitar que alcancen temperaturas peligrosamente bajas que podrían causar degradación de la batería y fallas en la misión. [ 62 ]

La velocidad a la que se degradan las baterías depende del número de ciclos de carga y descarga, así como de la profundidad de cada descarga: cuanto mayor sea la profundidad media de descarga, más rápido se degrada la batería. Para las misiones en órbita terrestre baja (LEO), se estima que el número de ciclos de descarga será del orden de varios cientos.

Debido a las limitaciones de tamaño y peso, los CubeSats comunes que vuelan en LEO con paneles solares montados en el cuerpo han generado menos de 10 W. [ 63 ] Las misiones con mayores requisitos de potencia pueden utilizar el control de actitud para asegurar que los paneles solares permanezcan en su orientación más efectiva hacia el Sol, y las necesidades de energía adicionales pueden satisfacerse mediante la adición y orientación de paneles solares desplegables, que pueden desplegarse a un área sustancialmente mayor en órbita. Las innovaciones recientes incluyen paneles solares adicionales con resorte que se despliegan tan pronto como se libera el satélite, así como paneles que cuentan con mecanismos de cuchilla térmica que desplegarían los paneles cuando se les ordene. Los CubeSats no pueden recibir energía entre el lanzamiento y el despliegue, y deben contar con un pasador de extracción previa al vuelo que corta toda la energía para evitar el funcionamiento durante la carga en el P-POD. Además, se activa un interruptor de despliegue mientras la nave se carga en un P-POD, cortando la energía a la nave espacial y se desactiva después de salir del P-POD. [ 21 ]

Telecomunicaciones

Antena reflectora de malla desplegable de alta ganancia que opera en banda Ka (27–40 GHz) para el radar en un CubeSat ( RaInCube ).

El bajo coste de los CubeSats ha permitido un acceso sin precedentes al espacio para instituciones y organizaciones más pequeñas, pero, para la mayoría de las formas de CubeSat, el alcance y la potencia disponible se limitan a unos 2  W para sus antenas de comunicaciones. [ 64 ]

Debido a la inestabilidad y el bajo alcance de potencia, las radiocomunicaciones son un desafío. Muchos CubeSats utilizan una antena monopolo o dipolo omnidireccional construida con cinta métrica comercial. Para necesidades más exigentes, algunas empresas ofrecen antenas de alta ganancia para CubeSats, pero sus sistemas de despliegue y apuntamiento son significativamente más complejos. [ 64 ] Por ejemplo, el MIT y el JPL están desarrollando una antena parabólica inflable basada en una piel de mylar inflada con un polvo sublimable , afirmando un aumento de 7× en el alcance —potencialmente capaz de llegar a la Luna— pero persisten las dudas sobre su supervivencia tras impactos de micrometeoros. [ 65 ] El JPL ha desarrollado con éxito antenas de alta ganancia en banda X y banda Ka para las misiones MarCO [ 66 ] [ 67 ] y Radar in a CubeSat ( RaInCube ). [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]

Antenas

Tradicionalmente, los CubeSats de órbita terrestre baja utilizan antenas para comunicaciones en UHF y banda S. Para aventurarse más lejos en el Sistema Solar , se requieren antenas más grandes compatibles con la Red del Espacio Profundo (banda X y banda Ka). Los ingenieros del JPL desarrollaron varias antenas desplegables de alta ganancia compatibles con CubeSats de clase 6U [ 70 ] para MarCO [ 66 ] [ 71 ] y Near-Earth Asteroid Scout . [ 72 ] Los ingenieros del JPL también han desarrollado una antena reflectora de malla de 0,5 m (1 pie 8 pulgadas) que opera en banda Ka y es compatible con la DSN [ 66 ] [ 71 ] [ 73 ] que se pliega en un volumen de almacenamiento de 1,5U. Para MarCO, los ingenieros de antenas del JPL diseñaron un reflector de panel plegado (FPR) [ 74 ] para que cupiera en un bus CubeSat 6U y admite telecomunicaciones de Marte a la Tierra en banda X a 8 kbit/s a 1 UA.    

Gestión térmica

Los distintos componentes de un CubeSat tienen diferentes rangos de temperatura aceptables, más allá de los cuales pueden quedar inoperativos temporal o permanentemente. Los satélites en órbita se calientan por el calor radiante emitido directamente por el Sol y reflejado por la Tierra, así como por el calor generado por sus propios componentes. Los CubeSats también deben enfriarse irradiando calor al espacio o a la superficie terrestre, si esta se encuentra a menor temperatura que la nave. Todas estas fuentes y sumideros de calor radiante son bastante constantes y muy predecibles, siempre que se conozcan la órbita del CubeSat y el momento del eclipse.

Los componentes utilizados para garantizar que se cumplan los requisitos de temperatura en los CubeSats incluyen aislamiento multicapa y calentadores para la batería. Otras técnicas de control térmico de la nave espacial en satélites pequeños incluyen la colocación específica de componentes en función de la salida térmica esperada de dichos componentes y, en raras ocasiones, dispositivos térmicos desplegados como rejillas . El análisis y la simulación del modelo térmico de la nave espacial son un factor determinante importante para la aplicación de componentes y técnicas de gestión térmica. Los CubeSats con necesidades térmicas especiales, a menudo asociadas con ciertos mecanismos de despliegue y cargas útiles, pueden probarse en una cámara de vacío térmico antes del lanzamiento. Dichas pruebas proporcionan un mayor grado de seguridad que el que pueden recibir los satélites de tamaño completo, ya que los CubeSats son lo suficientemente pequeños como para caber completamente dentro de una cámara de vacío térmico. Los sensores de temperatura se colocan normalmente en diferentes componentes del CubeSat para que se puedan tomar medidas para evitar rangos de temperatura peligrosos, como reorientar la nave para evitar o introducir radiación térmica directa en una parte específica, permitiendo así que se enfríe o se caliente.

Costos

CubeSat constituye un medio independiente y rentable para poner una carga útil en órbita. [ 14 ] Tras los retrasos de lanzadores de bajo coste como Interorbital Systems , [ 75 ] los precios de lanzamiento han rondado los 100 000 $ por unidad, [ 76 ] [ 77 ] pero los operadores más recientes ofrecen precios más bajos. [ 78 ] Un precio típico para lanzar un cubesat 1U con un contrato de servicio completo (que incluye integración de extremo a extremo, licencias, transporte, etc.) era de unos 60 000 $ en 2021.

Algunos CubeSats tienen componentes o instrumentos complejos, como LightSail-1 , que elevan su costo de construcción a millones de dólares, [ 79 ] pero un CubeSat 1U básico puede costar alrededor de $50,000 construir. [ 80 ] Esto hace que los CubeSats sean una opción viable para algunas escuelas, universidades y pequeñas empresas.

Misiones

El 25 de febrero de 2014, se produjo el lanzamiento de CubeSats NanoRacks desde el NanoRacks CubeSat Deployer en la ISS.

La base de datos de nanosatélites y cubesats enumera más de 2000 cubesats que se han lanzado desde 1998. [ 4 ] Uno de los primeros lanzamientos de cubesats tuvo lugar el 30 de junio de 2003 desde Plesetsk, Rusia, con la misión de órbita múltiple de Eurockot Launch Services . Los cubesats se inyectaron en una órbita heliosíncrona e incluyeron el CubeSat danés AAU y el DTUSat, el japonés XI-IV y el CUTE-1, el canadiense Can X-1 y el estadounidense Quakesat . [ 81 ]

El 13 de febrero de 2012, tres desplegadores P-POD que contenían siete CubeSats fueron puestos en órbita junto con el satélite Lares a bordo de un cohete Vega lanzado desde la Guayana Francesa. Los CubeSats lanzados fueron e-st@r Space (Politécnico de Turín, Italia), Goliat (Universidad de Bucarest, Rumania), MaSat-1 (Universidad Tecnológica y Económica de Budapest, Hungría), PW-Sat (Universidad Tecnológica de Varsovia, Polonia), Robusta (Universidad de Montpellier 2, Francia), UniCubeSat-GG (Universidad de Roma La Sapienza, Italia) y XaTcobeo (Universidad de Vigo e INTA, España). Los CubeSats fueron lanzados en el marco de la oportunidad "Vega Maiden Flight" de la Agencia Espacial Europea. [ 82 ]

El 13 de septiembre de 2012, se lanzaron once CubeSats desde ocho P-PODs, como parte de la carga útil secundaria "OutSat" a bordo de un cohete Atlas V de United Launch Alliance . [ 83 ] Este fue el mayor número de CubeSats (y el mayor volumen de 24U) en órbita en un solo lanzamiento hasta la fecha, posible gracias al nuevo sistema lanzador de CubeSats NPS ( NPSCuL ) desarrollado en la Escuela Naval de Posgrado (NPS). Los CubeSats fueron: SMDC-ONE 2.2 (Baker), SMDC-ONE 2.1 (Able), AeroCube 4.0 (x3), Aeneas, CSSWE , CP5, CXBN , CINEMA y Re (STARE). [ 84 ]

Cinco CubeSats ( Raiko , Niwaka , We-Wish , TechEdSat , F-1 ) fueron puestos en órbita desde la Estación Espacial Internacional el 4 de octubre de 2012, como demostración tecnológica del despliegue de pequeños satélites desde la ISS. Fueron lanzados y entregados a la ISS como carga del Kounotori 3 , y un astronauta de la ISS preparó el mecanismo de despliegue acoplado al brazo robótico del Módulo Experimental Japonés . [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ]

Cuatro CubeSats fueron desplegados desde el Simulador de Masa Cygnus , que fue lanzado el 21 de abril de 2013 en el vuelo inaugural del cohete Antares de Orbital Sciences . [ 88 ] Tres de ellos son PhoneSats 1U construidos por el Centro de Investigación Ames de la NASA para demostrar el uso de teléfonos inteligentes como aviónica en CubeSats. El cuarto fue un satélite 3U, llamado Dove-1, construido por Planet Labs .

El 26 de abril de 2013 se lanzó el NEE-01 Pegaso , el primer CubeSat capaz de transmitir vídeo en directo desde órbita, y también el primer CubeSat 1U en alcanzar más de 100 vatios de potencia instalada. Posteriormente, en noviembre del mismo año , el NEE-02 Krysaor también transmitió vídeo en directo desde órbita. Ambos CubeSats fueron construidos por la Agencia Espacial Ecuatoriana .

El 11 de febrero de 2014 se desplegaron desde la ISS un total de treinta y tres CubeSats. De estos treinta y tres, veintiocho formaban parte de la constelación Flock-1 de CubeSats de observación de la Tierra. De los cinco restantes, dos pertenecen a otras empresas estadounidenses, dos a Lituania y uno a Perú. [ 89 ]

El LightSail-1 es un prototipo de CubeSat 3U propulsado por una vela solar . Fue lanzado el 20 de mayo de 2015 desde Florida. Sus cuatro velas están hechas de Mylar muy delgado y tienen un área total de 32 m² (340 pies cuadrados ) . Esta prueba permitirá una verificación completa de los sistemas del satélite antes de la misión principal de 2016. [ 90 ]   

El 5 de octubre de 2015, AAUSAT5 (Universidad de Aalborg, Dinamarca) fue desplegado desde la ISS, en el marco del programa "¡Lanza tu satélite!" de la Agencia Espacial Europea. [ 91 ]

El CubeSat Espectrómetro Solar de Rayos X en Miniatura (X-ray Solar Spectrometer CubeSat) es un satélite 3U lanzado a la Estación Espacial Internacional el 6 de diciembre de 2015, desde donde fue desplegado el 16 de mayo de 2016. Es la primera misión lanzada en el Panel de Integración de CubeSats de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA , [ 92 ] que se centra en realizar investigaciones científicas con CubeSats. Al 12 de julio de 2016, se había cumplido el criterio mínimo de éxito de la misión (un mes de observaciones científicas), pero la nave espacial continúa funcionando nominalmente y las observaciones prosiguen. [ 93 ]

El 25 de abril de 2016 se lanzaron tres CubeSats junto con el Sentinel-1B a bordo de un cohete Soyuz VS14 desde Kourou, Guayana Francesa. Los satélites fueron: AAUSAT4 (Universidad de Aalborg, Dinamarca), e-st@r-II (Politécnico de Turín, Italia) y OUFTI-1 (Universidad de Lieja, Bélgica). El lanzamiento de los CubeSats se realizó en el marco del programa «¡Lanza tu satélite!» de la Agencia Espacial Europea. [ 94 ]

El 15 de febrero de 2017, la Organización India de Investigación Espacial ( ISRO ) estableció un récord con el lanzamiento de 104 satélites en un solo cohete. El lanzamiento del PSLV-C37 en una sola carga útil, que incluía la serie Cartosat-2 y 103 satélites acompañantes, pesó en conjunto más de 650 kg (1430 lb) . De los 104 satélites, todos menos tres eran CubeSats. De los 101 nanosatélites, 96 eran de Estados Unidos y uno de cada uno de los siguientes países: Israel, Kazajistán, Países Bajos, Suiza y Emiratos Árabes Unidos. [ 95 ] [ 96 ]  

Misión InSight 2018: CubeSats MarCO

Representación artística de MarCO A y B durante el descenso de InSight.

El lanzamiento en mayo de 2018 del módulo de aterrizaje estacionario InSight en Marte incluyó dos CubeSats que sobrevolarían Marte para proporcionar comunicaciones de retransmisión adicionales desde InSight a la Tierra durante la entrada y el aterrizaje. [ 97 ] Este es el primer vuelo de CubeSats fuera de la órbita directa de la Tierra. La tecnología CubeSat de la misión se llama Mars Cube One (MarCO); cada uno es un CubeSat de seis unidades, 14,4 in × 9,5 in × 4,6 in (37 cm × 24 cm × 12 cm) . MarCO es un experimento, pero no necesario para la misión InSight , para agregar comunicaciones de retransmisión a las misiones espaciales en períodos de tiempo importantes, en este caso desde el momento de la entrada atmosférica de InSight hasta su aterrizaje.          

La sonda MarCO se lanzó en mayo de 2018 junto con el módulo de aterrizaje InSight , se separó tras el lanzamiento y luego viajó en trayectorias independientes hacia Marte. Tras la separación, ambas naves MarCO desplegaron dos antenas de radio y dos paneles solares. La antena de alta ganancia, de banda X , es un panel plano que dirige las ondas de radio. MarCO navegó hacia Marte de forma independiente del módulo de aterrizaje InSight , realizando sus propios ajustes de rumbo durante el vuelo.

Durante la entrada, descenso y aterrizaje (EDL) de InSight en noviembre de 2018, [ 97 ] el módulo de aterrizaje transmitió telemetría en la banda de radio UHF al Orbitador de Reconocimiento de Marte (MRO) de la NASA que sobrevolaba la zona. El MRO reenvió la información EDL a la Tierra utilizando una frecuencia de radio en la banda X, pero no puede recibir simultáneamente información en una banda si está transmitiendo en otra. La confirmación de un aterrizaje exitoso podía recibirse en la Tierra varias horas después, por lo que MarCO fue una demostración tecnológica de telemetría en tiempo real durante el aterrizaje. [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]

Opiniones de MarCO
Marte (24 de noviembre de 2018)
Marte (2 de octubre de 2018)
La Tierra y la Luna (9 de mayo de 2018)

Misión INSPIRE

La misión INSPIRE ( Interplanetary Nano-Spacecraft Pathfinder in Relevant Environment ) es una misión planificada de la NASA que enviará CubeSats fuera de la órbita terrestre hacia el espacio profundo. INSPIRE tiene como objetivo demostrar que los CubeSats pueden operar, comunicarse y ser navegados fuera de la órbita terrestre. La fecha de lanzamiento de esta misión aún no se ha determinado. [ 101 ]

Programas

NanoRacks

Iniciativa de lanzamiento de CubeSat

La Iniciativa de Lanzamiento de CubeSats de la NASA , creada en 2010, [ 102 ] ofrece oportunidades de lanzamiento de CubeSats a instituciones educativas, organizaciones sin fines de lucro y centros de la NASA. A partir de 2016La Iniciativa de Lanzamiento de CubeSats ha lanzado 46 CubeSats en 12 misiones ELaNa de 28 organizaciones diferentes y ha seleccionado 119 misiones CubeSat de 66 organizaciones diferentes. Las misiones de Lanzamiento Educativo de Nanosatélites (ELaNa) han incluido: BisonSat, el primer CubeSat construido por un colegio tribal; TJ3Sat, el primer CubeSat construido por una escuela secundaria; y STMSat-1, el primer CubeSat construido por una escuela primaria. La NASA publica un Anuncio de Oportunidad [ 103 ] en agosto de cada año, y las selecciones se realizan en febrero del año siguiente. [ 104 ]

Artemisa 1

La NASA inició el Cube Quest Challenge en 2015, una competencia para fomentar la innovación en el uso de CubeSats más allá de la órbita terrestre baja. El Cube Quest Challenge ofreció 5  millones de dólares a los equipos que cumplieran con los objetivos del desafío: diseñar, construir y entregar pequeños satélites aptos para el vuelo, capaces de realizar operaciones avanzadas cerca y más allá de la Luna. Los equipos compitieron por diversos premios en órbita lunar o en el espacio profundo. [ 105 ] En 2022 , se lanzaron 10 CubeSats de diferentes equipos al espacio cislunar como cargas útiles secundarias a bordo de la Artemis 1 .

ESA "¡Haz volar tu satélite!"

«¡Lanza tu satélite!» es el programa CubeSats en curso de la Oficina de Educación de la Agencia Espacial Europea . Los estudiantes universitarios tienen la oportunidad de desarrollar e implementar su misión CubeSat con el apoyo de especialistas de la ESA. [ 106 ] Los equipos de estudiantes participantes pueden experimentar el ciclo completo, desde el diseño, la construcción y las pruebas hasta, finalmente, la posibilidad de lanzar y operar su CubeSat. [ 107 ] La cuarta edición del programa «¡Lanza tu satélite!» cerró la convocatoria de propuestas en febrero de 2022. [ 108 ]

Proyecto Cubesat canadiense

La Agencia Espacial Canadiense anunció el Proyecto Canadiense de CubeSat (CCP) en 2017, y los equipos participantes fueron seleccionados en mayo de 2018. El programa proporciona financiación y apoyo a una universidad o colegio de cada provincia y territorio para desarrollar un CubeSat para su lanzamiento desde la ISS. El objetivo del CCP es brindar a los estudiantes experiencia práctica directa en la industria espacial, preparándolos para una carrera profesional en este ámbito. [ 109 ]

QB50

QB50 es una red internacional propuesta de 50 CubeSats para mediciones multipunto in situ en la termosfera inferior (90–350  km) e investigación de reentrada. QB50 es una iniciativa del Instituto Von Karman y está financiada por la Comisión Europea como parte del Séptimo Programa Marco (FP7).  Se desarrollan CubeSats de doble unidad (2U) (10×10×20 cm), con una unidad (la unidad "funcional") que proporciona las funciones habituales de un satélite y la otra unidad (la unidad "científica") que alberga un conjunto de sensores estandarizados para la investigación de la termosfera inferior y la reentrada. Se prevé que 35 CubeSats sean proporcionados por universidades de 22 países de todo el mundo, entre ellos 4 de EE. UU., 4 de China, 4 de Francia, 3 de Australia y 3 de Corea del Sur. [ 110 ] Se prevé que diez CubeSats 2U o 3U sirvan para la demostración en órbita de nuevas tecnologías espaciales.

La solicitud de propuestas (RFP) para el CubeSat QB50 se publicó el 15 de febrero de 2012. Dos satélites "precursores" QB50 se lanzaron a bordo de un cohete Dnepr el 19 de junio de 2014. [ 111 ] Se suponía que los 50 CubeSats se lanzarían juntos en un único vehículo de lanzamiento Cyclone-4 en febrero de 2016, [ 112 ] pero debido a la indisponibilidad del vehículo de lanzamiento, 36 satélites se lanzaron a bordo del Cygnus CRS OA-7 el 18 de abril de 2017 y posteriormente se desplegaron desde la ISS . [ 113 ] [ 114 ] Una docena más de CubeSats se manifestaron en la misión PSLV-XL C38 en mayo de 2017. [ 115 ]

Lanzamiento y despliegue

Un cohete Dnepr lanzado desde ISC Kosmotras

A diferencia de las naves espaciales de tamaño completo, los CubeSats pueden ser transportados como carga a la Estación Espacial Internacional y desplegados desde ella. Esto representa un método alternativo para alcanzar la órbita, distinto del despliegue mediante un vehículo de lanzamiento . NanoRacks y Made in Space están desarrollando métodos para construir CubeSats en la Estación Espacial Internacional. [ 116 ]

Sistemas de lanzamiento existentes

La Iniciativa de Lanzamiento de CubeSats de la NASA lanzó más de 46 CubeSats en sus misiones ELaNa durante los años previos a 2016, y se planificó el lanzamiento de 57 en los años siguientes. [ 117 ] Por muy económicos o versátiles que sean los CubeSats, deben transportarse como cargas útiles secundarias en grandes cohetes que lanzan naves espaciales mucho más grandes, a precios que rondaban los 100 000 dólares en 2015. [ 118 ] Dado que los CubeSats se despliegan mediante P-PODs y sistemas de despliegue similares, pueden integrarse y lanzarse en prácticamente cualquier vehículo de lanzamiento. Sin embargo, algunos proveedores de servicios de lanzamiento se niegan a lanzar CubeSats, ya sea en todos los lanzamientos o solo en lanzamientos específicos; dos ejemplos en 2015fueron ILS y Sea Launch . [ 119 ]

SpaceX , [ 120 ] [ 121 ] Exolaunch , [ 122 ] [ 123 ] y Space BD [ 124 ] [ 125 ] son ​​tres empresas recientes que ofrecen servicios de lanzamiento comercial para CubeSats como carga útil secundaria, pero aún existe un retraso en los lanzamientos. Además, la ISRO de la India ha estado lanzando comercialmente CubeSats extranjeros desde 2009 como cargas útiles secundarias. El 15 de febrero de 2017, ISRO estableció el récord mundial al lanzar 103 CubeSats a bordo de su Vehículo de Lanzamiento de Satélites Polares para varias empresas extranjeras. [ 126 ] ISC Kosmotras y Eurockot también ofrecen servicios de lanzamiento para CubeSats. [ 127 ] SpaceX batió el récord en 2021 con el Transporter-1 (vuelo espacial) que transportó 143 naves espaciales a órbita. Rocket Lab se especializa en el lanzamiento de CubeSats en su Electron desde Nueva Zelanda. [ 128 ]

Sistemas de lanzamiento futuros y propuestos

El 5 de mayo de 2015, la NASA anunció un programa con sede en el Centro Espacial Kennedy para desarrollar una clase de cohetes diseñados para lanzar satélites muy pequeños: los Servicios de Lanzamiento de Clase Venture de la NASA (VCLS), [ 118 ] [ 129 ] [ 130 ] que ofrecerán una masa de carga útil de 30  kg a 60  kg para cada lanzador. [ 129 ] [ 131 ] Cinco meses después, en octubre de 2015, la NASA otorgó un total de $17.1  millones a tres empresas de lanzamiento emergentes diferentes para un vuelo cada una: $6.9  millones a Rocket Lab ( cohete Electron ); $5.5  millones a Firefly Space Systems ( cohete Alpha ); y $4.7  millones a Virgin Galactic ( cohete LauncherOne ). [ 132 ] Las cargas útiles para los tres vuelos bajo el contrato VCLS aún no se han asignado. [ 132 ] Se están desarrollando otros sistemas de lanzamiento de satélites pequeños que transportarían CubeSats junto con una pequeña carga útil, incluyendo la serie de cohetes Neptune de Interorbital Systems , el Nanosat Launch Vehicle de Garvey Spacecraft , [ 133 ] y el cohete SPARK . Además de los vehículos de lanzamiento convencionales y facilitadores como KSF Space, Generation Orbit Launch Services y Boeing (en forma de su Small Launch Vehicle ) están trabajando en varios vehículos de lanzamiento aéreo a órbita .

Muchos aspectos de los CubeSats, como la estructura, la propulsión, el material, la computación y las telecomunicaciones, la energía y los instrumentos o dispositivos de medición específicos adicionales, plantean desafíos para el uso de la tecnología CubeSat más allá de la órbita terrestre. [ 134 ] Estos desafíos han sido cada vez más considerados por organizaciones internacionales durante la última década; por ejemplo, la nave espacial INSPIRE , propuesta en 2012 por la NASA y el Laboratorio de Propulsión a Chorro, es un intento inicial de una nave espacial diseñada para demostrar las capacidades operativas de los CubeSats de espacio profundo. [ 135 ] Se esperaba que la fecha de lanzamiento fuera 2014, [ 136 ] pero aún no se ha producido y la NASA la ha catalogado como TBD. [ 135 ]

Despliegue

CSSWE junto a su P-POD antes de la integración y el lanzamiento.

Los P-POD (desplegadores orbitales polipicosatélite) fueron diseñados con CubeSats para proporcionar una plataforma común para cargas útiles secundarias . [ 27 ] Los P-POD se montan en un vehículo de lanzamiento y transportan los CubeSats a órbita y los despliegan una vez que se recibe la señal adecuada del vehículo de lanzamiento. El P-POD Mk III tiene capacidad para tres CubeSats 1U, u otra combinación de CubeSats 0.5U, 1U, 1.5U, 2U o 3U hasta un volumen máximo de 3U. [ 137 ] Existen otros desplegadores de CubeSat, siendo el NanoRacks CubeSat Deployer (NRCSD) en la Estación Espacial Internacional el método más popular de despliegue de CubeSat a partir de 2014. [ 3 ] Algunos desplegadores de CubeSat son creados por empresas, como ISIPOD (Innovative Solutions In Space BV) o SPL (Astro und Feinwerktechnik Adlershof GmbH), mientras que otros han sido creados por gobiernos u otras instituciones sin fines de lucro, como X-POD ( Universidad de Toronto ), T-POD ( Universidad de Tokio ) o J-SSOD ( JAXA ) en la Estación Espacial Internacional. [ 138 ] Mientras que el P-POD está limitado a lanzar un CubeSat 3U como máximo, el NRCSD puede lanzar un CubeSat 6U ( 10 cm × 10 cm × 68,1 cm (3,9 in × 3,9 in × 26,8 in) ) y el ISIPOD puede lanzar una forma diferente de CubeSat 6U ( 10 cm × 22,63 cm × 34,05 cm (3,94 in × 8,91 in × 13,41 in) ).                    

Si bien casi todos los CubeSats se despliegan desde un vehículo de lanzamiento o la Estación Espacial Internacional, algunos se despliegan mediante las propias cargas útiles primarias. Por ejemplo, FASTSAT desplegó el NanoSail-D2 , un CubeSat 3U. Esto se repitió con el Simulador de Masa Cygnus como carga útil primaria lanzada en el vuelo inaugural del cohete Antares , que transportó y posteriormente desplegó cuatro CubeSats. Para aplicaciones de CubeSat más allá de la órbita terrestre, también se adoptará el método de despliegue de los satélites desde la carga útil primaria. Se lanzaron diez CubeSats en el Artemis 1 , colocándolos en las proximidades de la Luna . InSight , un módulo de aterrizaje en Marte , también envió CubeSats más allá de la órbita terrestre para utilizarlos como satélites de comunicaciones de retransmisión . Conocidos como MarCO A y B, son los primeros CubeSats enviados más allá del sistema Tierra-Luna .

Presencié un proceso de despliegue único, cuando Chasqui fue desplegado manualmente durante una caminata espacial en la Estación Espacial Internacional en 2014.

Véase también

Referencias

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  • LibreCube, una plataforma de código abierto para el desarrollo de CubeSats.
  • Taller de CubeSat de Código Abierto (OSCW)
  • Soporte para CubeSats NEN (NASA)