Что такое наноспутники?

В классификации по массе наноспутник (наносат, наноспутник) - это любой спутник массой от 1 кг до 10 кг. Под определение "наноспутник" подходят все спутники CubeSat, PocketQube (карманные спутники), спутники формата TubeSat, SunCube, ThinCube и нестандартные пикоспутники, если не указано иное.

Все они являются частью одной и той же революции CubeSat и скачка современных электронных технологий. Ограничение до 1-10 кг было бы запутанным и хлопотным. 1U CubeSat может весить как 0,8 кг, так и 1,3 кг. 6U может быть меньше или больше 10 кг. Часто информация о массе спутников не является публично доступной.

Верхний предел массы составляет 10 кг для нестандартных типов наноспутников и 27U CubeSat (30-40 кг). Нижний предел – 1U PocketQube и пользовательские пикосателлиты весом более 100 г и спутники формата SunCube весом менее 100 г.

Спутники формата ChipSat не входят в категорию наноспутников. Breakthrough Starshot называет их нанокрафтами, но они также могут быть аттоспутниками (аттосатами). Они станут большим скачком в будущем: "пластина весом несколько грамм, несущая камеры, фотонные двигатели, источники питания, навигационное и коммуникационное оборудование".

Классификация спутников по массе

• Большие спутники: >1000 кг
• Средние спутники: от 500 до 1000 кг
• Малые спутники: < 500 кг

o Миниспутники: от 100 до 500 кг
o Микроспутники: от 10 до 100 кг
o Наноспутники: от 1 до 10 кг
o Пикоспутники: 100 г – 1 кг
o Фемтоспутники: 10 г – 100 г
o Аттоспутники: 1 г – 10 г
o Зептоспутники: 0,1 г – 1 г

• Размеры CubeSat:

o От 0,25U до 27U
o От ~0,2 кг до ~40 кг

Малый спутник (smallsat) - это любой спутник весом менее 500 кг. Этот термин следует использовать редко, между размерами и возможностями могут быть большие различия.


Что такое CubeSat?

CubeSats (cubesatellite, кубический спутник) - это тип наноспутников, определенный спецификацией проектирования CubeSat (CSD), неофициально называемой стандартом CubeSat.

Размеры:

Размер 1U CubeSat: 10 см × 10 см × 11,35 см.
Размер 2U CubeSat: 10 см × 10 см × 22,70 см.
Размер 6U CubeSat: 20 см × 10 см × 34,05 см.
Размер 12U CubeSat: 20 см × 20 см × 34,05 см.

Самая маленькая существующая конструкция CubeSat составляет 0,25U, а самая большая - 27U.

Самый маленький запущенный CubeSat составляет 0,25U, а самый большой - 12U по состоянию на январь 2019 года. Очень скоро 16U будет запущен из США и 20U из Китая.

Существует 2 различных класса развертывателей/диспенсеров:

1. Первый тип - это классические 4 направляющих по углам. Рекомендуется знать характеристики современных развертывающих устройств, поскольку диспенсеры от ISIS и NanoRacks позволяют развертывать устройства большего размера, более широкие солнечные панели и более тонкие направляющие по сравнению с оригинальным P-POD. Например, высота экструдирования может составлять 9 мм вместо 6,5 мм и может составлять до 2 кг на 1U, что не должно вызывать проблем у поставщиков запуска.

2. Второй тип - вкладки на диспенсерах Planetary Corp Systems (PSC). Примером являются 13U CubeSats, которые были запущены Системой космических запусков SLS в 2018 году.

Что надо знать, чтобы начать конструировать CubeSats

Для начала:

• CubeSat 101: Основные концепции и процессы для начинающих разработчиков CubeSat - руководство от Cal Poly и Инициативы NASA по запуску CubeSat!
• Современный отчет НАСА о технологиях малых космических аппаратов содержит множество ценной информации о различных технологиях.
• Спецификация конструкции CubeSat (CSD) и требования к экологическим испытаниям.

На что следует обратить внимание:

• Бортовое программное обеспечение для полета и программное обеспечение для управления полетами (MCS) жизненно важны и часто забываются или игнорируются при составлении таблицы затрат. Некоторый уровень настройки в соответствии с требованиями миссии, вероятно, также зависит от сочетания подсистем и полезной нагрузки. MCS уже требуется на этапах интеграции и тестирования. Такие компании, как Kubos и Bright Ascension, предлагают как проверенные в полете, так и хорошо интегрированные решения.
• Настоятельно рекомендуется использовать второй набор аппаратного обеспечения для параллельной разработки программного обеспечения и повторных операций после запуска.
• Большинство современных развертывающих устройств допускают более крупные выдавливания, большую массу и меньшие направляющие, чем механические требования спецификации конструкции CubeSat (CSD). Развертывания из P-POD становятся редкостью.
• Таблица поставщиков запуска включает затраты на запуск CubeSat. Они аналогичны окончательным ценам. В некоторых случаях возможны бесплатные или более дешевые рейсы, но нужно быть осторожными с расписанием рейсов и возможными задержками. Стоимость запуска CubeSat зависит от единиц измерения, а не от точной массы космического аппарата. Не рекомендуется оценивать цену ракет в долларах за килограмм, поскольку она не включает в себя развертывателей и многие другие соответствующие расходы.

Спутники PocketQube

Cпутники CubeSat (10 см размером) становятся слишком большими для многих применений. Например, для образовательных целей лучшим вариантом был бы меньший и более дешевый космический аппарат. PocketQubе размером 5 см является оптимальным решением.

1U составляет 5 см × 5 см × 5 см.

3U составляет 5 см × 5 см × 17,8 см.

Концепция была анонсирована в 2009 году на 2-м Европейском симпозиуме CubeSat. По состоянию на начало 2020 года было запущено 10 PocketQubes. Первые 4 UniSat и остальные Alba Orbital были запущены с помощью совместных рейсов.

Существует 2 вида PocketQube (или карманных кубиков): совместимые с диспенсером MR FORD и CubeSat.

• MR FORD PocketQube оснащены задней панелью, которая вставляется в направляющие для развертывания. Только PocketQube MRFOOD были запущены в космос с помощью орбитального развертывателя Morhead-Roma FemtoSat (MRFOOD) на борту спутника UniSat-5.
• CubeSat PocketQube поместится и будет развернуто с помощью диспенсера 1U CubeSat. Это требует тесного сотрудничества между производителями, или одна организация должна запускать все одновременно.

TubeSat

TubeSat имеют диаметр 8,9 см, длину 12,7 см и вес 0,75 кг. Первые 2 спутника были запущены в 2016 году на носителе TUPOD 3U CubeSat от GAUSS. Использование CubeSat для развертывания 2 спутников TubeSat делает затраты на запуск сопоставимыми с 1U-2U CubeSat, но их возможности очень редки. Их единственным преимуществом, по-видимому, является более простое и дешевое устройство для развертывания ракет.

Комплекты Tubes были созданы компанией Interorbital Systems и стоили всего 8000 долларов, включая бесплатный полет, что сделало их доступными для многих команд. Компания продала более 100 штук, но первый запуск на орбиту был отложен более чем на 7 лет. Запуск 24 TubeSats дает доход в размере 192 000 долларов, что очень мало, учитывая все расходы. Если в ближайшее время не начнутся межорбитальные запуски, у TubeSats, скорее всего, не будет будущего.

SunCube

SunCube - это кубики диаметром 3 см. 1F составляет 3 см × 3 см × 3 см, а 3F - 3 см × 3 см × 9 см. Цель состоит в том, чтобы сделать спутники еще более доступными. SunCube были анонсированы в 2016 году, но ни один из них не был запущен. 1U CubeSat может вместить до 27 одиночных SunCube 1F. Если предположить, что запуск 1U CubeSat обойдется в 80 000 долларов, то один запуск SunCube может стоить всего 3000 долларов!

Планируется заполнение 1U CubeSat 27 SunCube, но они должны принадлежать одной организации или частью одного созвездия. Одновременное развертывание 27 кубов Sun также может создать проблемы с отслеживанием, поэтому может потребоваться развертывание по одному спутнику. Первые SunCube, скорее всего, будут запущены со спутников (CubeSats) с другими основными миссиями. По состоянию на 2021 год ни один из SunCube не был запущен и, возможно, никогда не будет запущен.