Спутники стандарта CubeSat
Немного истории
История спутников CubeSat началась в 1999 году, когда Калифорнийский Технологический и Стенфордский Университеты совместно разработали документ, в котором были закреплены спецификации на малые спутники. В стандарте были определены размеры, вес и другие параметры спутников, а также процедуры тестирования и подготовки к запуску. Текущая версия стандарта доступна по адресу https://www.cubesat.org/cubesatinfo.
Размеры спутников
В стандарте CubeSat определены спецификации для спутников размером 1 и 3 юнита, 1U и 3U, соответственно. Вес спутников не превышает 10кг, что по международной классификации соответстует классу наноспутников. Практически, наибольшее распространение получили спутники следующих размеров:
| Обозначение | Размеры | Вес |
|---|---|---|
| 1U | 100х100х113,5 мм | до 1,33 кг |
| 2U | 100х100х226,5 мм | до 2,67 кг |
| 3U | 100х100х340,5 мм | до 4 кг |
| 4U | 100х100х533,5 мм | до 5,33 кг |
| 5U | 100х100х665,5 мм | 6,67 кг |
| 6U | 100х200х340,5 мм | до 8 кг |
Эти размеры получаются простым умножением стандартных размеров на величину юнита. Реже в практике встречаются промежуточные размеры спутников 0.5U и 1.5U. Размеры масштабируются таким образом, что в стандартный пусковой контейнер P-POD помещаются несколько спутников суммарным размером 3U.
Пусковой контейнер P-POD и три спутника. Фото с сайта http://www.spaceref.com
Для отделения спутников от ракеты-носителя не используется пиротехника, спутники выталкиваются пружиной. Это сделано из соображений безопасности, потому что, в основном, малые спутники выводятся на орбиту как попутная нагрузка в компании более крупных собратьев. Возможные неисправности в системах наноспутников не должны вызвать повреждений основного аппарата.
Конструкция спутников
Конструктивно спутники представляют собой каркас выполненный из анодированного алюминия. 4 грани являются рельсами, по которым спутник скользит в момент отделения от ракеты-носителя. Боковые поверхности покрываются солнечными батареями. Там же располагаются антенны приемника и передатчика.
Варианты размещения солнечных батарей. Фото с сайта http://www.clyde-space.com
Внутри корпуса располагаются печатные платы различных систем спутника и полезной нагрузки.
Базовыми системами являются:
- Модуль центрального процессора
- Радиоканал и антенно-фидерные устройства
- Система питания, аккумуляторы и контроллер заряда, солнечные батареи
- Опционально. Система определения положения спутника
- Опционально. Система коррекции положения спутника
От базовой системы выведена системная шина, к которой подключаются платы полезной нагрузки. Системная шина содержит линии питания и коммуникационные интерфейсы. Полезной нагрузке предоставляется доступ к радиоканалу для отправки собранных данных на Землю.
Состав Полезной Нагрузки
Чаще всего в состав полезной нагрузки входят фотокамеры, а так же различные датчики. Малые космичечкие аппараты используют для изменения магнитного и гравитационного полей Земли, измерения состава и количества заряженных частиц в околоземном пространстве (AAUsat2), предсказание землетрясений (QuakeSat). Не борту спутника CubeSat проводился даже биохимический эксперимент с бактериями (GeneSat1). Часто наноспутники используют для испытаний электронных компонентов, конструктивных и технологических решений в условиях реального космоса, чтобы потом применить их в производстве более крупных космических аппаратов. В общем, фантазия исследователей ограничивается только габаритами, весом и энергетическими возможностями предоставляемыми на борту малого космического аппарата.
Цена вопроса
В спецификации CubeSat была заложена идеология, концепция которой базируется на нескольких постулатах.
- Уменьшение времени разработки спутника до 1-2 лет. Достигается за счет стандартизации конструкции.
- Уменьшение затрат на производство спутника. Это достижимо благодаря широкому использованию, так называемых COTS компонентов, т.е. обычной электроники вместо специализированных космических электронных компонентов.
- Привлечение для разработки студентов и аспирантов.
В результате по данным Википедии (en.wikipedia.org/wiki/CubeSat) стоимость разработки спутника 1U CubeSat обходится в 65-80 тысяч долларов, из которых 40000$ приходится на услуги по запуску спутника на орбиту. На сайте одной Голландской компании стоимость комплекта для сборки спутника 1U составляет 39000 евро. В комплект входят: корпус, плата бортового компьютера, система питания с аккумуляторами, 6 солнечных батарей, 144/433МГц трансивер, антенная система. Мы называем такой комплект Базовой платформой. Это на несколько порядков меньше стоимости "обычных" спутников, бюджеты которых исчисляются миллионами долларов.
Относительно низкая стоимость запуска позволила стандарту Cubesat стать одной из самых распространенных спутниковых платформ в мире. Начиная с июня 2003 по февраль 2012 года было запущено более 60 спутников Cubesat http://www.amsat.org/amsat-new/satellites/cubesats.php http://mtech.dk/thomsen/space/cubesat.php. Большинство запусков малых спутников было произведено на ракетах российского производства с космодромов Плесецк и Байконур.