W tym wpisie na blogu przyjrzymy się definicji, historii, specyfikacjom, zaletom i przypadkom użycia CubeSatów — satelitów na tyle małych, że mieszczą się w torbie.

Czym jest CubeSat?

CubeSat to połączenie angielskich słów „Cube” (sześcian) i „Satellite” (satelita), pierwotnie odnoszących się do ultramałych satelitów o kształcie sześcianu. Jednak nie wszystkie CubeSaty są idealnie sześcienne. Chociaż szerokość i długość są znormalizowane i wynoszą 10 cm, wysokość może się różnić; CubeSaty są klasyfikowane jako 1-Unit, 2-Unit lub 3-Unit w zależności od wysokości. Na przykład CubeSat o wysokości 20 cm nazywany jest CubeSatem 2-Unit, a o wysokości 30 cm – CubeSatem 3-Unit.
Inicjatywa CubeSat rozpoczęła się w 1999 roku, kiedy California Polytechnic State University i Uniwersytet Stanforda wspólnie opracowały koncepcję do celów edukacyjnych. Projekt miał na celu zmniejszenie rozmiarów satelitów i uproszczenie ich konstrukcji, aby studenci mogli samodzielnie je projektować, budować i testować. Chociaż na początku istniały różne modele, stopniowo zbiegły się one w jedną standardową specyfikację ze względu na ograniczenia praktyczne, takie jak optymalna powierzchnia paneli słonecznych i kompatybilność z rakietami nośnymi.
Od tego czasu opracowano i co roku publikowano międzynarodowe standardy dla satelitów typu CubeSat podczas warsztatów dla deweloperów w dokumentach takich jak „CubeSat Design Specification”. Standaryzacja ta pozwoliła obniżyć barierę wejścia, umożliwiając każdemu zaprojektowanie, zbudowanie i wystrzelenie satelity typu CubeSat.

Mocne strony i zastosowania CubeSatów

Standaryzacja specyfikacji to główna zaleta satelitów CubeSat. Ponieważ deweloperzy muszą jedynie umieszczać komponenty w obudowach o stałych rozmiarach – takich jak 1U, 2U lub 3U – są oni zwolnieni z ograniczeń projektowych i mogą skupić się na projektowaniu ładunku i misji. Co więcej, standaryzacja umożliwiła masową produkcję, co doprowadziło do powstania firm specjalizujących się w produkcji podstawowych komponentów, takich jak systemy zasilania i panele słoneczne. Do znanych firm należą Gomspace, ISIS i Clyde-Space, które ułatwiają początkującym i badaczom zakup komponentów do montażu satelitów.
Kolejną kluczową cechą jest to, że materiały dotyczące CubeSat są dostępne jako open source. Zgodnie z pierwotnymi założeniami inicjatywy edukacyjnej, bogactwo zasobów – w tym rysunki projektowe, instrukcje produkcyjne i kod źródłowy – jest dostępne online. Studenci i amatorzy, o ile mają pasję, mogą znaleźć niezbędne informacje i spróbować zbudować własne satelity. Cubesat.org to jeden z przykładów strony internetowej gromadzącej oficjalne informacje.
Kolejną kluczową zaletą CubeSatów jest ich niewielki rozmiar, co przekłada się na stosunkowo niskie koszty rozwoju i wystrzelenia. Podczas gdy tradycyjne, duże satelity mogą kosztować setki miliardów, a nawet biliony wonów w procesie rozwoju i wystrzelenia, CubeSaty można budować i wystrzeliwać stosunkowo niskim kosztem, co praktycznie umożliwia jednoczesne wystrzelenie wielu jednostek. Dzięki tym „konstelacjom” – jednoczesnemu rozmieszczeniu wielu jednostek w ramach tej samej misji – pojawiły się nowe metody badawcze, takie jak jednoczesna obserwacja atmosfery ziemskiej czy pomiar rozkładu elektronów w określonych momentach.
Koncepcja konstelacji CubeSat znalazła już praktyczne zastosowania. W ramach projektu QB50, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) od początku 2015 roku wykorzystuje 50 CubeSatów wybranych z całego świata do jednoczesnego pomiaru różnych parametrów górnych warstw atmosfery Ziemi. To doskonały przykład tego, jak CubeSaty, pierwotnie przeznaczone do celów edukacyjnych, są obecnie wykorzystywane w profesjonalnych badaniach naukowych. Instytuty i agencje badań kosmicznych na całym świecie również przyspieszają swoje działania w zakresie rozwoju CubeSatów.
W Korei konkursy CubeSat organizowane przez Ministerstwo Nauki, ICT i Planowania Przyszłości oraz Koreański Instytut Badań Aeronautycznych odbywają się corocznie od 2012 r., a inwestycje w projekty związane z CubeSatami stopniowo rosną.
Ostatnio zastosowania CubeSatów wykroczyły poza badania naukowe i objęły obszary komercyjne i artystyczne. Na przykład Planet Labs oferuje usługę dostarczania obrazów z obserwacji Ziemi w czasie rzeczywistym za pomocą małych satelitów, a także prowadzone są różne eksperymenty, takie jak projekt „Sztuka w kosmosie”, który bada sztukę medialną z wykorzystaniem CubeSatów. Oczekuje się, że ten trend w kierunku popularyzacji i komercjalizacji będzie się utrzymywał.
Wciąż istnieje wiele potencjalnych zastosowań CubeSatów, które nie zostały jeszcze odkryte. Dzieje się tak, ponieważ dane uzyskane dzięki jednoczesnym obserwacjom można rozszerzyć na niezliczone kombinacje badań i usług. Właśnie dlatego eksperci z całego świata angażują się w konkursy i projekty współpracy przemysłu z uczelniami. Jeśli Korea Południowa również zwiększy swoje zainteresowanie i będzie kontynuować inwestycje, można spodziewać się znaczących osiągnięć w dziedzinie CubeSatów.