10 см³ өлшемді шағын спутниктік модульдер

CubeSat – 10 см модульдік кішкентай спутниктер туралы ақпарат. Ғылыми зерттеулер, технологиялар мен коммерциялық жобаларда қолданылады.

26 мин оқу

100%

Дереккөз: CubeSat — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Шағын спутниктер 10 см-лік куб модульдерде

CubeSat – бұл куб тәрізді форма факторы бар шағын спутниктер класы. CubeSat-тардың бірлік салмағы 1 тоннадан аспайды және олар көбінесе электроникасы мен құрылымы үшін коммерциялық (COTS) компоненттерді пайдаланады. CubeSat-тар Халықаралық ғарыш стансасынан орбитаға шығарылады немесе ұшыру құралында қосалқы жүк ретінде ұшырылады. 1999 жылы Калифорния политехникалық мемлекеттік университетінің (Cal Poly) профессоры Джорди Пуиг Суари және Стэнфорд университетінің Ғарыш жүйелерін дамыту зертханасының профессоры Боб Твиггс ғылыми зерттеулер жүргізу және жаңа ғарыш технологияларын зерттеу үшін төмен Жер орбитасына (LEO) арналған шағын спутниктерді жобалау, жасау және сынау үшін қажетті дағдыларды дамыту мақсатында CubeSat спецификацияларын әзірледі. 2013 жылға дейін CubeSat-тарды ұшырудың басым бөлігі академиялық салаға тиесілі болды, содан кейін ұшырулардың жартысынан астамы академиялық емес мақсаттар үшін болды, ал 2014 жылға қарай жаңадан ұшырылған CubeSat-тардың көпшілігі коммерциялық немесе әуесқой жобалар үшін болды. Олардың функциялары әдетте шағыншаландырылатын эксперименттерді қамтиды немесе Жерді бақылау немесе әуесқой радио сияқты мақсаттарға қызмет етеді. CubeSat-тар шағын спутниктерге арналған ғарыш кемелері технологиясын көрсету үшін немесе олардың іске асырылуы күмәнді және үлкен спутниктің құнын ақтауы мүмкін емес жағдайларда қолданылады. Дәлелденбеген теориясы бар ғылыми эксперименттер де CubeSat-тарда жүргізілуі мүмкін, өйткені олардың төмен құны жоғары тәуекелдерді ақтауы мүмкін. Биологиялық зерттеулерге арналған жүк бірнеше рет ұшуға жіберілді, және тағы да жоспарлануда. Айға және одан да алыс жерлерге жоспарланған бірнеше миссиялар CubeSat-тарды пайдалануды көздеп отыр. Алғашқы CubeSat-тар Марсқа MarCO миссиясы аясында 2018 жылдың мамыр айында, сәтті аяқталған InSight миссиясымен бірге ұшырылды. Кейбір CubeSat-тар университеттер, мемлекеттік немесе жеке компаниялар ұшырған елдердің алғашқы спутниктері болды. Nanosatellite and CubeSat дерекқоры 1998 жылдан бері ұшырылған немесе ұшырылуы жоспарланған 4000-нан астам CubeSat тізіміне ие. Оның мақсаты – аспиранттарға бірінші ғарыш кемесі Спутникке ұқсас мүмкіндіктері бар ғарыш кемесін жобалауға, жасауға, сынауға және басқаруға мүмкіндік беру. Бастапқыда ұсынылған CubeSat стандартқа айналуға тырыспады, керісінше, ол уақыт өте келе пайда болу процесінде стандартқа айналды. Бірінші CubeSat 2003 жылдың маусымында Ресейдің Eurockot ұшағында ұшырылды, ал 2012 жылға қарай шамамен 75 CubeSat орбитаға енді. Мұндай шағын факторлы спутниктің қажеттілігі 1998 жылы Стэнфорд университетінің Ғарыш жүйесін дамыту зертханасында жүргізілген жұмыстың нәтижесінде анықталды. SSDL-де студенттер 1995 жылдан бері OPAL (орбиталық пикоспутниктерді автоматты түрде іске қосу) микроспутнигін жасап келді. OPAL-дың "пикоспутниктерді" іске қосу миссиясы "өте күрделі" және "көптеген жағдайларда" жұмыс істеуге болатын ұшыру жүйесін әзірлеуге әкелді. Жобаның кешігуіне байланысты Твиггс DARPA-дан қаржы іздестірді, нәтижесінде іске қосу механизмін қарапайым түрткіш тақта тұжырымдамасына қайта жобалау болды, ал спутниктер серіппелі есікпен орнында ұсталып тұрды. Стэнфорд университетінің Аэронавтика және Астронавтика кафедрасының профессоры Боб Твиггс, қазіргі уақытта Кентукки штатындағы Морхед мемлекеттік университетінің ғарыш ғылымдары факультетінің мүшесі, CubeSat қауымдастығына үлес қосты. Оның күш-жігері білім беру мекемелеріндегі CubeSat-тарға бағытталған. Бұл ерекшелік басқа да куб тәрізді наноспутниктерге, мысалы NASA "MEPSI" наноспутнигіне қатысты емес, ол CubeSat-тан сәл үлкен. GeneSat 1 – бұл NASA-ның өзінің көлеміне сай спутниктегі алғашқы толық автоматтандырылған, өздігінен жасалатын биологиялық ғарыш ұшуы эксперименті. Бұл сонымен қатар АҚШ-тың алғашқы ұшырған CubeSat болды. NASA Ames Research-те Джон Хайнс басқарып жүргізген бұл жұмыс NASA CubeSat бағдарламасының катализаторына айналды. 2017 жылы бұл стандарттау әрекеті Халықаралық стандарттау ұйымы ISO 17770:2017 жариялауға әкелді. Бұл стандарт CubeSat-тарға арналған физикалық, механикалық, электрлік және пайдалану талаптарын қамтитын спецификацияларды анықтайды. Сондай-ақ, онда CubeSat пен оның ұшыру құралы арасындағы интерфейстің спецификациясы берілген, онда ұшыру кезінде және одан кейін қоршаған орта жағдайларына төтеп беру үшін қажетті мүмкіндіктер тізімі және спутниктерді шығару үшін қолданылатын стандартты орналастыру интерфейсі сипатталған. Көптеген ғарыш кемелері қолданатын стандарттарды әзірлеу CubeSat миссияларын әзірлеу уақытын және құнын айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік береді.

A CubeSat is a class of small satellite with a form factor of cubes. CubeSats have a mass of no more than per unit, and often use commercial off the shelf (COTS) components for their electronics and structure. CubeSats are deployed into orbit from the International Space Station, or launched as secondary payloads on a launch vehicle. In 1999, California Polytechnic State University (Cal Poly) professor Jordi Puig Suari and Bob Twiggs, a professor at Stanford University Space Systems Development Laboratory, developed the CubeSat specifications to promote and develop the skills necessary for the design, manufacture, and testing of small satellites intended for low Earth orbit (LEO) that perform scientific research and explore new space technologies. Academia accounted for the majority of CubeSat launches until 2013, when more than half of launches were for non academic purposes, and by 2014 most newly deployed CubeSats were for commercial or amateur projects.]] Functions typically involve experiments that can be miniaturized or serve purposes such as Earth observation or amateur radio. CubeSats are employed to demonstrate spacecraft technologies intended for small satellites or that present questionable feasibility and are unlikely to justify the cost of a larger satellite. Scientific experiments with unproven underlying theory may also find themselves aboard CubeSats because their low cost can justify higher risks. Biological research payloads have been flown on several missions, with more planned. Several missions to the Moon and beyond are planning to use CubeSats. The first CubeSats in deep space were flown in the MarCO mission, where two CubeSats were launched towards Mars in May 2018 alongside the successful InSight mission. Some CubeSats have become countries' first ever satellites, launched either by universities, state owned, or private companies. The searchable Nanosatellite and CubeSat Database lists over 4,000 CubeSats that have been or are planned to be launched since 1998. with the aim of enabling graduate students to design, build, test and operate in space a spacecraft with capabilities similar to that of the first spacecraft, Sputnik. The CubeSat, as initially proposed, did not set out to become a standard; rather, it became a standard over time by a process of emergence. The first CubeSats launched in June 2003 on a Russian Eurockot, and approximately 75 CubeSats had entered orbit by 2012. The need for such a small factor satellite became apparent in 1998 as a result of work done at Stanford University's Space System Development Laboratory. At SSDL, students had been working on the OPAL (Orbiting Picosatellite Automatic Launcher) microsatellite since 1995. OPAL's mission to deploy daughter ship "picosatellites" had resulted in the development of a launcher system that was "hopelessly complicated" and could only be made to work "most of the time". With the project's delays mounting, Twiggs sought DARPA funding that resulted in the redesign of the launching mechanism into a simple pusher plate concept with the satellites held in place by a spring loaded door. Bob Twiggs, of the Department of Aeronautics & Astronautics at Stanford University, and currently a member of the space science faculty at Morehead State University in Kentucky, has contributed to the CubeSat community. His efforts have focused on CubeSats from educational institutions. The specification does not apply to other cube like nanosatellites such as the NASA "MEPSI" nanosatellite, which is slightly larger than a CubeSat. GeneSat 1 was NASA's first fully automated, self contained biological spaceflight experiment on a satellite of its size. It was also the first U. S. launched CubeSat. This work, led by John Hines at NASA Ames Research, became the catalyst for the entire NASA CubeSat program. In 2017, this standardization effort led to the publication of ISO 17770:2017 by the International Organization for Standardization. This standard defines specifications for CubeSats including their physical, mechanical, electrical, and operational requirements. It also provides a specification for the interface between the CubeSat and its launch vehicle, which lists the capabilities required to survive the environmental conditions during and after launch and describes the standard deployment interface used to release the satellites. The development of standards shared by a large number of spacecraft contributes to a significant reduction in the development time and cost of CubeSat missions.

Дизайн

CubeSat спецификациясы бірнеше жоғары деңгейдегі мақсаттарды іске асырады. Спутниктерді кішірейтудің басты себебі – оларды орналастыру құнын төмендету: олар көбінесе үлкен ұшыру құралдарының артық сыйымдылығын пайдалана отырып, бірнеше дананы бірге ұшыруға жарамды. CubeSat дизайны ұшыру аппаратының қалған бөлігіне және пайдалы жүктерге қауіптің төмендеуін қамтамасыз етеді. Ұшырушы-пайдалы жүктеме интерфейсін жабу (инкапсуляциялау) бұрын спутникті ұшырушымен қосу үшін қажет болатын жұмыстың көлемін азайтады. Пайдалы жүктер мен ұшыру құралдарының біртіндемелілігі жүктерді жылдам алмастыруға және ұшыру мүмкіндіктерін шұғыл пайдалануға мүмкіндік береді. Стандартты CubeSats пайдалы көлемді қамтамасыз ететін немесе әрбір бірлігі 1 кг салмақты болмайтын бірліктерден құралады. 6U және 12U сияқты үлкен форматтар бір-біріне қатар орналасқан 3U бірліктерден тұрады. Стандартты емес, кіші форматтар да бар; The Aerospace Corporation радиацияны өлшеу және технологиялық демонстрация үшін 0.5U екі кіші CubeSat-ты құрастырып, ұшырды, ал Swarm Technologies IoT байланыс қызметтері үшін жүзден астам 0.25U CubeSats-ты құрастырып, орналастырды. Дерлік барлық CubeSats (ұзындығына қарамастан) Cal Poly әзірлеген және жасаған Poly PicoSatellite Orbital Deployer (P POD) деп аталатын ортақ орналастыру жүйесін пайдалана отырып ұшырылуы және орналастырылуы мүмкін. CubeSat дизайны электрондық форматтарды немесе байланыс протоколдарын нақты талап етпейді, бірақ COTS аппараттары CubeSat электроникасында стандарттар ретінде қарастырылатын белгілі бір мүмкіндіктерді жиі қолданады. Көптеген COTS және арнайы жасалған электрондық құрылғылар PC/104 формасына сәйкес келеді, ол CubeSats үшін арнайы жасалмаған, бірақ ғарыш кемесінің көлемінің көп бөлігін алуға мүмкіндік беретін профильге ие. Техникалық тұрғыдан алғанда, PC/104 формасы PC/104 нұсқасы болып табылады және қолданылатын нақты қосылымдар (пиноут) PCI 104 стандартында көрсетілген қосылымдардан өзгеше болуы мүмкін. Платалардағы өткізгіш жалғаулар (stackthrough connectors) қарапайым құрастыруға және электрлік қосылымға мүмкіндік береді, және CubeSat электроника аппараттарының көпшілігі бірдей сигналдық схеманы ұстанады, бірақ кейбір өнімдер басқаша болуы мүмкін, сондықтан зақымдануды болдырмау үшін сигналдар мен қуаттың дұрыс ұйымдастырылуын қамтамасыз етуге көңіл бөлу қажет. Электрондық құрылғыларды таңдағанда, олардың радиацияға төзімділігіне көз жеткізу керек. Атмосфераға қайта кіру бірнеше күн немесе апта ішінде болатын өте төмен Жер орбиталарында (LEO) радиацияны ескермеуге болады және стандартты тұтынушы электроникасын пайдалануға болады. Тұтынушы электрондық құрылғылары сол уақытқа дейін LEO радиациясынан аман қалуы мүмкін, өйткені бір оқиғаның (SEU) болу ықтималдығы өте төмен. Жердің төмен орбитасында бірнеше ай немесе жыл бойы тұрақты түрде жүретін ғарыш кемелері қауіпке ұшырайды және тек радиациялық ортада сынақтан өткен жабдықты ұшырады. Жердің төмен орбитасынан тысқары миссиялар немесе Жердің төмен орбитасында ұзақ жылдар бойы қалатын миссиялар радиацияға төзімді құрылғыларды пайдалануы тиіс. Сублимация, газдану және металл шашақтардың әсерінен туындайтын әсерлерге байланысты жоғары вакуумда жұмыс істеу үшін қосымша шаралар қарастырылуы керек, бұл миссияның сәтсіздігіне әкелуі мүмкін.

The CubeSat specification accomplishes several high level goals. The main reason for miniaturizing satellites is to reduce the cost of deployment: they are often suitable for launch in multiples, using the excess capacity of larger launch vehicles. The CubeSat design specifically minimizes risk to the rest of the launch vehicle and payloads. Encapsulation of the launcher–payload interface takes away the amount of work that would previously be required for mating a piggyback satellite with its launcher. Unification among payloads and launchers enables quick exchanges of payloads and utilization of launch opportunities on short notice. Standard CubeSats are made up of units designed to provide or of useful volume, with each unit weighing no more than Larger form factors, such as the 6U and 12U, are composed of 3Us stacked side by side. Smaller, non standard form factors also exist; The Aerospace Corporation has constructed and launched two smaller form CubeSats of 0.5U for radiation measurement and technological demonstration, while Swarm Technologies has built and deployed a constellation of over one hundred 0.25U CubeSats for IoT communication services. Since nearly all CubeSats are (regardless of length) they can all be launched and deployed using a common deployment system called a Poly PicoSatellite Orbital Deployer (P POD), developed and built by Cal Poly. No electronics form factors or communications protocols are specified or required by the CubeSat Design Specification, but COTS hardware has consistently used certain features which many treat as standards in CubeSat electronics. Most COTS and custom designed electronics fit the form of PC/104, which was not designed for CubeSats but presents a profile that allows most of the spacecraft's volume to be occupied. Technically, the PCI 104 form is the variant of PC/104 used and the actual pinout used does not reflect the pinout specified in the PCI 104 standard. Stackthrough connectors on the boards allow for simple assembly and electrical interfacing and most manufacturers of CubeSat electronics hardware hold to the same signal arrangement, but some products do not, so care must be taken to ensure consistent signal and power arrangements to prevent damage. Care must be taken in electronics selection to ensure the devices can tolerate the radiation present. For very low Earth orbits (LEO) in which atmospheric reentry would occur in just days or weeks, radiation can largely be ignored and standard consumer grade electronics may be used. Consumer electronic devices can survive LEO radiation for that time as the chance of a single event upset (SEU) is very low. Spacecraft in a sustained low Earth orbit lasting months or years are at risk and only fly hardware designed for and tested in irradiated environments. Missions beyond low Earth orbit or which would remain in low Earth orbit for many years must use radiation hardened devices. Further considerations are made for operation in high vacuum due to the effects of sublimation, outgassing, and metal whiskers, which may result in mission failure.

Құрылымы

Қосылған бөліктердің саны CubeSats өлшемдерін анықтайды және CubeSat дизайн спецификациясына сәйкес, 0.5U, 1U, 1.5U, 2U немесе 3U пішіндеріне сәйкес тек бір ось бойында өзгертіледі. 2015 жылға дейін CubeSat-тың барлық стандартты өлшемдері жасалып, ұшырылды және олар ұшырылған CubeSats-тың пішін факторларын құрайды. Құрылымда қолданылатын материалдар, жабысудың алдын алу үшін, ұшырғышпен (deployer) бірдей жылулық кеңею коэффициентіне ие болуы керек. Атап айтқанда, рұқсат етілген материалдар төрт алюминий қорытпасы: 7075, 6061, 5005 және 5052. P-POD-мен жанасатын құрылымдағы алюминий суық дәнекерлеуді болдырмау үшін анодталғаны тиіс, ал рұқсат алынса, құрылымда басқа материалдар да қолданылуы мүмкін. Дегенмен, кейбір CubeSats тербеліс немесе құрылымдық талдаудан өтеді, бұл P-POD-мен бекітілмеген компоненттердің ұшыру кезінде құрылымдық тұрғыдан берік болуын қамтамасыз етеді. Ірі спутниктерге қарағанда сирек талдаудан өткенімен, CubeSats механикалық ақауларға байланысты сирек сәтсіздікке ұшырайды.

Есептеу

Үлкен спутниктер сияқты, CubeSats-та көбінесе бірнеше компьютерлер параллель түрде әртүрлі міндеттерді орындайды, оның ішінде қалыпты бақылау (бағдарлау), қуатты басқару, пайдалы жүктемені басқару және негізгі басқару міндеттері. COTS қалыпты бақылау жүйелері әдетте өздерінің жеке компьютерімен, ал қуатты басқару жүйелері де солай болады. Пайдалы жүктемелердің пайдалы болуы үшін негізгі компьютермен байланыса білуі керек, кейде бұл үшін тағы бір кіші компьютерді пайдалану қажет болады. Мұның себебі негізгі компьютердің шектеулі байланыс протоколдарымен пайдалы жүктемені басқару мүмкіндігінің шектеулі болуы, негізгі компьютерді шикі деректерді өңдеумен шамадан тыс жүктемеу немесе байланыс сияқты ғарыш аппаратының басқа есептеу қажеттіліктерінен пайдалы жүктеменің жұмысын үзіліссіз жалғастыру болуы мүмкін. Дегенмен, негізгі компьютер сурет өңдеу, деректерді талдау және деректерді сығу сияқты пайдалы жүктемеге қатысты міндеттер үшін де қолданылуы мүмкін. Негізгі компьютердің басқа компьютерлерге міндеттерді жүктеу, қалыпты бақылау, орбиталық маневрлерді есептеу, кестелеу және белсенді жылулық басқару компоненттерін қосу сияқты міндеттері бар. CubeSat компьютерлері сәулеленуге өте сезімтал, сондықтан құрылысшылар ғарыш кеңістігінің жоғары сәулеленуінде дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін ECC RAM сияқты арнайы шаралар қолданады. Кейбір спутниктерде бірнеше негізгі компьютерлерді пайдалану арқылы қосымша мүмкіндік қарастырылады; бұл миссияның сәтсіздікке ұшырау тәуекелін азайту үшін маңызды миссияларда жасалуы мүмкін. NASA-ның PhoneSats сияқты кейбір CubeSats-та есептеу үшін тұтынушылардың смартфондары қолданылған.

Қалыпты басқару

Кубсаттар үшін ұстанымды басқару (бағдарлау) технологияны миниатюрлендіруге негізделген, өнімділіктің айтарлықтай төмендеуіне жол бермейді. Асимметриялық орналасу күштері мен басқа кубсаттармен соқтығысу салдарынан кубсат орналастырылған кезде әдетте құлау пайда болады. Кейбір кубсаттар құлау кезінде қалыпты жұмыс істейді, бірақ белгілі бір бағытта бағыттауды қажет ететін немесе айналу кезінде қауіпсіз жұмыс істей алмайтын кубсаттарды құлаудан қорғау қажет. Ұстанымды анықтау және басқару жүйелеріне реакциялық дөңгелектер, магниттік моменттерді тудырғыштар, қозғалтқыштар, жұлдыз бағыттағыштары, күн сенсорлары, жер сенсорлары, бұрыштық жылдамдық сенсорлары, сондай-ақ GPS қабылдағыштары мен антенналар жатады. Әр әдістің артықшылықтарын пайдалану және кемшіліктерін азайту үшін мұндай жүйелердің комбинациялары жиі қолданылады. Реакциялық дөңгелектер берілген энергия мөлшері үшін салыстырмалы түрде үлкен моменттерді тудыру қабілеті үшін кеңінен қолданылады, бірақ дөңгелектің жылдамдығы шектеулі болғандықтан олардың тиімділігі төмендейді. Кубсаттарға арналған реакциялық дөңгелектердің мысалдары – Maryland Aerospace MAI 101 және Sinclair Interplanetary RW 0.03 4. Реакциялық дөңгелектерді қозғалтқыштар немесе магниттік моменттерді тудырғыштар арқылы десатурациялауға болады. Қозғалтқыштар ғарыш аппаратына күш түйірін қолдану арқылы үлкен моменттерді тудыра алады, бірақ кішкентай қозғалту жүйелерінің тиімсіздігі қозғалтқыштардың отынын тез жұмсауына себеп болады. Көптеген кубсаттарда кездесетін магниттік моменттерді тудырғыштар Жердің магнит өрісін пайдаланып, бұрылу моментін тудыру үшін катушка арқылы электр тогын өткізеді. Ұстанымды басқару модульдері мен күн панельдеріне әдетте магниттік моменттерді тудырғыштар орнатылған. Тек құлаудан қорғау қажет болған жағдайда, кубсаттың бағытын анықтау үшін бұрыштық жылдамдық сенсоры немесе электрондық гироскоптан басқа әдіс қажет емес. Жерді бақылау, орбиталық маневрлер, күн энергиясын барынша арттыру және кейбір ғылыми құралдар үшін белгілі бір бағытта бағыттау қажет. Жер мен оның көкжиегін, Күнді немесе нақты жұлдыздарды сезу арқылы бағыттың дәлдігіне қол жеткізуге болады. Sinclair Interplanetary компаниясының SS 411 күн сенсоры және ST 16 жұлдыз бағыттағышы кубсаттар үшін қолданылады және ұшу тәжірибесіне ие. Pumpkin's Colony I Bus пассивті тұрақтандыру үшін аэродинамикалық қанатты пайдаланады. Кубсаттың орнын анықтау үшін бортындағы GPS-ті пайдалануға болады, бірақ ол кубсат үшін салыстырмалы түрде қымбат, немесе жердегі бақылау жүйелерінен кубсатқа радарлық бақылау деректерін жіберуге болады.

Attitude control (orientation) for CubeSats relies on miniaturizing technology without significant performance degradation. Tumbling typically occurs as soon as a CubeSat is deployed, due to asymmetric deployment forces and bumping with other CubeSats. Some CubeSats operate normally while tumbling, but those that require pointing in a certain direction or cannot operate safely while spinning, must be detumbled. Systems that perform attitude determination and control include reaction wheels, magnetorquers, thrusters, star trackers, Sun sensors, Earth sensors, angular rate sensors, and GPS receivers and antennas. Combinations of these systems are typically seen in order to take each method's advantages and mitigate their shortcomings. Reaction wheels are commonly utilized for their ability to impart relatively large moments for any given energy input, but reaction wheel's utility is limited due to saturation, the point at which a wheel cannot spin faster. Examples of CubeSat reaction wheels include the Maryland Aerospace MAI 101 and the Sinclair Interplanetary RW 0.03 4. Reaction wheels can be desaturated with the use of thrusters or magnetorquers. Thrusters can provide large moments by imparting a couple on the spacecraft but inefficiencies in small propulsion systems cause thrusters to run out of fuel rapidly. Commonly found on nearly all CubeSats are magnetorquers which run electricity through a coil to take advantage of Earth's magnetic field to produce a turning moment. Attitude control modules and solar panels typically feature built in magnetorquers. For CubeSats that only need to detumble, no attitude determination method beyond an angular rate sensor or electronic gyroscope is necessary. Pointing in a specific direction is necessary for Earth observation, orbital maneuvers, maximizing solar power, and some scientific instruments. Directional pointing accuracy can be achieved by sensing Earth and its horizon, the Sun, or specific stars. Sinclair Interplanetary's SS 411 Sun sensor and ST 16 star tracker both have applications for CubeSats and have flight heritage. Pumpkin's Colony I Bus uses an aerodynamic wing for passive attitude stabilization. Determination of a CubeSat's location can be done through the use of on board GPS, which is relatively expensive for a CubeSat, or by relaying radar tracking data to the craft from Earth based tracking systems.

Қозғалтқыш

Кьюбсат қозғалтқыштары суық газ, химиялық қозғалтқыштар, электрлік қозғалтқыштар және күн желкендері саласында үлкен прогресс жасады. Кьюбсат қозғалтқыштарының ең үлкен мәселесі – ұшыру құралына және оның негізгі жүктемесіне қауіп тудырмай, сонымен бірге тиімді мүмкіндіктерді қамтамасыз ету болып табылады. Ірі спутниктерде қолданылатын компоненттер мен әдістерге шектеулер қойылады немесе оларға тыйым салынады. Кьюбсат жобалық талаптарында (CDS) белгілі бір қысымнан жоғары қысым, 100 Вт-тан астам сақталған химиялық энергия және қауіпті материалдарды пайдалану үшін рұхсат алу қажет. Кішкентай қозғалтқыштарда, әсіресе, толық қуаттан кем қуатпен жұмыс істеуге мүмкіндік беретін, кездесу сияқты нақты маневрлер үшін маңызды тұншықтыру әдістеріне орын жетпеуі мүмкін. Ұзақ қызмет ету мерзімі қажетті Кьюбсаттар да қозғалтқыш жүйелерінен пайда көреді; орбитаны сақтау үшін қолданылғанда қозғалтқыш жүйесі орбиталық ыдырауды баяулатуға көмектеседі.

Суық газды қозғалтқыштар

Салқын газды қозғалтқыш әдетте азот сияқты инертті газдарды қысымды ыдыста сақтайды және итергіш күш тудыру үшін газды сопло арқылы шығарады. Көптеген жүйелерде жұмыс тек бір клапанмен басқарылады, бұл салқын газды ең қарапайым пайдалы қозғалту технологиясына айналдырады. Салқын газды қозғалту жүйелері өте қауіпсіз болуы мүмкін, себебі қолданылатын газдардың ұшқыш немесе коррозиялық болуы міндетті емес, алайда кейбір жүйелер күкірт диоксиді сияқты қауіпті газдарды қолдануды таңдайды. Инертті газдарды пайдалану мүмкіндігі CubeSats үшін өте пайдалы, өйткені олар әдетте қауіпті материалдарды пайдаланудан шектеледі. Олармен тек төмен өнімділікке қол жеткізуге болады, бірақ CubeSat жобалау талаптарына сәйкес қауіпті химиялық заттарға байланысты шектеулерге байланысты ұшуға рұқсат алу қажет болуы мүмкін. "Судың электролизі арқылы жұмыс істейтін қозғалтқыш" техникалық тұрғыдан химиялық қозғалту жүйесі болып табылады, өйткені ол орбитада судың электролизі арқылы өндірілетін сутегі мен оттегін жағады.

Электрмен қозғалтқыш

CubeSat электрлік қозғалтқышы әдетте, қозғалтқышты жоғары жылдамдыққа дейін үдету үшін электр энергиясын пайдаланады, бұл жоғары нақты импульске әкеледі. Осы технологиялардың көпшілігі наноспутниктерде қолдануға жеткілікті түрде кішірейтілуі мүмкін, және бірнеше әдіс әзірленуде. Қазіргі уақытта CubeSat-тарда қолдану үшін жобаланған электрлік қозғалтқыштардың түрлеріне Hall эффектілі қозғалтқыштар, иондық қозғалтқыштар, импульстік плазмалық қозғалтқыштар, электроспрейлік қозғалтқыштар және резистоджеттер жатады. NASA-ның Lunar IceCube миссиясы сияқты бірнеше маңызды CubeSat миссиялары электрлік қозғалтқышты пайдалануды жоспарлап отыр. Электрлік қозғалтқыштың жоғары тиімділігі CubeSat-тардың Марсқа өздігінен ұшуына мүмкіндік беруі мүмкін. Электрлік қозғалтқыш жүйелері энергия тұтыну жағынан кемшіліктері бар, бұл CubeSat-тың үлкен күн панельдеріне, күрделі қуат тарату жүйесіне және көбінесе үлкен аккумуляторларға ие болуын талап етеді. Сонымен қатар, көптеген электрлік қозғалтқыш әдістеріне әлі де қозғалтқышты сақтау үшін қысымды ыдыстар қажет болуы мүмкін, бұл CubeSat жобалау ережелерімен шектелген. ESTCube 1 электрлі күн желкенін қолданды, ол қатты материалдың орнына желкен ретінде әрекет ету үшін электромагниттік өріске негізделген. Бұл технология электр өрісін пайдаланып, күн желден протондарды бұрып, итеру күшін тудырады. Ол электродинамикалық тізгішпен ұқсас, себебі аппаратты жұмыс істеу үшін тек электр энергиясын беру қажет.

Күн желкені

Күн желкендері (жарық желкендер немесе фотон желкендері деп те аталады) – ғарыш кемесін жылжытудың бір түрі, ол жұлдыздардың сәулелену қысымын (күн қысымы деп те аталады) пайдаланып, үлкен, өте жұқа айналарды жоғары жылдамдыққа итереді, бұл үшін жанармай қажет емес. Күн желкенінен түсетін күш желкеннің ауданына пропорционалды, сондықтан бұл желкендер CubeSat-тарда қолдануға өте қолайлы, себебі олардың кішкентай массасы белгілі бір күн желкенінің ауданы үшін үлкен үдеуге мүмкіндік береді. Дегенмен, күн желкендері спутниктің өзімен салыстырғанда әлі де үлкен болуы керек, яғни пайдалы желкендерді жаю қажет, бұл механикалық қиындықтарды тудырады және бұзылу қаупін арттырады. Бұл жылжыту әдісі CubeSat жобалау талаптарында белгіленген шектеулерге ұшырамайтын жалғыз әдіс, өйткені ол жоғары қысымды, қауіпті материалдарды немесе көп мөлшерде химиялық энергияны қажет етпейді. Аз ғана CubeSat-тар күн желкенін негізгі қозғалтқыш және ғарыштағы тұрақтылық ретінде қолданды, соның ішінде 2010 жылы ұшырылған 3U NanoSail D2 және 2015 жылдың мамырындағы LightSail 1. LightSail 2 2019 жылы Falcon Heavy зымыранымен сәтті ұшырылды, ал 2022 жылдың қарашасында Space Launch System (Artemis 1) жүйесінің алғашқы рейсінде ұшыру жоспарланған бір CubeSat (Near Earth Asteroid Scout – NEA Scout) күн желкенін пайдалануға дайын болды. Екі күн ішінде байланыс орнатылмағандықтан, CubeSat жоғалған деп хабарланды.

Қуат

CubeSats күн сәулесін электр энергиясына айналдыру үшін күн батареяларын пайдаланады, бұл энергия күн тұтылу кезінде де, жүктеме жоғарылағанда да қуат беру үшін қайта зарядталатын литий-ионды батареяларда сақталады. Бұл спутниктердің сыртқы қабырғаларында күн элементтерін орнатуға шектеулі аудан бар, сондықтан осы ауданды антенналар, оптикалық сенсорлар, камера линзалары, қозғалтқыш жүйелері және кіру порттары сияқты басқа да құрылғылармен тиімді бөлісу қажет. Литий-ионды батареялардың энергияны массаға қатынасы жоғары болғандықтан, массасы шектеулі ғарыш кемелерінде қолдануға өте қолайлы. Батареяны зарядтау және разрядтау процесін әдетте арнайы электр қуат жүйесі (EPS) басқарады. Кейде батареялардың температурасы тым төмендеп кетпеуі үшін олар қыздырғыштармен жабдықталады, себебі қауіпті температураға жеткен жағдайда батарея да, миссия да сәтсіз аяқталуы мүмкін. Батареялардың тозу жылдамдығы олардың зарядталып, разрядталатын циклдерінің санына және әрбір разрядтың тереңдігіне байланысты: разряд тереңдігі орташа есеппен қанша жоғары болса, батарея сонша тез тозады. Жер орбитасындағы (LEO) миссиялар үшін разряд циклдерінің саны бірнеше жүзді құрайды деп күтілуде. Өлшемдері мен салмағы шектеулі болғандықтан, денесіне күн панельдері орнатылған және LEO орбитасында ұшатын CubeSats көбінесе 10 Вт-тан аз қуат өндіреді. Қуатқа қажеттілігі жоғары миссиялар үшін, күн панельдерінің Күнге қарай ең тиімді бағытта орналасуын қамтамасыз ету үшін ориентацияны басқару жүйесі қолданылуы мүмкін. Сонымен қатар, қуатты арттыру үшін кеңейтілетін күн панельдерін қосымша орнатуға болады, олар орбитада айтарлықтай үлкен ауданға ашылады. Жақындағы жаңалықтардың бірі – спутник ұшырылған кезде бірден ашылатын серіппелі күн панельдері, сондай-ақ команда берілгенде панельдерді ашатын жылулық пышақ механизмдері. CubeSats ұшыру мен іске қосу арасында қуатталмауы мүмкін, сондықтан P POD-қа жүктеу кезінде жұмыс істеуіне жол бермес үшін ұшу алдында алынып тасталатын қосқыш болуы керек, ол барлық қуатты тоқтатады. Сонымен қатар, P POD-қа жүктелген кезде кемедегі қуатты өшіретін іске қосу қосқышы іске қосылады және P POD-ден шыққаннан кейін қайта қосылады. Айналу және қуаттың төмен деңгейі радиобайланысты қиын жасайды. Көптеген CubeSats коммерциялық өлшеу лентасынан жасалған толық бағытты монопольді немесе дипольді антенналарды пайдаланады. Көбірек талаптарға жауап беру үшін кейбір компаниялар CubeSats үшін жоғары күшейткіш антенналарды ұсынады, бірақ олардың орнатылуы мен бағытталу жүйелері әлдеқайда күрделі. JPL MarCO және CubeSat-тағы Радар (RaInCube) миссиялары үшін X және Ka жолақты жоғары күшейткіш антенналарды сәтті әзірледі.

CubeSats use solar cells to convert solar light to electricity that is then stored in rechargeable lithium ion batteries that provide power during eclipse as well as during peak load times. These satellites have a limited surface area on their external walls for solar cells assembly, and has to be effectively shared with other parts, such as antennas, optical sensors, camera lens, propulsion systems, and access ports. Lithium ion batteries feature high energy to mass ratios, making them well suited to use on mass restricted spacecraft. Battery charging and discharging is typically handled by a dedicated electrical power system (EPS). Batteries sometimes feature heaters to prevent the battery from reaching dangerously low temperatures which might cause battery and mission failure. The rate at which the batteries decay depends on the number of cycles for which they are charged and discharged, as well as the depth of each discharge: the greater the average depth of discharge, the faster a battery degrades. For LEO missions, the number of cycles of discharge can be expected to be on the order of several hundred. Due to size and weight constraints, common CubeSats flying in LEO with body mounted solar panels have generated less than 10 W. Missions with higher power requirements can make use of attitude control to ensure the solar panels remain in their most effective orientation toward the Sun, and further power needs can be met through the addition and orientation of deployable solar arrays, which can be unfolded to a substantially larger area on orbit. Recent innovations include additional spring loaded solar arrays that deploy as soon as the satellite is released, as well as arrays that feature thermal knife mechanisms that would deploy the panels when commanded. CubeSats may not be powered between launch and deployment, and must feature a remove before flight pin which cuts all power to prevent operation during loading into the P POD. Additionally, a deployment switch is actuated while the craft is loaded into a P POD, cutting power to the spacecraft and is deactivated after exiting the P POD. Because of tumbling and low power range, radio communications are a challenge. Many CubeSats use an omnidirectional monopole or dipole antenna built with commercial measuring tape. For more demanding needs, some companies offer high gain antennae for CubeSats, but their deployment and pointing systems are significantly more complex. JPL has successfully developed X band and Ka band high gain antennas for MarCO and Radar in a CubeSat (RaInCube) missions.

Антенналар

Дәстүрлі түрде, Жердің төменгі орбитасындағы кубикалық спутниктер UHF және S жиіліктерінде байланыс үшін антенналарды қолданады. Күн жүйесіне тереңірек саяхаттау үшін Deep Space Network (X және Ka жиіліктері) желісімен үйлесімді үлкен антенналар қажет. JPL инженерлері MarCO және Жерге жақын астероидты барлау миссиялары үшін 6U класты кубикалық спутниктерге орнатылатын бірнеше жоғары күшті антенналарды жасады. JPL инженерлері сондай-ақ Ka жиілігінде жұмыс істейтін және 1,5U көлемде жиырылатын, DSN желісімен үйлесімді торлы рефлекторлы антеннаны дамытты. MarCO үшін JPL-дің антенна инженерлері 6U кубикалық спутник платформасына орналасатын және 1 астрономиялық бірлік қашықтықта 8 кбит/с жылдамдықпен X жиілігінде Марс-Жер телекоммуникациясын қамтамасыз ететін Folded Panel Reflectarray (FPR) құрылғысын жобалады.

Жылуды басқару

Әр түрлі CubeSat компоненттерінің әртүрлі қабылданатын температуралық диапазондары бар, одан асып кетсе, олар уақытша немесе толығымен жұмыс істемей қалуы мүмкін. Орбитадағы спутниктер Күннен тікелей шығатын жылумен, Жерден шағылысқан жылумен, сондай-ақ спутниктің өзінің компоненттері тудыратын жылумен қыздырылады. CubeSats жылуды ғарышқа немесе егер ғарыш кемесінен салқын болса, Жердің бетіне сәулелендіру арқылы салқындатуы керек. Бұл жылу көздері мен жылуды сіңіретін орталардың барлығы CubeSat-тың орбитасы мен тұтылу уақыты белгілі болса, тұрақты және болжамды болады. Температура талаптарын қамтамасыз ету үшін қолданылатын компоненттерге көп қабатты жылу оқшаулағышы және батареяға арналған жылытқыштар жатады. Кіші спутниктердегі ғарыш кемелерінің басқа жылулық басқару техникаларына компоненттердің күтілетін жылу шығынына сәйкес орналастырылуы, және сирек жағдайларда, жалюзи сияқты жылулық құрылғыларды орнату кіреді. Ғарыш кемесінің жылулық моделін талдау және симуляциялау, жылулық басқару компоненттері мен техникаларын қолдануда маңызды рөл атқарады. Арнайы жылулық мәселелері бар CubeSats, көбінесе нақты бір іске қосу механизмдерімен және жүктемелермен байланысты, ұшыру алдында жылулық вакуум камерасында сынақтан өтуі мүмкін. Мұндай сынақтар, CubeSats кішкентай болғандықтан, толық өлшемді спутниктерге қарағанда жоғары деңгейде сенімділік береді, оларды жылулық вакуум камерасына толығымен сыйғызуға болады. Температура датчиктері әдетте әртүрлі CubeSat компоненттеріне орналастырылады, осылайша қауіпті температуралық диапазонды болдырмау үшін, мысалы, белгілі бір бөлікке тікелей жылу сәулесін бағыттау немесе одан аулақ болу арқылы, оны қыздыруға немесе салқындатуға мүмкіндік беретін шаралар қолданылуы мүмкін.

Шығындар

CubeSat – орбитаға жүк жіберудің тиімді және тәуелсіз құралы болып табылады. Іске қосу бағасы бірлікке шамамен 100 000 долларға дейін жетеді, бірақ жаңа операторлар төмен баға ұсынады. 2021 жылы толық қызмет көрсету шартымен (аяғына дейінгі интеграция, лицензиялау, тасымалдау және т.б. кіретін) 1U CubeSat-ты іске қосудың орташа бағасы шамамен 60 000 доллар болды. Кейбір CubeSat-тарда LightSail 1 сияқты күрделі компоненттер немесе құралдар болады, олардың құрылыс құны миллиондаған долларға жетеді, бірақ қарапайым 1U CubeSat-ты құрастыруға шамамен 50 000 доллар жұмсалады. Бұл CubeSat-тарды кейбір мектептер, университеттер және шағын кәсіпорындар үшін қолжетімді нұсқаға айналдырады.

Бұрынғы тапсырмалар

Наноспутниктер мен Кубесат деректер базасында 1998 жылдан бері ұшырылған 2000-нан астам Кубесат тізімі бар. 2012 жылдың 13 ақпанында жеті CubeSat бар үш P POD таратушысы Lares спутнигімен бірге Француз Гвианасынан ұшырылған Vega зымыраны арқылы орбитаға шығарылды. Кубсаттар: e st@r Space (Политехнико ди Торино, Италия), Goliat (Бухарест университеті, Румыния), MaSat 1 (Будапешт технология және экономика университеті, Венгрия), PW Sat (Варшава технология университеті, Польша), Robusta (Монпелье 2 университеті, Франция), UniCubeSat GG (Рим университеті, Италия) және XaTcobeo (Виго университеті және INTA, Испания). Кубсаттар Еуропалық ғарыш агенттігінің "Vega Maiden Flight" бағдарламасы аясында ұшырылды. 2012 жылдың 13 қыркүйегінде сегіз P POD-тан он бір CubeSat ұшырылды, бұл United Launch Alliance Atlas V зымыранының бортындағы "OutSat" қосалқы жүгінің бөлігі болды. Бұл бір ұшырылымдағы ең көп CubeSat саны (және 24U көлеміндегі ең үлкен көлем) болып табылады, бұл жаңа NPS CubeSat Launcher жүйесі (NPSCuL) арқасында мүмкін болды. Кубсаттар: SMDC ONE 2.2 (Baker), SMDC ONE 2.1 (Able), AeroCube 4.0 (x3), Aeneas, CSSWE, CP5, CXBN, CINEMA және Re (STARE). 2012 жылдың 4 қазанында бес CubeSat (Raiko, Niwaka, We Wish, TechEdSat, F 1) Халықаралық ғарыш стансасынан орбитаға шығарылды. Олар Kounotori 3 жүгі ретінде ISS-ке жеткізілді, ал ISS ғарышкері жапондық тәжірибелік модулінің роботтық манипуляторына бекітілген ұшыру механизмін дайындады. Төрт CubeSat 2013 жылдың 21 сәуірінде Orbital Sciences-тің Antares зымырасының алғашқы ұшуы кезінде іске қосылған Cygnus Mass Simulator-дан орналастырылды. Олардың үшеуі NASA-ның Ames Research Center компаниясымен жасалған 1U PhoneSats, смартфондарды CubeSat-тардағы авиация ретінде пайдалануды көрсету үшін. Төртіншісі Planet Labs компаниясымен жасалған 3U спутнигі Dove 1 болды. 2013 жылдың 26 сәуірінде NEE 01 Pegaso ұшырылды және орбитадан тікелей бейне трансляциясын жүзеге асыра алған алғашқы CubeSat болды, сондай-ақ орнатылған қуаты 100 Вт-тан астам қуатқа қол жеткізген алғашқы 1U CubeSat болды. Сол жылдың қараша айында NEE 02 Krysaor да орбитадан тікелей бейне трансляциясын жүзеге асырды. Екі CubeSat та Эквадор ғарыш агенттігімен жасалды. 2014 жылдың 11 ақпанында ISS-тен барлығы отыз үш CubeSat ұшырылды. Осы отыз үш спутниктің жиырма сегізі Жерді суретке түсіретін CubeSat-тардың Flock 1 шоғырлы тобының құрамына кірді. Қалған бесеуінің екеуі АҚШ-тағы компанияларға, екеуі Литваға және біреуі Перуға тиесілі. LightSail 1 – 3U CubeSat прототипі, күн желкенімен қозғалады. 2015 жылдың 20 мамырында Флоридадан ұшырылды. Оның төрт желкені өте жұқа Майлардан жасалған және жалпы ауданы бар. Бұл сынақ 2016 жылғы негізгі миссияға дейін спутник жүйелерін толық тексеруге мүмкіндік береді. 2015 жылдың 5 қазанында AAUSAT5 (Альборг университеті, Дания) ISS-тен ұшырылды, бұл Еуропалық ғарыш агенттігінің "Fly Your Satellite!" бағдарламасы аясында іске асырылды. Микрорентгендік күн спектрометрі CubeSat – 3U, 2015 жылдың 6 желтоқсанында Халықаралық ғарыш стансасына ұшырылды, онда ол 2016 жылдың 16 мамырында ұшырылды. Бұл NASA ғылыми миссиялар дирекциясының CubeSat интеграциялық тобының алғашқы миссиясы, CubeSat-тармен ғылым жасасуға бағытталған. 2016 жылдың 12 шілдесінде миссияның ең төменгі табыстылық критерийі (бір айлық ғылыми байқаулар) орындалды, бірақ ғарыш кемесі номиналды түрде жұмыс істеуді жалғастырып, байқаулар жалғасуда. 2016 жылдың 25 сәуірінде үш CubeSat Sentinel 1B-мен бірге Француз Гвианасының Куру қаласынан ұшырылған VS14 Союз зымыранында ұшырылды. Спутниктер: AAUSAT4 (Альборг университеті, Дания), e st@r II (Политехнико ди Торино, Италия) және OUFTI 1 (Лиж университеті, Бельгия). CubeSat-тар Еуропалық ғарыш агенттігінің "Fly Your Satellite!" бағдарламасы аясында ұшырылды. 2017 жылдың 15 ақпанында Үндістанның ғарыш зерттеу ұйымы (ISRO) бір зымыранмен 104 спутник ұшырып рекорд орнатты. PSLV C37 ұшырылымының бір ғана жүгінде Cartosat 2 сериясы және 103 серік спутнигі болды, олардың барлығы 104 спутниктің үшiнен басқасы CubeSat-тар болды. 101 наноспутниктің 96-сы АҚШ-тан, ал әрқайсысы Израиль, Қазақстан, Нидерланды, Швейцария және Біріккен Араб Әмірліктерінен.

The Nanosatellite & Cubesat Database lists over 2,000 CubeSats that have been launched since 1998. On February 13, 2012, three P POD deployers containing seven CubeSats were placed into orbit along with the Lares satellite aboard a Vega rocket launched from French Guiana. The CubeSats launched were e st@r Space (Politecnico di Torino, Italy), Goliat (University of Bucharest, Romania), MaSat 1 (Budapest University of Technology and Economics, Hungary), PW Sat (Warsaw University of Technology, Poland), Robusta (University of Montpellier 2, France), UniCubeSat GG (University of Rome La Sapienza, Italy), and XaTcobeo (University of Vigo and INTA, Spain). The CubeSats were launched in the framework of the "Vega Maiden Flight" opportunity of the European Space Agency. On September 13, 2012, eleven CubeSats were launched from eight P PODs, as part of the "OutSat" secondary payload aboard a United Launch Alliance Atlas V rocket. This was the largest number of CubeSats (and largest volume of 24U) orbited on a single launch so far, made possible by the new NPS CubeSat Launcher system (NPSCuL) developed at the Naval Postgraduate School (NPS). The CubeSats were: SMDC ONE 2.2 (Baker), SMDC ONE 2.1 (Able), AeroCube 4.0(x3), Aeneas, CSSWE, CP5, CXBN, CINEMA, and Re (STARE). Five CubeSats (Raiko, Niwaka, We Wish, TechEdSat, F 1) were placed into orbit from the International Space Station on October 4, 2012, as a technology demonstration of small satellite deployment from the ISS. They were launched and delivered to ISS as a cargo of Kounotori 3, and an ISS astronaut prepared the deployment mechanism attached to Japanese Experiment Module's robotic arm. Four CubeSats were deployed from the Cygnus Mass Simulator, which was launched April 21, 2013 on the maiden flight of Orbital Sciences' Antares rocket. Three of them are 1U PhoneSats built by NASA's Ames Research Center to demonstrate the use of smart phones as avionics in CubeSats. The fourth was a 3U satellite, called Dove 1, built by Planet Labs. On April 26, 2013 NEE 01 Pegaso was launched and was the first CubeSat able to transmit live video from orbit, also the first 1U CubeSat to achieve more than 100 watts of power as installed capacity. Later in November same year NEE 02 Krysaor also transmitted live video from orbit. Both CubeSats were built by the Ecuadorian Space Agency. A total of thirty three CubeSats were deployed from the ISS on February 11, 2014. Of those thirty three, twenty eight were part of the Flock 1 constellation of Earth imaging CubeSats. Of the other five, two are from other US based companies, two from Lithuania, and one from Peru. The LightSail 1 is a 3U CubeSat prototype propelled by a solar sail. It was launched on 20 May 2015 from Florida. Its four sails are made of very thin Mylar and have a total area of This test will allow a full checkout of the satellite's systems in advance of the main 2016 mission. On October 5, 2015, AAUSAT5 (Aalborg University, Denmark), was deployed from the ISS. launched in the framework of the "Fly Your Satellite!" programme of the European Space Agency. The Miniature X ray Solar Spectrometer CubeSat is a 3U launched to the International Space Station on 6 December 2015 from where it was deployed on 16 May 2016. It is the first mission launched in the NASA Science Mission Directorate CubeSat Integration Panel, which is focused on doing science with CubeSats. As of 12 July 2016, the minimum mission success criterion (one month of science observations) has been met, but the spacecraft continues to perform nominally and observations continue. Three CubeSats were launched on April 25, 2016, together with Sentinel 1B on a Soyuz rocket VS14 launched from Kourou, French Guiana. The satellites were: AAUSAT4 (Aalborg University, Denmark), e st@r II (Politecnico di Torino, Italy) and OUFTI 1 (Université de Liège, Belgium). The CubeSats were launched in the framework of the "Fly Your Satellite!" programme of the European Space Agency. On February 15, 2017, Indian Space Research Organisation (ISRO) set a record with the launch of 104 satellites on a single rocket. The launch of PSLV C37 in a single payload, including the Cartosat 2 series and 103 co passenger satellites, together weighed over Of the 104 satellites, all but three were CubeSats. Of the 101 nano satellites, 96 were from the United States and one each from Israel, Kazakhstan, the Netherlands, Switzerland and the United Arab Emirates.

CubeSat-ты іске қосу бастамасы

2010 жылы құрылған NASA-ның CubeSat Launch Initiative бағдарламасы білім беру мекемелеріне, коммерциялық емес ұйымдарға және NASA орталықтарына CubeSat ұшыру мүмкіндіктерін ұсынады. CubeSat Launch Initiative бағдарламасы 28 әртүрлі ұйымнан 12 ELaNa миссиясы арқылы 46 CubeSat ұшырып, 66 әртүрлі ұйымнан 119 CubeSat миссиясын іріктеді. Наносеріктерді білім беру мақсатында ұшыру (ELaNa) миссияларына мыналар кірді: тайпалық колледж жасаған алғашқы CubeSat – BisonSat, жоғары мектеп жасаған алғашқы CubeSat – TJ3Sat және бастауыш мектеп жасаған алғашқы CubeSat – STMSat 1. NASA әр жылдың тамызында мүмкіндік туралы хабарлама жариялайды және келесі ақпанда іріктеу жүргізіледі.

Артемида 1

НАСА 2015 жылы Cube Quest Challenge байқауын бастады, бұл байқау Жердің төменгі орбитасынан тыс жерде CubeSats қолданудағы жаңашылдықты дамытуға бағытталған. Cube Quest Challenge сынағы Айға жақын және одан да алыс жердегі күрделі операцияларды жүргізуге қабілетті, ғарышқа жарамды, кішкентай спутниктерді жобалау, құрастыру және жеткізу мақсаттарына жеткен командаларға 5 миллион доллар сыйлық тағайындады. Командалар Ай орбитасында немесе терең ғарышта түрлі жүлделер үшін бақ сынасты. 2022 жылы Артемида 1 ғарыш кемесі бортында қосымша жүк ретінде әртүрлі командалардан 10 CubeSat спутнигі Айға қарай ұшырылды.

"Спутникті ұшырыңыз!"

"Спутникті ұшыр!" – Еуропалық ғарыш агенттігінің Білім беру кеңсесінің үздіксіз жүріп жатқан CubeSats бағдарламасы. Университет студенттері ESA мамандарының қолдауымен өздерінің CubeSat миссиясын әзірлеу және іске асыру мүмкіндігіне ие. Қатысушы студенттік командалар жобалаудан, құрастырудан және сынақтан өтуден бастап, соңында CubeSat-ты ұшыру және басқару мүмкіндігін толыққанды сезіне алады. "Спутникті ұшыр!" бағдарламасының төртінші кезеңі 2022 жылдың ақпан айында ұсыныстарды қабылдауды аяқтады.

Канаданың Cubesat жобасы

Канаданың ғарыш агенттігі 2017 жылы Канаданың CubeSat жобасын (CCP) жариялады, ал қатысушы командалар 2018 жылдың мамырында іріктелді. Бағдарлама әрбір провинция мен аумақтағы бір университет немесе колледжге ХҒЖ-дан (Халықаралық Ғарыш Жуықтап Келу) ұшыруға арналған CubeSat-ты жасау үшін қаржыландыру және қолдау көрсетеді. Жобаның мақсаты – студенттерге ғарыш индустриясында тікелей тәжірибе алуға мүмкіндік беру, сонымен қатар оларды ғарыш саласында мансап құруға дайындау.

QB50

QB50 – бұл төменгі термосферада (90–350 км) көп нүктелі, орнындағы өлшемдер мен қайта кіруді зерттеу үшін жоспарланған 50 CubeSats халықаралық желісі. QB50 – фон Карман институтының бастамасы және Еуропалық Комиссияның 7-ші аяқталған бағдарламасы (ЖАБ) шеңберінде қаржыландырылады. 10x10x20 см өлшемді екі бөлімді (2U) CubeSats әзірленді, олардың біреуі («функционалдық» бөлімі) әдеттегі спутниктік функцияларды қамтамасыз етеді, ал екіншісі («ғылыми» бөлімі) төменгі термосфера мен қайта кіруді зерттеуге арналған стандартталған сенсорлар жиынтығын қамтиды. Әлемнің 22 елінен университеттер 35 CubeSat ғарыш аппаратын ұсынуды жоспарлап отыр, олардың ішінде 4-і АҚШ-тан, 4-і Қытайдан, 4-і Франциядан, 3-і Австралиядан және 3-і Оңтүстік Кореядан. Он 2U немесе 3U CubeSats жаңа ғарыш технологияларын орбитада демонстрациялауға арналған. QB50 CubeSat үшін ұсыныс сұранысы 2012 жылдың 15 ақпанында жарияланды. 2014 жылдың 19 маусымында екі «алдын ала» QB50 спутнигі «Днепр» зымыранымен ұшырылды. Барлық 50 CubeSat 2016 жылдың ақпан айында бір «Cyclone 4» ұшыру құралымен бірге ұшырылуы тиіс еді, бірақ ұшыру құралының қолжетімсіздігіне байланысты 36 спутник 2017 жылдың 18 сәуірінде «Cygnus CRS OA 7» бортында ұшырылды және кейіннен ХҒС-тан (ISS) орналастырылды. 2017 жылдың мамыр айында «PSLV XL C38» миссиясында тағы оннан астам CubeSats ұшырылды.

Ұшыру және іске қосу

Толық көлемді ғарыш кемелерінен өзгеше, CubeSats халықаралық ғарыш станциясына жүк ретінде жеткізіліп, сол жерден орбитаға шығарылуы мүмкін. Бұл, ракета-тасығыш арқылы орбитаға шығудан өзге, балама әдіс ұсынады. NanoRacks және Made in Space компаниялары халықаралық ғарыш станциясында CubeSats құрастырудың жолдарын әзірлеп жатыр.

Қолданыстағы ұшыру жүйелері

NASA-ның CubeSat Launch Initiative 2016 жылға дейінгі бірнеше жылда ELaNa миссиялары аясында 46-дан астам CubeSat ұшырды, ал келесі бірнеше жылда тағы 57 CubeSat ұшуы жоспарланды. CubeSat-тар қаншалықты арзан немесе әмбебап болса да, олар 2015 жылы шамамен 100 000 доллардан басталатын бағамен, әлдеқайда үлкен ғарыш аппараттарын ұшыратын ірі зымырандарға қосымша жүк ретінде ілігіп ұшуға мәжбүр. CubeSat-тар P-POD және осыған ұқсас жүйелер арқылы орналастырылатындықтан, оларды кез келген ұшыру құралына енгізіп, ұшыруға болады. Дегенмен, кейбір ұшыру қызметтерін ұсынатын компаниялар CubeSat-тарды ұшырудан бас тартады, бұл барлық ұшыруларда немесе тек белгілі бір ұшыруларда ғана болады. Мысалға, ILS және Sea Launch компаниялары. SpaceX және Japan Manned Space Systems Corporation (JAMSS) CubeSat-тарды қосымша жүк ретінде ұшыруға коммерциялық қызметтер ұсынатын екі жаңа компания, бірақ ұшырулардың кезегі әлі де толып тұр. Сонымен қатар, Үндістанның ISRO 2009 жылдан бері шетелдік CubeSat-тарды қосымша жүк ретінде коммерциялық мақсатта ғарышқа ұшырып келеді. 2017 жылдың 15 ақпанында ISRO түрлі шетелдік компаниялар үшін өзінің Полярлық спутнигін ұшыру аппаратында 103 CubeSat ұшырып, әлемдік рекорд орнатты. ISC Kosmotras және Eurockot да CubeSat-тарды ұшыру қызметтерін ұсынады. SpaceX 2021 жылы 143 ғарыш аппаратын орбитаға шығарған Transporter 1 (ғарыш сапары) арқылы бұл рекордты жаңартты. Rocket Lab Жаңа Зеландиядан Electron зымыранымен CubeSat-тарды ұшыруға мамандандырылған.

Болашақ және ұсынылып отырған ұшыру жүйелері

2015 жылдың 5 мамырында НАСА Кеннеди ғарыш орталығында өте шағын спутниктерді ұшыруға арналған ракеталар класын әзірлеу бағдарламасын жариялады: НАСА Венчур класы ұшыру қызметі (VCLS), ол әрбір ұшыру үшін 30 кг-нан 60 кг-ға дейінгі пайдалы жүктеме массасын ұсынады. Бес айдан кейін, 2015 жылдың қазан айында НАСА әрқайсысы бір ұшу үшін үш жеке стартап компанияға 17,1 миллион доллар бөлді: Rocket Lab (Electron зымыраны) – 6,9 миллион доллар; Firefly Space Systems (Alpha зымыраны) – 5,5 миллион доллар; және Virgin Galactic (LauncherOne зымыраны) – 4,7 миллион доллар. VCLS келісімшарты бойынша үш рейстің жүк тасымалы әлі тағайындалмаған, сондай-ақ "СПАРК" зымыраны да бар. Кәдімгі ұшыру аппараттары мен KSF Space сияқты оқшаулаушылардан басқа, Generation Orbit Launch Services және Boeing (олардың кіші ұшыру аппараты түрінде) орбитаға бірнеше әуеден ұшыру аппараттарын іске қосуда. Кубсаттардың құрылымы, қозғалтқышы, материалы, есептеу және телекоммуникациялар, қуаты және қосымша арнайы аспаптар немесе өлшеу құрылғылары сияқты көптеген аспектілері Кубсат технологиясын Жер орбитасынан тыс жерде қолдануда қиындықтар туғызады. Бұл қиындықтар соңғы онжылдықта халықаралық ұйымдардың назарында болып келеді, мысалы, 2012 жылы НАСА және Jet Propulsion Lab ұсынған INSPIRE ғарыш кемесі терең ғарыш Кубсаттарының операциялық қабілеттерін дәлелдеуге арналған ғарыш кемесінің алғашқы әрекеті болып табылады. Ұшыру күні 2014 жыл деп жоспарланған, бірақ ол әлі орын алмады және НАСА күнін TBD деп тізімдеген. Басқа Кубсат орналастырушылар да бар, 2014 жылдан бастап Халықаралық ғарыш станциясындағы NanoRacks CubeSat Deployer (NRCSD) Кубсатты орналастырудың ең танымал әдісі болып табылады. Кейбір Кубсат таратушыларын ISIPOD (Innovative Solutions In Space BV) немесе SPL (Astro und Feinwerktechnik Adlershof GmbH) сияқты компаниялар жасады, ал кейбіреулерін үкіметтер немесе басқа коммерциялық емес мекемелер жасады, мысалы X POD (Торонто университеті), T POD (Токио университеті) немесе JSSOD (JAXA) Халықаралық ғарыш станциясында. P POD ең көп дегенде 3U Кубсатты ұшыруға шектелген болса, NRCSD 6U Кубсатты ұшыра алады, ал ISIPOD 6U Кубсаттың басқа түрін ұшыра алады. Мысалы, FASTSAT 3U Кубсаты NanoSail D2 спутнигін ұшырды. Бұл Antares зымырасының алғашқы ұшуы кезінде Cygnus Mass Simulator негізгі жүгі ретінде қайта жасалды, төрт Кубсатты алып жүріп, кейін орналастырды. Жер орбитасынан тыс жерлерде Кубсатты қолдану үшін спутниктерді негізгі жүкпен орналастыру әдісі де қолданылады. Артемида 1 ғарыш кемесімен 11 Кубсат ұшырылып, Ай маңына жетті. Марсқа қонған InSight ғарыш кемесі де Жер орбитасынан тыс жерге Кубсат спутниктерін жіберіп, оларды байланыс спутниктері ретінде пайдаланды. MarCO A және B деп аталатын олар Жер-Ай жүйесінен тыс жерге жіберілген алғашқы Кубсаттар. Chasqui I 2014 жылы Халықаралық ғарыш станциясындағы ғарышқа шығу кезінде қолмен орналастырудың бірегей процесін көрді.

On 5 May 2015, NASA announced a program based at the Kennedy Space Center to develop a class of rockets designed to launch very small satellites: the NASA Venture Class Launch Services (VCLS), which will offer a payload mass of 30 kg to 60 kg for each launcher. Five months later, in October 2015, NASA awarded a total of $17.1 million to three separate startup launch companies for one flight each: $6.9 million to Rocket Lab (Electron rocket); $5.5 million to Firefly Space Systems (Alpha rocket); and $4.7 million to Virgin Galactic (LauncherOne rocket). The payloads for the three flights under the VCLS contract have not yet been assigned. and the SPARK rocket. In addition to conventional launch vehicles and facilitators like KSF Space, several air launch to orbit vehicles are in the works by Generation Orbit Launch Services and Boeing (in the form of their Small Launch Vehicle). Many aspects of CubeSats such as structure, propulsion, material, computing and telecommunications, power, and additional specific instruments or measurement devices pose challenges to the use of CubeSat technology beyond Earth's orbit. These challenges have been increasingly under consideration of international organizations over the past decade, for example, proposed in 2012 by NASA and the Jet Propulsion Lab, the INSPIRE spacecraft is an initial attempt at a spacecraft designed to prove the operational abilities of deep space CubeSats. The launch date was expected to be 2014, but has yet to occur and the date is listed by NASA as TBD. Other CubeSat deployers exist, with the NanoRacks CubeSat Deployer (NRCSD) on the International Space Station being the most popular method of CubeSat deployment as of 2014. Some CubeSat deployers are created by companies, such as the ISIPOD (Innovative Solutions In Space BV) or SPL (Astro und Feinwerktechnik Adlershof GmbH), while some have been created by governments or other non profit institutions such as the X POD (University of Toronto), T POD (University of Tokyo), or the J SSOD (JAXA) on the International Space Station. While the P POD is limited to launching a 3U CubeSat at most, the NRCSD can launch a 6U CubeSat and the ISIPOD can launch a different form of 6U CubeSat
While nearly all CubeSats are deployed from a launch vehicle or the International Space Station, some are deployed by the primary payloads themselves. For example, FASTSAT deployed the NanoSail D2, a 3U CubeSat. This was done again with the Cygnus Mass Simulator as the primary payload launched on the maiden flight of the Antares rocket, carrying and later deploying four CubeSats. For CubeSat applications beyond Earth's orbit, the method of deploying the satellites from the primary payload will also be adopted. Eleven CubeSats were launched on the Artemis 1, placing them in the vicinity of the Moon. InSight, a Mars lander, also sent CubeSats beyond Earth orbit to use them as relay communications satellites. Known as MarCO A and B, they are the first CubeSats sent beyond the Earth–Moon system. Chasqui I saw a unique deployment process, when it was deployed by hand during a spacewalk on the International Space Station in 2014.