Программа создания малых спутников FalconSAT в Военно-воздушной академии США

Введение

Программа Академии ВВС США по созданию малых спутников

FalconSAT – это программа Академии ВВС США (USAFA) по разработке малых спутников. Спутники проектируются, создаются, испытываются и эксплуатируются курсантами Академии. Проект администрируется Центром исследований космических систем USAFA под руководством Департамента астронавтики. Большинство курсантов, работающих над проектом, получают степень бакалавра наук в области астронавтики, хотя к проекту присоединяются студенты и других специальностей (как правило, электротехники, машиностроители или специалисты по информатике). По сравнению с большинством коммерческих спутниковых проектов, FalconSAT имеет значительно меньший бюджет и отличается очень ускоренным циклом разработки. Из-за почти полной смены состава каждый год (программа обычно является проектом для курсантов последнего курса, и выпускники должны быть заменены ежегодно) курсанты-инженеры вынуждены очень быстро осваивать и знакомиться с системами спутников, к которым они прикреплены. Ранее у FalconSAT был сопутствующий проект FalconLaunch, посвященный проектированию и разработке ракет-зондов.

Спутники

FalconGOLD (COSPAR 1997 065B) – был запущен 25 октября 1997 года ракетой Atlas. Была подтверждена возможность использования GPS для определения орбитальной позиции вне зоны действия созвездия GPS. Различные веб-страницы содержат информацию о телеметрии FalconGOLD, награде Академии ВВС США и награде AIAA. Команда по проектированию и запуску задокументирована на памятной доске AIAA. В статье GPSWorld.com за октябрь 1999 года говорилось: «Результаты этого недорогого эксперимента оказались весьма обнадеживающими для использования GPS на больших высотах». Эта работа стимулировала интерес к использованию боковых лепестков GPS. Миссия выполнялась с 3 по 9 ноября 1997 года, после чего батареи устройства были разряжены, и само устройство вместе с верхней ступенью ракеты, к которой оно было надежно прикреплено, превратились в недействующие объекты на орбите. FalconSAT 1 (FS 1, COSPAR 2000 004D) – был запущен 27 января 2000 года ракетой Minuteman II, модернизированной (то есть ракетой Minotaur 1). Он нес на борту эксперимент CHAWS (Charging Hazards and Wake Studies), разработанный физическим факультетом Академии. Спутник был успешно выведен на орбиту, но был потерян примерно через месяц из-за отказа электропитания. Полезные научные данные получены не были, несмотря на неоднократные попытки восстановления. Миссия была признана потерпевшей неудачу примерно через месяц после выхода на орбиту. В пресс-релизе ВВС США от июня 2002 года говорилось: «Хотя FalconSat 1 был технической неудачей, он стал большим академическим успехом». FalconSAT 2 (FS 2, COSPAR 2006 F01) – получил значительные повреждения при неудаче ракеты-носителя Falcon 1 через несколько секунд после запуска 24 марта 2006 года. Несмотря на потерю ракеты-носителя, спутник совершил посадку, в основном неповрежденным, в здании технической поддержки ракеты-носителя. Первоначально планировалось, что запуск состоится в январе 2003 года на STS 114 с космическим шаттлом Atlantis. Его полезная нагрузка – прибор MESA (Miniaturized electrostatic Analyzer), который должен был использоваться для отбора проб плазмы в верхних слоях атмосферы. Данные должны были использоваться для установления связи между влиянием ионосферной плазмы на радиосвязь через ионосферу. FalconSAT 3 (FS 3, COSPAR 2007 006E) – содержит 5 экспериментов, включая гравитационный градиентный штанговый элемент, амортизирующее кольцо адаптера запуска и несколько полезных нагрузок, спонсируемых AFRL, включая MPACS (Micro Propulsion Attitude Control System), FLAPS (Flat Plasma Spectrometer) и PLANE (Plasma Local Anomalous Noise Experiment). Запуск на борту Atlas V 401 со стартовой площадки SLC 41 на авиабазе на мысе Канаверал был запланирован на 8 декабря 2006 года, однако, поскольку он совпадал с запланированным запуском STS 116 и требовал 48-часовой подготовки, он был отложен. Запуск состоялся 9 марта 2007 года в 03:10 UTC одновременно с MidSTAR 1. Хотя программная архитектура FalconSAT 3 на момент запуска ограничивала доступ ко всем датчикам ADCS, все научные цели миссии были достигнуты. Продолжается обновление программного обеспечения бортовых систем, что обеспечивает более полную информацию об операциях спутника и производительности полезной нагрузки. Помимо обеспечения наземной и космической тренировочной платформы, FalconSAT 3 использовался для обучения курсантов в Вест-Пойнте, студентов-офицеров в Институте технологий ВВС, а на авиабазе Ванденберг, штат Калифорния, создается наземная станция для поддержки курса Space 100 ВВС. В конце сентября 2017 года ВВС передали управление FalconSAT 3 AMSAT для использования службой любительской радиосвязи в течение оставшихся 5–6 лет ожидаемого срока службы. Частоты, не предназначенные для любительской радиосвязи, были отключены. Спутник можно использовать как радиовещательную доску и как ретранслятор. FalconSAT 3 сошел с орбиты 21 января 2023 года. FalconSAT 5 (FS 5, USA 221, COSPAR 2010 062E) – был запущен 20 ноября 2010 года в 01:25 UTC на борту Minotaur IV. Хотя миссия стоимостью 12 миллионов долларов США указана на веб-сайте NASA, данные не предоставляются общественности через этот портал. Вместо этого вся информация и данные о спутнике хранятся внутри USAFA, и никакая информация о статусе этой миссии не публикуется. FalconSAT 6 (FS 6, COSPAR 2018 099BK) – был запущен 3 декабря 2018 года на борту Falcon 9. Спутник испытывает различные двигатели и измеряет местную плазму. Falcon Orbital Debris Experiment (Falcon ODE, также известный как AFOTEC 1 (Центр оперативных испытаний и оценки ВВС 1), COSPAR 2019 026A) – был запущен 5 мая 2019 года ракетой Electron в рамках миссии STP 27RD, предназначенной для оценки наземного отслеживания космических объектов. FalconSat 7 (FS 7, также известный как Peregrine или DOTSI, COSPAR 2019 036) – был запущен 25 июня 2019 года на борту Falcon Heavy. Основная цель – демонстрация технологии космического солнечного телескопа с использованием мембранного фотонного сита. FalconSAT 8 был запущен 17 мая 2020 года в 13:14 UTC на борту ракеты Atlas V. Космический аппарат будет испытывать новую электромагнитную систему двигателей, легкую антенную технологию, звездный трекер, радиочастотный эксперимент на основе углеродных нанотрубок, коммерческое маховое колесо для обеспечения управления ориентацией на орбите. FalconSAT 8 был развернут из космического аппарата Boeing X 37B примерно 28 мая 2020 года и используется курсантами Военной академии ВВС в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо. FalconSAT X был запущен 11 ноября 2023 года в 18:49 UTC на борту ракеты Falcon 9 Block 5 в рамках миссии совместного запуска Transporter 9. Спутник будет служить испытательным стендом для демонстрации новых технологий, как и его предшественники, но пока не было опубликовано никакой информации об экспериментах на борту. Помимо вышеперечисленного, существовали планы по созданию спутника FalconSAT 4 (FS 4), но миссия, запланированная для этого спутника, была признана слишком амбициозной, и финансирование для спутника не было найдено, что привело к его отмене на ранней стадии разработки. Спутник был заменен более простым FalconSAT 5.

FalconGOLD (COSPAR 1997 065B) – was launched on 25 October 1997 on an Atlas rocket. Tested and proved the feasibility of using GPS to determine orbit position when outside the extent of the GPS constellation. Various web pages document FalconGOLD telemetry, a USAF Academy award, and an AIAA award. The design and launch team is documented on the AIAA award plaque. GPSWorld. com's October 1999 article declared "The results of this low cost, off the shelf experiment were quite encouraging for the use of GPS at high altitudes". This work accelerated enthusiasm for GPS side lobe exploitation. The mission operated from 3 to 9 November 1997, after which the batteries of the device were depleted and the device along with the rocket upper stage to which it was solidly bolted on became derelict objects in orbit. FalconSAT 1 (FS 1, COSPAR 2000 004D) – was launched on 27 January 2000 on a converted Minuteman II missile (that is, Minotaur 1 rocket). It carried the CHAWS (Charging Hazards and Wake Studies) experiment developed by the Physics Department at the Academy. The satellite was successfully placed into orbit but was lost about a month later due to an electrical power system failure. No useful science data was returned, despite repeated recovery attempts. The mission was declared a loss after about a month in orbit. A USAF press statement of June 2002 said: "While FalconSat 1 was a technical failure, it was a resounding academic success". FalconSAT 2 (FS 2, COSPAR 2006 F01) – Significantly damaged when Falcon 1 launch vehicle failed seconds after launch on 24 March 2006. Despite the loss of the launch vehicle, the satellite landed, mostly intact in a support building for the launch vehicle. It was originally scheduled for launch on STS 114 with the Space Shuttle Atlantis in January 2003. Its payload was the MESA instrument (Miniaturized electrostatic Analyzer), which would have been used to sample plasma in the upper atmosphere. The data would have been used to correlate the effect of ionospheric plasma on trans ionospheric radio communications. FalconSAT 3 (FS 3, COSPAR 2007 006E) – contains 5 experiments, including a gravity gradient boom, launch adapter shock ring, and several AFRL sponsored payloads, including MPACS (Micro Propulsion Attitude Control System), FLAPS (Flat Plasma Spectrometer), and PLANE (Plasma Local Anomalous Noise Experiment). The launch, aboard an Atlas V 401 from SLC 41 at Cape Canaveral Air Force Station, was scheduled to occur on 8 December 2006, however as this was on the same day as the scheduled launch of STS 116, and a 48 hour turnaround was required, it was delayed. Launch took place on 9 March 2007 at 03:10 UTC, alongside MidSTAR 1. While the FalconSAT 3 software architecture at launch limited access to all ADCS sensors, all scientific mission objectives were achieved. Bus software updates are ongoing, enabling enhanced visibility into satellite bus operations and payload performance. In addition to providing both a ground and space based training platform, FalconSAT 3 was used as a trainer for cadets at West Point, student officers at the Air Force Institute of Technology, and a ground station is in work at Vandenberg AFB, California to support the Air Force's Space 100 course. In late September 2017, the Air Force transferred control of FalconSAT 3 to AMSAT for use by the amateur radio service for the 5–6 years of expected life remaining. Non amateur radio frequencies were disabled. The satellite can be used as a packet radio bulletin board and as a digipeater. FalconSAT 3 decayed from orbit on 21 January 2023. FalconSAT 5 (FS 5, USA 221, COSPAR 2010 062E) – was launched on 20 November 2010 at 01:25 UTC on board a Minotaur IV. Though the US$12,000,000 mission is listed on a NASA website, data are not being made available to the public through that portal. Instead, all satellite information and data are maintained internally at USAFA, with no public information being released regarding the status of this mission. FalconSAT 6 (FS 6, COSPAR 2018 099BK) – was launched on 3 December 2018 on board a Falcon 9. The satellite test various thrusters and measure the local plasma. Falcon Orbital Debris Experiment (Falcon ODE, also known as AFOTEC 1 (Air Force Operational Test and Evaluation Center 1), COSPAR 2019 026A) was launched 5 May 2019 on an Electron rocket on the STP 27RD mission. which is intended to evaluate ground based tracking of space objects. FalconSat 7 (FS 7, also known as Peregrine or DOTSI, COSPAR 2019 036) – was launched on 25 June 2019 aboard a Falcon Heavy. The primary objective is to demonstrate solar space telescope technology utilizing a membrane photon sieve. FalconSAT 8 was launched on 17 May 2020 at 13:14 UTC on board an Atlas V rocket. The spacecraft will test a novel electromagnetic propulsion system, low weight antenna technology, a star tracker, a carbon nanotube radio frequency experiment, a commercial reaction wheel to provide attitude control in orbit. The FalconSAT 8 was deployed from the Boeing X 37B spacecraft around 28 May 2020 and is being used by cadets at the Air Force Academy in Colorado Springs, CO.
FalconSAT X was launched on 11 November 2023 at 18:49 UTC on board a Falcon 9 Block 5 rocket, as part of the Transporter 9 rideshare mission. The satellite will serve as a testbed to demonstrate new technologies as its predecessors, but no information has been released so far about the experiments onboard. In addition to the above, there were plans to construct FalconSAT 4 (FS 4) satellite, but the mission planned for this satellite was deemed too ambitious and funding could not be found for the satellite, leading to cancellation early on in the development. The satellite was replaced with the simpler FalconSAT 5.