Малые искусственные спутники

CubeSat Томск-ТПУ-120

Малые спутники — тип искусственных спутников Земли, имеющих малый вес и размеры. Обычно малыми считают спутники с массой менее 0.5–1 тонны. Существует более подробная классификация типов в зависимости от массы. Запуск малых спутников на орбиту может производиться более простыми ракетами (например, РН на базе МБР) или в качестве дополнительной нагрузки к обычным спутникам.

Классификация

CubeSat

Норвежский NCUBE2, созданный по стандарту CubeSat.

Кубсат, CubeSat — формат малых (сверхмалых) искусственных спутников Земли для исследования космоса, имеющих объем 1 литр и массу не более 1.33 кг или несколько (кратно) более. Создание кубсатов стало возможным благодаря развитию микроминиатюризации и нано-технологий и стало массовым явлением в XXI веке. После появления формата кубсат появился ещё более малый формат покетсат (буквально карманный) в несколько сотен или десятков грамм и несколько сантиметров.

Кубсаты обычно используют шасси-каркас спецификации CubeSat и покупные стандартные комплектующие — COTS-электронику и прочие узлы. Спецификации CubeSat были разработаны в 1999 году Калифорнийским политехническим и Стэнфордским университетами, чтобы упростить создание сверхмалых спутников. Большую часть спутников CubeSat разработали университеты, но крупные компании, например, Boeing, также спроектировали спутники типа CubeSat. Также формат CubeSat используется для создания частных и радиолюбительских спутников, а формат покетсат сделал возможным запуск спутников даже отдельными частными лицами.

Формат кубсат сделал широким распространение университетских спутников; для унификации и координации существует всемирная межуниверситетская программа запуска кубсатов.

Кубсаты имеют стоимость выведения до нескольких десятков тысяч долларов, а покетсаты — до нескольких тысяч долларов.

Кубсаты выводятся, как правило, сразу по несколько (и даже до трёх десятков) единиц либо посредством ракет-носителей, либо с борта пилотируемых и автоматических грузовых космических кораблей и орбитальных станций. Несколько компаний предоставляет услуги по выводу кубсатов на орбиту, в частности ISC Kosmotras и Eurokot. Для размещения на ракете-носителе, космическом корабле или орбитальной станции, запуска и разведения кубсатов американские, итальянские, японские компании разработали многоместные контейнеры-платформы, в том числе с револьверным выводом на орбиту. Также для вывода кубсатов разрабатываются сверхмалые ракеты-носители — наноносители.

Некоторые кубсаты стали первыми национальными спутниками своих стран.

Спецификации

ESTCube-1 — первый эстонский спутник и первый в мире спутник, использующий электрический парус.

Термином «CubeSat» обозначаются наноспутники (Nano-satellite), удовлетворяющие спецификациям стандарта, созданному под руководством профессора Боба Твиггса (факультет аэронавтики и астронавтики, Стэнфорд). Спутники имеют размер 10х10х10 см и запускаются при помощи Poly-PicoSatellite Orbital Deployer (P-POD). Стандарт допускает объединение 2 или 3 стандартных кубов в составе одного спутника (обозначаются 2U и 3U и имеют размер 10х10х20 или 10х10х30 см). Один P-POD имеет размеры, достаточные для запуска трех спутников 10х10х10 см или меньшего количества, общим размером не более 3U.

На 2004 год спутники в формате CubeSats могли быть изготовлены и запущены на околоземную орбиту за 65-80 тысяч долларов. На 2012 год типичная стоимость запуска CubeSat оценивалась в 40 тысяч долларов (иногда доходя также до 80, хотя НАСА заявило и о возможности запуска за 20 тысяч). Несколько покетсатов могут компоноваться и запускаться в контейнерном месте и по цене одного кубсата, то есть за несколько тысяч долларов каждый. Столь низкая стоимость и унификация платформ и комплектующих позволяет разрабатывать и запускать кубсаты университетам и даже школам, небольшим частным компаниям и любительским объединениям, а покетсаты — частным лицам.

Большинство CubeSat имеют один или два научных прибора, некоторые имеют небольшие выдвижные антенны и поверхностные или распахивающиеся солнечные батареи.

Мини-спутники

3 микроспутника Space Technology 5 (ST5)

Мини-спутники (minisatellite; Small satellite), имеют полную массу (вместе с топливом) от 100 кг до 500 кг. Также к мини-спутникам иногда относят т. н. «лёгкие спутники» массой от 500 кг до 1000 кг. Такие спутники могут использовать платформы, компоненты, технологии обычных «больших» спутников. Именно мини-спутники часто понимаются под общим определением «малые спутники».

Микроспутники

Микроспутники (microsatellite, microsat) имеют полную массу от 10 до 100 кг (иногда термин применяется и к немного более тяжелым аппаратам).

Наноспутники

Наноспутники (nanosatellite, nanosat) имеют массу от 1 кг до 10 кг. Часто проектируются для работы в группе («swarm» — рой), некоторые группы требуют наличия более крупного спутника для связи с Землёй.

Современные наноспутники отличаются относительно большой функциональностью, несмотря на свой малый размер. Их область применения широка — от попыток дистанционного зондирования Земли до космических наблюдений:

Отработка новейших технологий, методов и программно-аппаратных решений;
Образовательные программы;
Экологический мониторинг;
Исследования геофизических полей;
Астрономические наблюдения.

Пикоспутники

Пикоспутниками ( picosatellite, picosat) называют спутники с массой от 100 г до 1 кг. Обычно проектируются для работы в группе, иногда с наличием более крупного спутника. Спутники формата CubeSat (кубсат) имеет объем в 1 литр и массу около 1 кг и могут считаться либо крупными пикоспутниками, либо легкими наноспутниками. Кубсаты запускаются по несколько единиц за раз и имеют стоимость выведения несколько десятков тысяч долларов.

Фемтоспутники

Фемтоспутники ( femtosatellite, femtosat) имеют массу до 100 г. Как и пикоспутники относятся к сверхмалым космическим аппаратам. Спутники формата покетсат (буквально карманный) имеют массу размерность в несколько сотен или десятков грамм и несколько сантиметров и могут считаться либо фемтоспутниками, либо легкими пикоспутниками. Несколько покетсатов могут компоноваться и запускаться в контейнерном месте и по цене одного кубсата, то есть за несколько тысяч долларов каждый.

Столь низкая стоимость и унификация платформ и комплектующих позволяет разрабатывать и запускать кубсаты университетам и даже школам, небольшим частным компаниям и любительским объединениям, а покетсаты — частным лицам.

Также для вывода кубсатов и покетсатов разрабатываются сверхмалые ракета-носители — наноносители.

Применение

Малые космические аппараты могут применяться для:

Исследования систем связи
Калибровки РЛС и оптических систем контроля космического пространства (в том числе пассивные КА)
Дистанционного Зондирования Земли (ДЗЗ)
Исследования тросовых систем
В образовательных целях.

Статистика

За период с 1990 по 2003 год на орбиту было выведено 64 малых спутника с массой менее 30 кг, из них 41 — США.

По материалам Wikipedia