Της Γαρυφαλλίας Σόλια,
Εισαγωγή
Υπάρχουν διάφορα είδη διαστημοπλοίων, που ανάλογα την εφαρμογή έχουν διαφορετικό κόστος, αλλά και μάζα. Τα μικρά διαστημόπλοια (SmallSats) κατατάσσονται σε διαστημόπλοια με μάζα μικρότερη από 180 κιλά περίπου, αλλά και πάλι συναντάμε διαφορές, όπως:
- Minisatellite, 100-180 κιλά
- Μικροδορυφόρος, 10-100 κιλά
- Νανοδορυφόρος, 1-10 κιλά
- Picosatellite, 0,01-1 κιλά
- Femtosatellite, 0,001-0,01 κιλά
CubeSats
Οι CubeSats είναι μια κατηγορία νανοδορυφόρων που χρησιμοποιούν έναν τυπικό παράγοντα μεγέθους και μορφής. Το τυπικό μέγεθος CubeSat χρησιμοποιεί “one unit” ή “1U” διαστάσεων 10x10x10 cms και μπορεί να επεκταθεί σε μεγαλύτερα μεγέθη: 1,5, 2, 3, 6, ακόμα και 12U. Αναπτύχθηκε, αρχικά, το 1999 από το California Polytechnic State University στο San Luis Obispo (Cal Poly) και το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, για να παρέχει μια πλατφόρμα για εκπαίδευση κι εξερεύνηση του διαστήματος. Η ανάπτυξη του CubeSats έχει προχωρήσει στη δική του βιομηχανία με την κυβέρνηση, τη βιομηχανία και τον ακαδημαϊκό κόσμο να συνεργάζονται για συνεχώς αυξανόμενες δυνατότητες. Τα CubeSats παρέχουν τώρα μια οικονομικά αποδοτική πλατφόρμα για επιστημονικές έρευνες, επιδείξεις νέας τεχνολογίας και προηγμένες ιδέες αποστολών με χρήση αστερισμών, σμηνών διαχωρισμένων συστημάτων.
Οι CubeSats τείνουν να ταξιδεύουν στο διάστημα, χρησιμοποιώντας τον επιπλέον διαθέσιμο χώρο στους πυραύλους, πράγμα που σημαίνει πολλές ευκαιρίες εκτόξευσης και χαμηλό κόστος. Συσκευάζονται σε ένα δοχείο τυποποιημένου μεγέθους, το οποίο με το πάτημα ενός κουμπιού τούς εκτοξεύει στο διάστημα μέσω ενός συστήματος ελατηρίων. Μια παρόμοια τεχνική χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη των CubeSats από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), από τον οποίο εκτοξεύονται από την ιαπωνική μονάδα Kibo. Τα έργα CubeSat είναι έτοιμα για πτήση εξαιρετικά γρήγορα, συνήθως μέσα σε ένα ή δύο χρόνια.
Οι CubeSats χρησιμοποιούνται, πλέον, σε χαμηλή, συνήθως, τροχιά για εφαρμογές όπως η τηλεπισκόπηση, οι μετρήσεις του διαστημικού καιρού κι οι επικοινωνίες. Καθώς, όμως, οι μηχανικοί εξοικειώνονται περισσότερο με την τεχνολογία, οι CubeSats αρχίζουν να χρησιμοποιούνται σε επιχειρήσεις και σε πιο μακρινές αποστάσεις. Είτε πρόκειται για τη Σελήνη είτε για τον Άρη, είτε ακόμα πιο μακριά στο βαθύ διάστημα, αυτά τα μικροσκοπικά διαστημόπλοια αλλάζουν τον τρόπο που εξερευνούμε το διάστημα με πολύ πιο χαμηλό κόστος.
Οι CubeSats δεν παρέχουν μόνο ένα προσιτό μέσο επίδειξης σε νέες τεχνολογίες, αλλά οδηγούν, επίσης, στη δραστική σμίκρυνση των συστημάτων κι ενθαρρύνουν μια νέα προσέγγιση στην ενσωμάτωση διαστημικών σκαφών. Αλλά, ίσως, το πιο συναρπαστικό, από επιστημονική άποψη, είναι ότι οι CubeSats προσφέρουν ευελιξία στην εξερεύνηση του διαστήματος, που θα μπορούσε να μας βοηθήσει να μάθουμε πολλά περισσότερα για τη Γη και το ηλιακό σύστημα.
Ένας, επίσης, σημαντικός παράγοντας στην κατασκευή ενός δορυφόρου είναι τα υλικά. Αξίζει να γίνει αναφορά σε ένα υλικό που θα αλλάξει τον τρόπο κατασκευής των CubeSats στο μέλλον, το οποίο ονομάζεται PEEK. Είναι ένα πλαστικό με τις εξής ιδιότητες: εκτυπώσιμο, σκληρό κι ηλεκτρικά αγώγιμο, με την ESA (European Space Agency) το 2017 να έχει αρχίσει να εκτυπώνει τρισδιάστατα δομές CubeSat που ενσωματώνουν τις δικές τους ηλεκτρικές γραμμές. Το 2020, το PEEK χρησιμοποιήθηκε για τη μετάδοση ενός πορτρέτου της Μόνα Λίζα, σηματοδοτώντας το πρώτο βήμα προς ένα μέλλον, στο οποίο τα εκτυπωμένα με πλαστικό μέρη θα μπορούν να ενσωματώνουν τις δικές τους συνδέσεις ισχύος και δεδομένων μέσα στις δομημένες δομές τους, αντί να βασίζονται σε ξεχωριστές καλωδιώσεις και κυκλώματα. Στο μέλλον, τέτοιοι μικροσκοπικοί δορυφόροι θα μπορούσαν να είναι έτοιμοι να ξεκινήσουν μόλις τοποθετηθούν τα όργανα, οι πλακέτες κυκλωμάτων και τα ηλιακά πάνελ τους.
Διαστημικοί οργανισμοί με σχετικά προγράμματα
Διαστημικά πρόγραμμα SmallSat της NASA είναι το Ames που έχει επικεντρωθεί στη σεληνιακή εξερεύνηση με το Lunar Prospector, το οποίο ξεκίνησε τον Ιανουάριο του 1998, ακολουθούμενο από το LCROSS τον Ιούνιο του 2009 και πιο πρόσφατα το LADEE τον Σεπτέμβριο του 2013.
Η NASA Ames εκτόξευσε το πρώτο της CubeSat, GeneSat, τον Δεκέμβριο του 2006. Έκτοτε, η Ames έχει εκτοξεύσει 16 διαστημόπλοια CubeSat, που ποικίλλουν σε μέγεθος, από 1U έως 3U με επιπλέον 12 CubeSat σε ανάπτυξη ή σε αναμονή εκτόξευσης. Αρχικά, επειδή το κόστος ανάπτυξης ήταν μεγάλο, η ανάπτυξη γινόταν μέσω της NASA και πολυεθνικών εταιριών.
Το πρώτο έργο CubeSat της ESA ήταν ο GomX-3, μια αποστολή για την επίδειξη διαφόρων τεχνολογιών παρακολούθησης σημάτων, ο οποίος αναπτύχθηκε από τον ISS τον Οκτώβριο του 2015. Αποτελούμενος από δίδυμους CubeSats, ο διάδοχος του GomX-3, ο GomX-4, παρακολούθησε την περιοχή της Αρκτικής και δοκίμασε ραδιοζεύξεις στο διάστημα σε αποστάσεις έως και 4.500 χλμ. Ένας από τους δίδυμους ρυθμίζει, επίσης, την τροχιά του με τη χρήση προωθητήρων ψυχρού αερίου, ανοίγοντας την προοπτική ταχείας ανάπτυξης μελλοντικών αστερισμών, διατήρησης των διαχωρισμών τους και πτήσης τους σε σχηματισμούς για την εκτέλεση νέων τύπων μετρήσεων από το διάστημα.
Το GENA-OT έχει προγραμματιστεί να εκτοξευθεί το 2025 και θα επιδείξει πολυάριθμες νέες τεχνολογίες σε μια πλατφόρμα CubeSat 16 μονάδων. Θα χρησιμοποιεί ηλεκτρική πρόωση για την αντιστάθμιση των επιδράσεων της ατμοσφαιρικής αντίστασης στο ύψος της τροχιάς κατά τη διάρκεια της αποστολής κι ένα ιστίο αντίστασης στο τέλος της αποστολής για επιταχυνόμενη αποδρομολόγηση, σύμφωνα με την πολιτική Zero Debris της ESA.
Όσον αφορά τις αναπτυσσόμενες χώρες, επί του παρόντος, οι CubeSats αναπτύσσονται από τον ISS μέσω της ιαπωνικής μονάδας Kibo. Η ιαπωνική διαστημική υπηρεσία συνεργάστηκε με το Γραφείο των Ηνωμένων Εθνών για Θέματα Εξωτερικού Διαστήματος (UNOOSA) για τη δημιουργία του KiboCUBE, ενός έργου που προσφέρει στις αναπτυσσόμενες χώρες την ευκαιρία να αναπτύξουν τους δικούς τους CubeSats από τον ISS.
Η Καναδική Διαστημική Υπηρεσία διαχειρίζεται το Canadian CubeSat Project, το οποίο έχει ως στόχο να εμπλέξει μαθητές σε πραγματικές διαστημικές αποστολές, ενώ το 2016 η Ρωσική Διαστημική Υπηρεσία ανέπτυξε τον πρώτο CubeSat στον κόσμο που κατασκευάστηκε εξ ολοκλήρου με τρισδιάστατο εκτυπωτή, με αποτέλεσμα μια ισχυρότερη κι ελαφρύτερη δομή.
Η Ελλάδα, ως μέλος της ESA, είχε εκτοξεύσει το πρώτο της CubeSat τον Μάρτιο του 2019 κι έχει υπογράψει βιομηχανικό συμβόλαιο για την εκτόξευση 7 CubeSat μέχρι το 2025. Αφορά εφαρμογές όπως η ασφαλής οπτική συνδεσιμότητα κι η συνδεσιμότητα ραδιοσυχνοτήτων (RF), οι επικοινωνίες IoT, η παρατήρηση της Γης κι η παρακολούθηση του φάσματος RF. Οι αποστολές αποτελούν συνεργασία επιστημόνων, μηχανικών κι εταίρων της διαστημικής βιομηχανίας στην Ελλάδα. Σημαντική πρόοδος έχει σημειωθεί στην ανάπτυξη αυτών των CubeSat, καθώς η κατασκευή κάποιων έχει ολοκληρωθεί. Η λίστα των αποστολών φαίνεται στον παρακάτω σύνδεσμο: διαθέσιμο εδώ.
Αξίζει να αναφέρουμε ότι σε τέτοιες προσπάθειες μπορούν να συμμετέχουν και λύκεια μέσω προγραμμάτων STEM, προσφέροντάς τους με αυτόν τον τρόπο τη δυνατότητα να αναπτύξουν ένα CubeSat. Στην Αμερική, ενώ υπάρχουν διαθέσιμοι πόροι για την εξήγηση της τεχνικής γραφειοκρατικής διαδικασίας ανάπτυξης ενός CubeSat (NASA 2017), τα σχολεία αντιμετωπίζουν προκλήσεις όπως: έλλειψη τεχνικών γνώσεων, έλλειψη χρόνου αλλά και πόρων, χρηματοδότηση και καθοδήγηση.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- NASΑ, Διαθέσιμο εδώ
- Identifying and Overcoming Challenges in High School CubeSat Programs,NASA, Lucas Ribeiro, Zichang Wang, Khoi Dinh, Nicolas Makovnik, Aarush Sivanesan, Kareem Jaber, Nikhil Kalidasu, 2023, Διαθέσιμο εδώ
- CubeSats, ESA, Διαθέσιμο εδώ
- Greek CubeSats ready for assembly, ESA, 2024, Διαθέσιμο εδώ
