close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
DTU sat blog hoved

IAA-AAS-CU-17 Opdateret 6-12-17

Den lidt mystiske titel er forkortelsen for International Academy of Astronautics fjerde CubeSat konference, der afholdes i kommende uge i Rom. Konferencen har ét spor, så man kan få det hele med. Der er rigtig mange spændende indlæg og jeg glæder mig til at blive inspireret og oplyst. Et par titler, der springer lige i øjnene er:

Tether-Connected CubeSats. DTUsat-1's mission var acceleret de-orbit ved hjælp af en tether. Det bliver at sjovt at høre om hvad McGill Universitet har fundet på med tethers.

A New Era of Planetary Exploration with Small Satellites, fra Morehead State University.

Lunisat Orbit Maintenance and Low-Thrust Maneuvers fra Gauss (arrangørerne) tyder på at vi skal høre om en CubeSat månemission. Hidtil har CubeSats holdt sig til kredsløb omkring jorden, men det ligner at vi snart får missioner i deep space, fx MarCo med Insight til Mars i 2018.

An Analytical Approach to Autonomous Optical Navigation for a CubeSat Mission to a Binary Asteroid System, fra University of Bologna, tager - gætter jeg - fat på AIM AIDA missionen. Endnu en deep space mission med CubeSats. Der er flere missioner i støbeskeen end de to.

Der er også et par indlæg, der får mig til at løfte et øjenbryn:

MECSE: a CubeSat Mission Aiming to Measure and Manipulate the Ionospheric Plasma Layer, University of Beira Interior. Det er mest ordet "Manipulate" der gør mig nysgerrig. En ting er at måle på ionosfære plasmalaget, men ligefrem at manipulere med det, det lyder imponerende.

Saving Mission yet to be Launched: Tight Schedule for an Unexpected Project. Et uventet projekt? Jeg tror der er gået noget galt i oversætningen.

Jeg deltager selv med indlæget: Will CubeSats Introduce a Moores Law to Space Science Missions? - det er på torsdag. Det er en udløber af arbejdet med "Vejkortet" for fremtidens små satellitter, som jeg skrev lidt om her. For rigtig at kunne sige noget om dét gik det op for mig at vi måtte kigge lidt på udviklingen fra et historisk perspektiv - det kom der så mit bidrag til IAA-AAS-CU-17 ud af.

Update:

Mandag:

Velankommet til konferencen slår det mig umiddelbart at gennemsnitalderen er væsentlig over gennemsnitsalderen for universitetsstuderende. Måske et tegn på at CubeSats fylder mere på radaren hos de traditionelle rumoperatører. Fra University of Vigo har vi hørt om Fire-RS projektet til at detektere skovbrande. I det fuldt udbyggede scenario skal skal en hær af 1000 til 10000 droner bruges til karakterisering af skovbrande. Tanken er at dronerne kan kommunikere med en CubeSat. LUMO-1 er sådan en CubeSat, som blandt er bygget af GOMSpace dele.

Foto: Rene Fleron

Enhver ved hvordan en konference ser ud, så her er et billede af kaffebordet.

MECSE var på idag. Det er en 2U eller 3U Cubesat hvor den ene halvdel af satellitten er dedikeret til eksperimentet og den anden halvdel er bussen - og den er god nok de vil manipulere plasmaet. Tanken er at at have en laungmuir probe stikkende ud fra eksperimentenden af satellitten, som helst skal pege i flyveretingen. Først måles bare på plasmaet med Langmuir proben, men siden aktiveres den elektromagnetiske generator for at manipulere plasmaet. Jeg kunne ikke dy mig for at spørge hvor langt ud i plasmaet de forventede at se en manipulation? Foredragsholderen undskyldte sig med ikke at være på plasmafysikholdet, men gættede på ca. 25 mm eller cirka samme længde som proben. Der er klart meget plasma omkring satellitten under re-entry og det var også ét af formålene med missionen: At vise at de kunne manipulere plasmaet for derved i en re-entry situation ikke at miste radio-kontakten med et rumskib. Jeg spurgte om de ville udføre MECSE's eksperiment under re-entry? Det ville de dog ikke, missionen var riglig udfordrene allerede. Nedenfor en hurtig skitse af min forståelse af deres eksperiment.

Foto: René Fléron

Tirsdag:

Tether-Connected CubeSats.

Efter en relativ lang formiddag med memorials kom vi til tether satellitterne. Det viste sig at være en review præsentation og derfor ikke så dybt teknologisk. Prof. Arun Misra, foredragsholderen, havde dog så vidt jeg forstod været med på Stars missionerne, uden at hans rolle blev specificeret. Stars(-I), fløj på en HII-A i 2008 og Stars-II fløj i 2014. Begge missioner havde problemer med deployment af tetheren. Stars-C blev frigivet fra ISS i december 2016. Ifølge Arun Misra lykkedes det at udfolde tetheren denne gang - desværre så vi ikke nogen data. Satellitten er stadig i kredsløb.

Til slut blev vi introduceret til en række tether missioner, hvor jeg selv synes at den fremtidige BOLAS mission var den mest spændende. Ved at sætte to 12U CubeSats sammen med en 180 km lang tether vil Goddard space flight center holdet flyve et måneatmosfære eksperiment kun 9,6 km over månens overflade. Det kan kun lade sig gøre fordi den ene satellit virker som kontravægt til den anden. Altså den ene satellite kredser ~190km over månens overflade, medens den anden hænger blot 9,6 km oppe. Deres massemidtpunkt kredser i ~90 km. En meget ambitiøs mission.

Som et kuriosum sluttede Misra af med at nævne tether teknologien som kandidat til space-debris removal - altså renovation af lav jordbane. Det var præcis DTUsat-1's mission.

A New Era of Planetary Exploration with Small Satellites

Benjamin K. Malphrus gav et spændende indlæg om EM-1 missionen auxilary payloads - altså de rumskibe der får et lift med raketten, når den alligevel skal afsted og har lidt ekstra kapacitet. Med andre ord den oprindelige CubeSat ide. Nasa har lavet en animationsvideo af opsendelsen og frigivelsen af de 13! 6U CubeSats. Satellitterne frigives én af gangen når hovedmissionen - Orion modulet frigivet og på sikker afstand.

Benjamin fokuserede naturligt nok på hans egen mission Lunar IceCube. Som navnet antyder skal den lede efter is. For at komme i kredsløb og ikke blæse forbi månen skal rumskibet faktisk af med hastighed. Derfor har det en ionmotor på 1,4 kg med, hvoraf godt halvdelen er "brændstof" (i anførselstegn fordi det ioniseres). Den giver sine udfordringer. Power systemet skal levere 120 W hvoraf de 65 W kan bruges af ion-motoren. Systemerne kan ikke være perfekte og derfor skal spildvarmen håndteres. Det gøres ved at dumpe varmen i rummet som stråling. Overskudsvarmen flyttes med heat-tubes og udstråles med en grafenbaseret "køler". Systemet kan endda regulere sit udstrålende overfladeareal med temperaturen. Jeg tog et billede af figuren, der viser hvorledes rumskibet bremser og laver fly-by manøvre før det kan gå i kredsløb om Månen. En af Benjamin's studerende kaldte det en skitse af den værste omgang minigolf nogensinde.

Foto: René Fléron

Ialt vejer hele rumskibet 14 kg og frigives fra en deep space version af CubeSat depolyeren navngivet: PSC (jeg fik ikke fat i hvad forkortelsen står for).

Som afslutning listede Benjamin de tre næste CubeSat konferencer: iCubesat 2018, Interplanetary Small Satellite Conference 2018, COSPAR 2018 42. assembly Det er dog kun én af sessionerne til COSPAR 2018, der er dedikeret til CubeSats.

Og så havde han ikke ESA's 4S konference med. Den har også en session dedikeret til CubeSats.

Rumskrot og CubeSats

Dagens sidste session kiggede på rumskrot eller space debris som det hedder på udenlandsk. Aktiv fjernelse af rumskrot bliver så til ADR (Active Debris Removal). Det sjove ved historien er at CubeSats faktisk kun udgør en brøkdel af mere end 43.000 dele der har et katalognummer, men det er et af hovedargumenterne imod CubeSats. Selvfølgelig fremsat af rumoperatører der ikke selv ryder op efter sig... Nå men der er faktisk gjort noget aktivt for at reducere risikoen for en lavineeffekt også kaldet Kessler syndromet efter Donald Kessler, der beskrev problemstillingen i 1978, ca. 25 år før de første CubeSats blev sendt op. FN har vedtaget et direktiv, der foreskriver at objekter i lav jordbane skal genindtræde i jordens atmosfære og brænde op inden for 25 år efter opsendelsen.

Idag så vi konkrete eksempler på systemer, der skal hjælpe udtjente satelliter hurtigere ned. Mest imponerende - efter min mening - var InflateSail der fløj som én af QB50 satellitterne. På 72 dage gik satelliten fra 505 km til re-entry. Formatet var nummeret større en en standard QB50, nemlig en 3U og ikke 2U. Billedet nedenfor tilbageviser tydeligt at avanceret mekanik og CubeSats er uforenelige størrelser. Der var hele to forskellige typer udfoldelige bomme. En oppustelig hovedsøjle og fire bi-stabile kulfiberforstærkede polymerbomme der spændte selve sejlet ud - beklager den slørede kvalitet.

Foto: René Fléron

Og de hviler bestemt ikke på laurbærene: Animationsvideoen demonstrerer en endnu mere ambitiøs mission, der involverer: en mikrosatellit med to CubeSats i seperate beholdere, et net til indfangning af satellitter (eksperimentet antager at man allerede har indhentet og følger samme bane som satellitten, der skal fanges) samt en harpun, der skal demonstere et alternativ til nettet. Hele molevitten vejer 100 kg og skal leveres til og frigives fra ISS.

Plasma-brake

Vi hørte også om EstCube2 og AaltoSat der bruger elektrostatiske tether systemer til at bremse satelliterne. En teknologi de har givet det utroligt seje navn: Plasma-brake.

Onsdag:

Rygtet går at solen skinner hernede. Det måtte efterprøves i kaffepausen. Ligeledes var jeg forbi udstillingsområdet. Billedet nedenfor relaterer til kaffepausen og viser hardware fra det sydafrikanske spin-out firma CubeSpace. Bemærk at de bruger PC104 connectoren - den er meget populær i CubeSat systemer. Jeg mindes langvarige debatter om konnektorer under DTUsat-2 projektet. Udgasning, mating-cycles, termisk stabilitet, pålidelighed mm. gav ophav til dybe panderynker. Tilsyneladende er det ikke dér problemet ligger at dømme udfra antallet af succesfulde satellitter, der anvender PC104 og lignende. Kigger man godt efter er der også mindre konnektorer. Jeg spurgte om de ikke var bekymrede over ovenstående risici. Det virkede ikke sådan.

En anden ting som CubeSat formatet også lægger op til, og som vi har adapteret, er at udnytte glasfiber PCBer direkte som mekaniske platform. Det er muligt fordi glasfiber PCB'er i CubeSat størrelse er rigeligt stift til langt de flest anvendelser. På billedet nederst til højre ses tre momenthjul monteret direkte på et PCB klar til at blive skruet i en PCB stak.

Foto: René Fléron

Formiddagens første præsentationer kom fra Surrey Space University. Stifteren af Surrey Space uni. Sir Martin Sweeting har skrevet én af de undervisningsbøger vi anvender og det de har opnået er ganske enkelt imponerende. Det er således dem der har bygget de-orbit systemerne jeg nævnte igår (ovenfor).

Et eller andet sted gjorde prof. Mengu Cho fra Kyutech præsentation alligevel lidt mere indtryk. De arbejder med et program for udveksling af studerende, eller snarrere indveksling idet de studerende kommer til Kyutech universitet. Kyutech går efter studerende fra udviklingslande uden en rum-tradition for på den måde at hjælpe disse lande op i teknologisk stade. De studerende bringes sammen og bygger BIRDS - 1U CubeSats. Det er ikke så meget satellitterne, men filosofien der stod frem. Når de studerende har bygget deres satellit, fået den opsendt og frigivet fra Kibo-lab på ISS rejser de naturligvis tilbage til deres hjemland. Efter de er kommet hjem hjælper Kyutech dem med at bygge endnu en satellit, men denne gang fra deres hjemland for på den måde at multiplicere Kyutechs indsats i teknologiløft. Filosofien er at universitetsprogrammer er mere stabile end regeringsprogrammer, så hvis først man får sået en teknologisk base i et land kan den holde sig selv ved lige - til en hvis grænse naturligvis.

Lunisat Orbit Maintenance and Low-Thrust Maneuvers

Var blandt eftermiddagens første præsentationer. Den var ikke så spændende som titlen antydede (vi har ikke nogen book of abstracts). Det var en gennemgang af udfordringerne ved at være i kredsløb om Månen. Problemet er at Månens tyngedfelt er stærkt irregulært hvilket gør lave baner ustabile.

Saving Mission yet to be Launched: Tight Schedule for an Unexpected Project

Det uventede fremgik ikke helt, udover at de tog udgangspunkt i følgende set-up: Efter at en CubeSat er bygget og afleveret er alle projektdeltagere spredt for alle vinde. Til gengæld eksisterer der et lager af overskudskomponenter fra første satellitprojekt. Nu dukker ønsket om en ny satellit op: Vær rar at bygge én mere, brug de tiloversblevne stumper - I har en måned. Overraskelsen ligger så et sted imellem tidsplanen og ønsket om én til. Det hjælper heller ikke at restlageret af stumper ikke er dokumenteret. Jeg vil være ærlig og sige at jeg ikke blev helt klar over om de kom i mål. Som jeg forstod på Dimitry Roldugin, der præsenterede, blev de hjulpet af et skred i en opsendelsesplan så de endte med at have mere end en måned. Tidspresset tvang dem til meget pragmatiske løsninger, men de nåede faktisk at lave en attitude system test i en gammel helmholtzspole, med en halogenspot som sol og satellitten hængende i en elastik. Absolut et "de forhåndenværende søms" projekt.

TOM: A Formation for Photogrammetric Earth Observation by Three CubeSats

Præsentationen blev givet af Klaus Schilling fra Uni. of Wurzburg og var en smuk slutning på en lang dag. De har gennem et langt forløb over de sidste 15 år og tre succesive opsendelser skridt for skridt udviklet en imponerende teknologi. Ved at bygge på erfaringerne fra UWE-1, UWE-2 og UWE-3 er de nu istand til at lave en formationsflyvningsmission hvor fire 1U Cubesats samarbejder indbyrdes. Dvs. de kan pege deres kamera mod det samme sted på jorden samtidig og tage billeder. Fordi billederne er taget samtidigt men fra forskellige lokationer er det efterfølgende muligt at danne et 3D billede af det fotograferede område. På det slørede billede nedenunder kan man måske ane tre CubeSats, der kigger mod samme område på jorden.

Foto: René Fléron

Så avanceret en mission kræver naturligvis en del teknologi - og det er dén de har udviklet på de tidligere UWE missioner. De bruger momenthjul på bare 20 gram fra spin-out firmaet S4. De har en hot swapable to-kerne OBC (On-Board Computer). Med den OBC har de kørte uden afbrydelser i 4 år i træk på UWE-3. De har integreret power systemet og magnetotorquere i sidepanelerne. Magnetotorquerne kan bruges til at dumpe moment hvis momenthjulene er ved at nå mætning. Satellitten orienteres ved at spinne momenthjulet op eller ned, men der er grænser for hvor langt op og ned man kan spinne det. Når man yderpunkterne må magnetotorquerne "holde" satellitten medens momenthjulene bringes tilbage i deres dynamiske område.

At kunne pege satellitten er ikke nok til at flyve i formation. Dertil skal man bruges thrustere - altså små raketmotorer. Så det har de selvfølgelig også udviklet og indbygget i satellittens rails - der var lige plads. Railsne er de hjørner af den terningformede satellit, der er i fysisk kontakt med raketten under opsendelsen. Det er railsne der fikserer satellitten i det rør den er monteret i under opsendelsen. Her er et billede fra Wikipedia - railsne er grå. UWE thrusteren er små FEEP's (Field Effect Electrical Propulsion). Jeg spurgte Klaus hvor meget brændstof de regner med at bruge, med andre ord hvor længe de kunne drive en mission? Han svarede at den typiske Cartwheel-helix formation som de har analyseret kræver omkring 3 gram pr. år. Mit opfølgende spørgsmål var så hvor meget brændstof der er plads til? Omkring 20 gram, måske lidt mindre. Se billedet af banen nedenfor - satellitterne kredser om et fælles midtpunkt - som om de var sat sammen i et kæmpe vognhjul.

Foto: René Fléron

De regner med at lave 3D billeder med en opløsning på cirka 30 meter. Hvilket set i forhold til Planet's 3 - 5 m ikke virker umuligt. For lige at toppe det hele af kigger de også på et optisk kommunikationslink mellem jordstationen og imellem satellitterne. Nu begynder det for alvor at ligne noget, op til 100 Mbit/s ved 8W energiforbrug. Med det energiforbrug kan systemet altså ikke køre non-stop på en 1U satellit, men det fik både mig og en russisk tilhører til at tænke lidt fremad. Russeren kom først med spørgsmålet: Hvad med distruberede antenner eller endnu bedre distribuerede teleskoper...? Så trak Klaus dog i land - den slags beskæftigede han sig ikke med. Endnu ihvertfald ;-)

Meget interessant afslutning idag. Imorgen er jeg selv på og derfor er det ikke sikkert der kommer så meget nyt i dette blogindlæg - jeg vil dog skrive et nyt indlæg om mit eget bidrag: "Will CubeSats Introduce a Moore's Law for Space Science Missions".

René Fleron
er civilingeniør på DTU Space og leder af DTUsat-projektet.

Som E-svagstrøms kandidat fra 1967, der har arbejdet en del med satellitter, er det en fornøjelse at læse! Det er godt at se, at miniaturisering m.v. muliggør så fjerne operationer.
John Raabo Larsen

  • 0
  • 0