close

Vores nyhedsbreve

close
Når du tilmelder dig nyhedsbrevet, accepterer du både vores brugerbetingelser og at Mediehuset Ingeniøren og IDA group ind i mellem kontakter dig angående events, analyser, nyheder, tilbud etc. via telefon, SMS og e-mail. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
forskningsingeniøren bloghoved

Er små og billige CubeSats fremtiden i rummet?

SmallSats

Konventionelle satellitter er store og tunge, tager lang tid at udvikle og bygge og koster ofte i hundredvis af millioner af amerikanske dollars, før de endelig kan sendes i kredsløb og levere målinger og data eller tjenester for dem, som har gjort den astronomiske investering.

Af disse grunde har det ikke, historisk set, været allemandseje at bygge rumfartøjer og at sende dem i kredsløb.

I de senere år er der imidlertid opstået en interesse for små satellitter, som bredt set kaldes SmallSats. Ifølge Wikipedia vejer en SmallSat typisk mindre end 500 kg, mens NASA omtaler SmallSats som satellitter, der vejer mindre end 180 kg, og som ikke er større end et (stort) køleskab.

Uanset den præcise definition er der tale om, konventionelt set, små og lette satellitter.

CubeSats

En særlig klasse af SmallSats er de såkaldte CubeSats, der udgøres af én eller flere enheder, der er 10 cm x 10 cm x 10 cm i volumen. Udgøres en CubeSat af én af disse enheder, taler om en 1 unit - forkortet til 1U - CubeSat, og er der f.eks. tre enheder (30 cm x 10 cm x 10 cm), er det en 3U CubeSat.

Næsten uanset hvad man fylder ind i et så relativt lille volumen, bliver vægten ikke særlig stor - hvilket i sagens natur gør det mindre krævende at opsende en CubeSat end en konventionel satellit.

Der har i de seneste år været en generelt voksende interesse for CubeSats, men mens interessen indtil for år siden nærmest udelukkende var akademisk, er de fleste CubeSat-projekter og -missioner nu kommercielle.

Kilde: "For Satellites, Think Small, Dream Big: A review of recent antenna developments for CubeSats"

Lille satellit = Lille antenne

En naturlig konsekvens af at CubeSats er relativt små, er at de antenner, der kan monteres på den lille satellit - og som er en absolut nødvendig og uundværlig del af ethvert rumfartøj, uanset om det er stort eller lille - også er begrænsede i størrelse.

På traditionelle satellitter benyttes store reflektorantenner, som der bliver stadig flere af på hver (traditionel) satellit.

Disse antenner giver i kraft af deres store størrelse meget direktive signaler, således at man f.eks. meget præcist kan sende signaler til bestemte steder på jorden.

På en CubeSat er der ikke særlig meget plads, og der er derfor helt sikkert ikke plads til en stor reflektorantenne.

En løsning kunne her være at benytte en udfoldelig reflektorantenne. Dvs. lave en antenne, som kan pakkes væk i en enkelt eller nogle få CubeSat-enheder, og som så kan slås ud, når CubeSat er i kredsløb.

Dette var netop, hvad NASAs Jet Propulsion Laboratory gjorde for et par år siden.

Reflektorantenner er dog kun én blandt mange typer af antenner. Afhængig af hvad den givne CubeSat skal bruges til, kan mere eller mindre komplicerede antennetyper anvendes.

BeamWatch

Jeg var i sidste uge sammen med tre kolleger fra TICRA i Aalborg, hvor vi besøgte virksomheden GomSpace for at starte vores fælles projekt BeamWatch, der er støttet af Innovationsfonden.

Målet med projektet er at udvikle en CubeSat, der fra en position i lavt jordkredsløb (Low Earth Orbit = LEO på engelsk) kan måle signalerne fra (store) geostationære satellitter.

Denne teknologi kunne f.eks. have interesse for satellitejerne, så de oftere kan tjekke, at satellitten fungerer, som den skal. Ligeledes vil myndigheder, der fører kontrol med, at givne satellitter kun sender signaler derhen, hvor de må, samt forsikringsselskaber kunne bruge den nye teknologi til at holde bedre øje med satellitter i kredsløb om jorden.

Spørgsmålet om antenner og hvilken type af antenne, som vores CubeSat skal benytte, når vi snart til. Der er som nævnt ikke meget plads på en CubeSat, så der vil helt sikkert blive behov for at være kreativ.

Noget i gærde?

Konventionelle satellitter bliver nok ikke lige med det samme erstattet af CubeSats.

Men med tilgængeligheden af den relevante teknologi og stor interesse, både blandt firmaer, forskere og hobbyfolk, er der formentlig noget i gærde for fremtidige rummissioner og -fartøjer.

Se videoen "Crazy Engineering: CubeSats" herunder

Jakob Rosenkrantz de Lassons billede
Jakob Rosenkrantz de Lasson
er civilingeniør og ph.d. i nanofotonik fra DTU. Jakob arbejder som forskningsingeniør hos virksomheden TICRA i København og blogger om forskning, fotonik og rumteknologi. Jakobs blog har tidligere heddet DTU Indefra (2012-2016) og DTU Studenten (2012)

Kommentarer (2)

Hej Jacob,

Interessant indlæg!
Med antennestørrelsen kan man jo klassificere en CubeSats elektromagnetiske arbejdsområde, og det kan faktisk blive ret stort.
En jo-jo kan måske rulle 1000 m ud, det er der ihvertfald nogle tetherudviklere der vil påstå :-)
Med en 1000 m kvartbølge pisk antenne kan man altså lede efter frekvenser fra ca 70 kHz og opad. Dipolen kan laves af "målebånd" og foldes rundt om satellitkroppen. En 3U satellit har således plads til ca 0,7 m dipol arme, hvilket vil sige man kan lede fra ca 100 MHz. Patchantennerne er særdeles velegnede til CubeSats fordi de ikke kræver udfoldelses eller frigørelsesmekanismer. De rækker op i GHz.
Fra 70kHz til GHz, det er da ikke så ringe.

  • 0
  • 0

Konventionelle satellitter bliver nok ikke lige med det samme erstattet af CubeSats.

Regnestykket er vel ret enkelt, indtil videre. Cubesats er nogle små gnallinger, der som oftest ikke har specielt meget værn mod ioniserende stråling. Med kommercielle mikroprocessorer og flashhukommelse kan man måske forvente en livstid op mod de 6 mdr inden din CPU begynder at resette i tide og utide, og din flashhukommelse får så mange fejl at din EDAC ikke kan korrigere det mere.

En anden ting er naturligvis linkbudgettet, hvor visse scenarier kræver en moppedreng af et RF-forstærkertrin, nogle kodningsformer kræver en stor FPGA med DSP slices, hvilket naturligvis altsammen driver kravene til solpaneler og batteristørrelse, hvor 3U lige pludselig bliver lidt trangt.

Så nej, det er slet ikke alle scenarier en cubesat p.t. kan supportere. Men dens betydning er naturligvis stor, når det gælder f.eks. uddannelse og forskning, hvor alle lige pludselig kan være med.

  • 0
  • 0