CUBESATS는 무엇입니까?

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현대 우주 탐험 시대의 특징 중 하나는 개방 된 본성입니다. 과거 우주는 두 개의 연방 우주 기관인 NASA와 소련 우주 프로그램에서만 접근 할 수있는 국경이었습니다. 그러나 새로운 기술과 비용 절감 조치의 출현으로 민간 부문은 이제 자체적 인 발사 서비스를 제공 할 수있게되었습니다.

또한 교육 기관과 소규모 국가에서는 대기 연구 수행, 지구 관측 및 새로운 우주 기술 테스트를 목적으로 자체 위성을 구축 할 수 있습니다. 비용 효율적인 우주 연구를 가능하게하는 소형 위성 CubeSat이라고합니다.

구조와 디자인 :

나노 위성으로도 알려진 CubeSats는 10 x 10 x 11cm (1U)의 표준 크기로 제작되며 큐브 모양 (따라서 이름) 모양입니다. 확장 가능하며 측면에서 1U, 2U, 3U 또는 6U를 측정하는 버전으로 제공되며 일반적으로 U 당 1.33kg (3lbs) 미만입니다. 실린더를 모두 감싸고

최근 몇 년간 12U 모델 (20 x 20 x 30 cm 또는 24 x 24 x 36 cm)을 포함하는 더 큰 CubeSat 플랫폼이 제안되었습니다. 그리고 국방 목표.

위성을 소형화하는 주된 이유는 배치 비용을 줄이고 발사 차량의 초과 용량으로 배치 할 수 있기 때문입니다. 이것은 추가화물이 발사대에 피기 백되어야하는 임무와 관련된 위험을 줄이고, 또한 짧은 통지로화물 변경을 허용합니다.

또한 상용 기성품 (COTS) 전자 부품을 사용하여 제작할 수있어 제작이 비교적 쉽습니다. CubeSats 임무는 종종 LEO (Low Earth Earth Orbits)에 이루어지고 며칠 또는 몇 주 후에 대기 재진입을 경험하기 때문에 방사선을 크게 무시하고 표준 소비자 전자 제품을 사용할 수 있습니다.

CubeSats는 발사 차량과 동일한 열팽창 계수를 갖도록 4 가지 특정 유형의 알루미늄 합금으로 제작됩니다. 위성은 또한 발사체와 접촉하는 표면을 따라 보호 산화막으로 코팅되어 극심한 스트레스에 의해 냉각 용접되는 것을 방지합니다.

구성 요소 :

CubeSats는 종종 연구를 수행하고 자세 제어, 스러 스터 및 통신을 제공하기 위해 여러 개의 온보드 컴퓨터를 휴대합니다. 일반적으로 주 컴퓨터가 여러 데이터 스트림으로 과부하되지 않도록하기 위해 다른 온보드 컴퓨터가 포함되어 있지만 다른 모든 온보드 컴퓨터는 컴퓨터와 인터페이스 할 수 있어야합니다.

일반적으로 기본 컴퓨터는 태도 제어, 궤도 기동 계산 및 작업 예약과 같은 다른 컴퓨터에 작업을 위임합니다. 여전히 기본 컴퓨터는 이미지 처리, 데이터 분석 및 데이터 압축과 같은 페이로드 관련 작업에 사용될 수 있습니다.

소형화 된 구성 요소는 일반적으로 반응 바퀴, 마그네토 커, 스러 스터, 스타 트래커, 태양 및 지구 센서, 각속도 센서 및 GPS 수신기 및 안테나로 구성된 자세 제어를 제공합니다. 이러한 시스템 중 상당수는 종종 단점을 보완하고 중복 수준을 제공하기 위해 조합하여 사용됩니다.

태양 및 별 센서는 지향성 포인팅을 제공하는 데 사용되는 반면 지구와 수평선을 감지하는 것은 지구 및 대기 연구를 수행하는 데 필수적입니다. Sun 센서는 또한 CubsSat이 태양 에너지에 대한 액세스를 최대화 할 수 있도록하는 데 유용합니다. 이는 태양 전지판이 위성 외부 케이스에 통합되어있는 CubeSat에 전원을 공급하는 주요 수단입니다.

한편, 추진은 여러 형태로 나올 수 있으며,이 모두는 소량의 특정 임펄스를 제공하는 소형화 된 추진기 (thruster)를 포함합니다. 위성은 또한 태양, 지구 및 반사 된 햇빛으로부터 복사 가열 될 수 있으며, 구성 요소에서 발생하는 열은 말할 것도 없습니다.

따라서 CubeSat에는 구성 요소가 온도 범위를 초과하지 않고 과도한 열이 방출 될 수 있도록 절연 층과 히터가 함께 제공됩니다. 위험한 온도 증가 또는 하락을 모니터링하기 위해 온도 센서가 종종 포함됩니다.

통신을 위해 CubeSat은 VHF, UHF 또는 L, S, C 및 X 대역에서 작동하는 안테나에 의존 할 수 있습니다. CubeSat의 작은 크기와 제한된 용량으로 인해 대부분 2W의 전력으로 제한됩니다. 보다 정교한 모델이 개발되고 있지만 헬리컬, 다이폴 또는 모노 디렉션 모노폴 안테나 일 수 있습니다.

추진:

CubeSats는 여러 가지 추진 방법에 의존하며, 이로 인해 많은 기술이 발전했습니다. 가장 일반적인 방법에는 차가운 가스, 화학, 전기 추진 및 태양 돛이 있습니다. 냉기 스러 스터는 탱크에 저장되고 노즐을 통해 방출되어 추력을 발생시키는 불활성 가스 (질소와 같은)에 의존합니다.

추진 방법이 진행됨에 따라 CubeSat이 사용할 수있는 가장 단순하고 유용한 시스템입니다. 대부분의 차가운 가스는 휘발성이나 부식성이 없기 때문에 가장 안전한 것 중 하나입니다. 그러나 성능이 제한적이며 높은 임펄스 기동을 달성 할 수 없습니다. 따라서 왜 주요 제어 시스템이 아닌 태도 제어 시스템에 사용됩니까?

화학 추진 시스템은 화학 반응에 의존하여 고압 고온 가스를 생성 한 다음 노즐을 통해 추력을 생성합니다. 이들은 액체, 고체 또는 하이브리드 일 수 있으며, 일반적으로 촉매 또는 산화제와 결합 된 화학 물질의 조합으로 귀결된다. 이 스러 스터는 간단하고 (쉽게 소형화 할 수 있음) 저전력 요구 사항을 가지고 있으며 매우 신뢰할 수 있습니다.

전기 추진은 전기 에너지에 의존하여 하전 입자를 고속으로 가속화합니다. 홀 효과 스러 스터, 이온 스러 스터, 펄스 플라즈마 스러 스터 등.이 방법은 높은 특정 임펄스와 고효율을 결합하여 구성 요소를 쉽게 소형화 할 수 있기 때문에 유리합니다. 단점은 추가 전력이 필요하다는 것인데, 이는 더 큰 태양 전지, 더 큰 배터리 및 더 복잡한 전력 시스템을 의미합니다.

태양 돛은 추진 방법으로도 사용되는데, 추진 제가 필요하지 않기 때문에 유리합니다. 태양 돛은 또한 CubSat의 자체 크기로 확장 될 수 있으며, 위성의 작은 질량은 주어진 태양 돛 지역에 대해 더 큰 가속을 초래합니다.

그러나 태양 항해는 위성에 비해 여전히 상당히 커야하므로 기계적 복잡성이 잠재적 인 고장의 원인이됩니다. 현재 CubeSats는 태양 돛을 사용하는 사람은 거의 없지만 추진 제가 필요하지 않거나 위험한 물질을 포함하는 유일한 방법이기 때문에 잠재적 개발 분야로 남아 있습니다.

스러 스터는 소형화되어 있기 때문에 몇 가지 기술적 과제와 한계가 있습니다. 예를 들어, 스러 스터가 작 으면 스러스트 벡터링 (즉, 짐벌)이 불가능합니다. 따라서 여러 노즐을 사용하여 비대칭으로 추력하거나 액츄 에이 팅 된 구성 요소를 사용하여 CubeSat의 형상과 관련된 질량 중심을 변경하여 벡터링을 수행해야합니다.

역사:

1999 년부터 California Polytechnic State University와 Stanford University는 CubeSat 사양을 개발하여 전세계 대학들이 우주 과학 및 탐사를 수행 할 수 있도록 돕습니다. "CubeSat"이라는 용어는 CubeSat 디자인 사양에 설명 된 표준을 준수하는 나노 위성을 나타 내기 위해 만들어졌습니다.

이들은 스탠포드 대학교 항공 우주 공학과 항공 우주 공학과 Jordi Puig-Suari 교수와 Bob Twiggs 교수가 작성했습니다. 이후 과학적 탑재량을 포함하는 나노 위성을 개발하고있는 40 개가 넘는 연구소의 국제적인 파트너십으로 성장했습니다.

처음에는 규모가 작았음에도 불구하고, 교육 기관은 때때로 발사 기회를 기다려야한다는 제한이있었습니다. 이는 캘리포니아 폴리 테크닉 (California Polytechnic)에 의해 Poly-PicoSatellite Orbital Deployer (P-POD라고도 함)의 개발로 어느 정도 해결되었습니다. P-POD는 발사체에 장착되어 CubeSats를 궤도로 운반하고 발사체로부터 적절한 신호가 수신되면 배치합니다.

JordiPuig-Suari에 따르면,이 목적은 위성 개발 시간을 대학생의 경력으로 단축시키고 수많은 위성으로 발사 기회를 활용하는 것이 었습니다. 요컨대, P-POD는 많은 CubeSat을 언제든지 시작할 수 있도록합니다.

대형 위성 제조업체 인 Boeing을 비롯한 여러 회사에서 CubeSats를 구축했습니다. 그러나 대부분의 개발은 성공적으로 선회 된 CubeSats와 실패한 임무가 혼합 된 기록을 가진 학계에서 나옵니다. CubeSats는 처음부터 수많은 응용 프로그램에 사용되었습니다.

예를 들어 AIS (Automatic Identification Systems)를 배치하여 해상 선박을 모니터링하고, 지구 원격 센서를 배치하고, 우주 테더의 장기 생존 가능성을 테스트하고 생물학적 및 방사선 실험을 수행하는 데 사용되었습니다.

학술 및 과학 커뮤니티 내에서 이러한 결과를 공유하고 다른 개발자와 직접 통신하고 CubeSat 워크샵에 참석함으로써 리소스를 이용할 수 있습니다. 또한 CubeSat 프로그램은 우주에서 페이로드를 저렴한 비용으로 비행하여 민간 기업과 정부에 혜택을줍니다.

NASA는 2010 년에“CubeSat Launch Initiative”를 만들었습니다.이 프로그램은 교육 기관 및 비영리 조직에 큐브 서비스를 제공 할 수 있도록 출시 서비스를 제공하는 것을 목표로합니다. 2015 년 NASA는 센 테니얼 챌린지 프로그램의 일환으로 큐브 퀘스트 챌린지를 시작했습니다.

500 만 달러의 상금을받은이 인센티브 경쟁은 낮은 궤도, 특히 달 궤도 또는 깊은 우주에서 작동 할 수있는 작은 위성의 생성을 촉진하기위한 것입니다. 경쟁이 끝나면 2018 년 SLS-EM1 미션에서 CubeSat 디자인을 시작하기 위해 최대 3 개의 팀이 선정됩니다.

NASA의 InSight 착륙선 임무 (2018 년 출시 예정)에는 두 개의 CubeSat도 포함됩니다. 이들은 화성 비행을 수행하고 착륙선 착륙시 지구에 추가적인 중계 통신을 제공합니다.

Marco (지정된 Mars Cube One) 인이 실험적인 6U 크기의 CubeSat은 CubeSat 기술에 의존하는 최초의 딥 스페이스 미션이 될 것입니다. NASA의 Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)에 데이터를 전송하기 위해 고 이득의 평면 X 밴드 안테나를 사용하여 지구로 전달합니다.

우주 시스템을 더 작고 저렴하게 만드는 것은 새로운 우주 탐사 시대의 특징 중 하나입니다. 또한 NewSpace 산업이 최근 몇 년 동안 도약과 경계에 의해 성장한 주요 이유 중 하나이기도합니다. 또한 참여 수준이 높을수록 연구, 개발 및 탐색에있어 더 큰 수익을 볼 수 있습니다.

우리는 CubeSat for Space Magazine에 관한 많은 기사를 썼습니다. NASA의 2016 InSight Mars Lander에서 첫 번째 행성 간 CubeSats를 시작하여 CubeSats를 천문학으로 만들고, Cubesat로 무엇을 할 수 있습니까?이 Cubesats는 플라즈마 스러 스터를 사용하여 태양계를 떠날 수 있습니다.

CubeSat에 대한 자세한 내용을 보려면 CubeSat의 공식 홈페이지를 확인하십시오.

우주 왕복선에 관한 천문학 캐스트 에피소드를 녹화했습니다. 127 화 : 미국 우주 왕복선.

출처 :