Za dużo CubeSatów?

Popularny format CubeSat zaczyna stwarzać pewne problemy – także dla operatorów tych satelitów.

Pierwsze sześć CubeSatów znalazło się na orbicie 30 czerwca 2003 roku, dzięki rakiecie Rokot. Były to CubeSaty: AAU CubeSat (Uniwersytet w Aalborg), CanX-1 (UTIAS Toronto), Cubesat XI-IV (Uniwersytet w Tokio), CUTE-I (Tokijski Instytut Technologii), DTUsat (Uniwersytet Techniczny Danii) i QuakeSat (Uniwersytet Stanford). Poza tym ostatnim, wszystkie pozostałe były wielkości 1U, zaś QuakeSat był rozmiarów 3U. Jak się później okazało – połowa z tych satelitów w ogóle się nie odezwała po umieszczeniu na orbicie. Jest to “trend” nadal kontynuowany – do dziś wiele CubeSatów w ogóle się nie odzywa po “wyrzuceniu” na orbicie.

Wiele z CubeSatów jest wciąż budowanych przez zespoły studenckie, jako projekt edukacyjny. Coraz częściej jednak ten format satelitów jest wybierany przez firmy oraz agencje kosmiczne. Niektóre z firm umieściły już na orbicie ponad setkę CubeSatów, m.in. służących obserwacji Ziemi. W 2018 roku łączna wartość wystrzelonych CubeSatów przekroczyła tysiąc.

Dużo CubeSatów – dużo problemów

Okazuje się, że rosnąca ilość CubeSatów przynosi coraz większe problemy na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO). Oprócz problemów związanych ze “śmieciami kosmicznymi” i zerowymi/ograniczonymi możliwościami manewrowania, okazuje się, że coraz częstszym problemem jest… identyfikacja samych CubeSatów.

Dość często CubeSaty są wynoszone w prawdziwie “hurtowych” ilościach w jednym starcie. Przez kilka dni lub nawet tygodni te satelity znajdują się blisko siebie. Stwarza to dużo problemów, gdyż w tym czasie powinna nastąpić wstępna komunikacja, a następnie rozruch satelity i jego ustabilizowanie. Tymczasem zwykle nie wiadomo który z tych satelitów jest który, co utrudnia komunikację – szczególnie, gdy u satelity wystąpiły jakieś mniejsze lub większe problemy (lub też zwyczajnie CubeSat milczy).

Gdy po kilku tygodniach odległości pomiędzy satelitami już są wystarczająco duże wówczas może być za późno dla wielu CubeSatów, które nie otrzymały odpowiednich komend z Ziemi, a ich pokładowe akumulatory rozładowały się. W konsekwencji, zamiast wypełniać misję, satelity od razu stały się “kosmicznymi śmieciami”.

Istnieje kilka możliwości ograniczenia tego problemu. Proponuje się m.in. zastosowanie niezależnego nadajnika (wraz z odbiornikiem GNSS), zdolnego do podawania pozycji, niezależnie od stanu reszty satelity. Dobrym pomysłem jest także zastosowanie odbłyśników laserowych albo też aktywnego źródła światła, dzięki któremu możliwa jest identyfikacja CubeSata (oczywiście za pomocą wykorzystania teleskopu). Pewne metody separacji satelitów od górnego stopnia rakiet nośnych mogą także przyśpieszyć proces separacji.

W najbliższych latach z pewnością wzrośnie ilość CubeSatów – także wynoszonych w “hurtowo” w jednym starcie. Wiele z tych zminiaturyzowanych satelitów zostanie szybko utraconych. Warto, aby w perspektywie kilku lat wprowadzić odpowiednie standardy, które pozwolą na szybszą identyfikację CubeSatów – aby ograniczyć liczbę tych, które nigdy się nie odezwą z LEO.

Z drugiej strony, możliwe, że pojawi się opór ze strony operatorów “profesjonalnych” satelitów. Z pewnością większa ilość małych satelitów będzie też oznaczać trudności w ruchu na LEO oraz w komunikacji ze stacjami naziemnymi.

Prezentacje dotyczące CubeSatów oraz śmieci kosmicznych były popularnym tematem na konferencji IAC 2020, która odbyła się w formie wirtualnej w dniach 12-14 października.

(IAC, WRs)