Nowy oddział ESA dla misji CubeSatowych

CubeSaty to małe satelity oparte na standaryzowanych jednostkach sześciennych o szerokości 10 cm. Wystarczająco małych, aby zmieścić się w plecaku, a jednocześnie w coraz większym stopniu zdolnych do dostarczania wartościowych pomiarów naukowych. Są tym samym szybko rozwijającą się częścią europejskiej gospodarki kosmicznej. Przykładowo, w zeszłym roku wykonany dla ESA CubeSat GomX-4B testował manewry nawigacyjne na orbicie przy użyciu mikronapędu oraz satelitarnych łączy radiowych dla szybkiego przekazywania danych.

W tym roku trzy CubeSaty badawcze ESA do pomiarów wejścia w atmosferę, monitoringu ozonu i badań nad promieniowaniem słonecznym zostaną wkrótce wyniesione w kosmos. Pozostałe oddziały ESA opracowują również swoje własne misje.

„W ramach tego nowego działu kosmicznego współpracujemy z wieloma europejskimi małymi i średnimi przedsiębiorstwami”, komentuje Roger Walker, kierujący nową jednostką ESA do spraw CubeSatów w centrum technicznym ESTEC w Holandii. „Nasze projekty mają na celu zastosowanie obiecujących nowych technologii w przestrzeni kosmicznej po niskich kosztach, i w szybkim tempie, które nasze firmy partnerskie będą następnie mogły wykorzystać komercyjnie”.

„Stworzyliśmy znormalizowane podejście lean project, dostosowując istniejące przepisy organizacji ECSS (European Coordination for Space Standardization) definiujących standardy stosowane w inżynierii kosmicznej dla potrzeb projektów CubeSatowych. Jest to sposób zarządzania ryzykiem w ramach całego procesu inżynieryjnego i kwalifikacyjnego. Uzyskuje się tak jak najwięcej korzyści pod względem terminowości i niskich kosztów, przy jednoczesnym zapewnieniu, że misje tych nanosatelitów będą przebiegać zgodnie z planem i nie przekroczą swojego budżetu”.

 „Standardy te zostały dobrze przyjęte przez naszych partnerów branżowych, a niektórzy z nich dostosowują je już do własnych projektów komercyjnych. Posiadanie takiej homologacji ESA jest wysoko cenione przez tych klientów komercyjnych, którzy przyglądają się zastosowaniom tych nowych technologii”.

Wiedza ekspercka w zakresie miniaturyzacji

Nowy oddział ESA do spraw CubeSatów ma funkcjonować jako centrum doskonałości, zasobów wiedzy specjalistycznej w zakresie zminiaturyzowanych technologii, oraz integracji systemów CubeSatów dla potrzeb całej Agencji.

 „Obecnie nadzorujemy w sumie dziewięć projektów CubeSatowych na różnych etapach projektowania, w tym dwie wysoce innowacyjne misje, stanowiące część naszej mapy drogowej dla tego rodzaju satelitów. Ta zostanie przedstawiona państwom członkowskim ESA do sfinansowania w ramach programu wsparcia technologicznego GSTP podczas Rady Ministerialnej Space19+, która odbędzie się pod koniec tego roku”, dodaje Roger Walker.

„M-ARGO (M-ARGO Miniaturised – Asteroid Remote Geophysical Observer), jest pojedynczym CubeSatem służącym do eksploracji planetoid, podczas gdy misja RACE (Rendezvous Autonomous CubeSats Experiment), przetestuje autonomiczne technologie spotkania i cumowania CubeSatów – umożliwiając przeprowadzenie nowych misji, składających się z wielu CubeSatów, które z czasem mogłyby być rozszerzane o nowe satelity tego typu”.

Jednocześnie Wydział ESA ds. Telekomunikacji i Zintegrowanych Aplikacji opracowuje serię pionierskich misji CubeSatów w celu wypróbowania nowych technologii telekomunikacyjnych. Wydział Operacyjny ESA dysponuje gotowym do lotu satelitą OpsSat, lotnym demonstratorem innowacyjnego oprogramowania do kontroli lotu - a Wydział ds. Obserwacji Ziemi jest gotowy na przeprowadzenie misji dwóch CubeSatów FSSCat, której celem jest obserwacja regionów polarnych w tandemie.

Wydział ESA ds. Lotów Załogowych i Eksploracji Robotycznej rozważa misję CubeSata w celu przetestowania kluczowego elementu dla misji Mars Sample Return - optycznego wykrywania i nawigacji w celu przechwycenia na orbicie marsjańskiej pojemnika z zebranymi próbkami gruntu Czerwonej Planety, podczas gdy Wydział Nauki przystosowuje niektóre technologie cubesatowe na potrzeby tzw. eksploracji głębokiego kosmosu, jak również studiuje potencjalne wykorzystanie CubeSatów dla wsparcia misji planetarnych.

Wsparcie w osiągnięciu przestrzeni kosmicznej
Dla uczelni, start-upów i przedsiębiorstw, które chcą wynieść w przestrzeń kosmiczną swoje własne CubeSaty czy małe satelity, ESA zapewnia dostęp do infrastruktury naziemnej – centrów kontroli lotów i stacji naziemnych - jak również know-how za pośrednictwem należącego do ESA Centrum Operacji Kosmicznych (ESOC).

„Ogólnie rzecz biorąc, widzimy dobre wsparcie ze strony państw członkowskich ESA, które nie mają prężnie działającego krajowego przemysłu kosmicznego”, wyjaśnia Roger Walker. „Mogą się zwrócić się do nas o poprowadzenie projektów dla własnych podmiotów, korzystając z naszej wiedzy technicznej z zakresu zarządzania. Kolejną mocną stroną jest to, że możemy ustanowić współpracę między państwami członkowskimi, łącząc przemysł w celu przeprowadzenia realnej misji, w przypadku gdy wszystkie kluczowe technologie nie będą dostępne w jednym kraju”.

Oddział Systemów CubeSatowych – wchodzi w skład Biura Projektowego Departamentu Systemów, będącego częścią Wydziału ESA ds. Jakości Technicznej i Inżynieryjnej - może również ułatwić dostęp do przyjaznych CubeSatom urządzeń testujących. Są to przykładowo badania wibracyjne i termiczne w Laboratorium Systemów Mechanicznych ESTEC, czy badania używane do pomiaru szczątkowego pola magnetycznego CubeSata, co zwiększa precyzję systemów kontroli położenia satelity.

„Jedną z zalet CubeSatów, jest ich wydajność oraz niska cena wynikająca z zastosowania komponentów dostępnych na rynku”, mówi Roger Walker.

 „Jednak takie elementy mogą być podatne na promieniowanie kosmiczne. To, co zrobiliśmy i nadal robimy, to organizowanie testów płytek elektronicznych pod wpływem wiązki protonowej dla wielu CubeSatów jednocześnie, z wykorzystaniem różnej aparatury testowej, do której ma dostęp ESA. Można tak sprawdzić jakość tych komponentów, i jednocześnie znacznie zmniejszyć ryzyko niepowodzenia misji”.

Do dyspozycji inżynierów rozwijających CubeSaty jest również aparatura ESA do badań anten; przykładowo holenderski nanosatelita Hiber zaprojektowany do obsługi Internetu Rzeczy został niedawno przetestowany w najnowocześniejszej komorze Hertza w centrum ESTEC.

Ponieważ CubeSaty są zbudowane w tych samych wymiarach, Europejska Agencja Kosmiczna może pomóc w znalezieniu niskokosztowych rozwiązań do wynoszenia ich na orbitę przy użyciu ustandardyzowanych dyspenserów.

Inauguracyjny lot opracowanego przez ESA dyspensera o nazwie Small Spacecraft Mission System, służącego do uwalniania Cubesatów i innych małych satelitów po wyniesieniu na orbitę przez rakietę Vega, odbędzie się w czerwcu bieżącego roku.

CubeSat Industry Days

Europejski przemysł cubesatowy składa się z kilkudziesięciu firm. „Dobrą praktyką umożliwiającą  zapoznanie się z sytuacją w branży jest obecność na organizowanych przez nas CubeSat Industry Days, które odbywają się co dwa lata", zauważa Roger Walker.

„W ostatnim wydarzeniu wzięło udział ponad 250 uczestników z ponad 150 różnych organizacji, a oczekujemy, że podczas następnych CubeSat Industry Days w czerwcu, omawiających wszystkie aspekty tego sektora, frekwencja będzie jeszcze wyższa.

Jak stworzyć misję kosmiczną

Europejską Agencją Kosmiczną (ESA), umożliwia 22 państwom członkowskim osiągnąć wyniki, którym żaden kraj nie jest w stanie sprostać samodzielnie. ESA wspólnymi siłami umożliwia rozwijać misje kosmiczne, przy pomocy laboratoriów badawczych, wyspecjalizowanej kadry, zakładów testowych i centrów operacyjnych, wspieranymi w ramach programu Badań Podstawowych Agencji.