Cubesats dazu bringen, Astronomie zu betreiben

Man nimmt nicht zwei Würfel und reibt sie aneinander, um statische Elektrizität zu erzeugen. Vielmehr schickst du sie auf eine kurze Weltraumreise in die erdnahe Umlaufbahn (LEO) und räumst sie in einiger Entfernung auseinander, und voilà, du hast ein Teleskop. Dies ist der Plan der Goddard Space Flight Center-Ingenieure der NASA und auch der Plan mehrerer anderer.

Cubesats sind einer der großen Wahnsinnsfaktoren in der neuen Raumfahrtindustrie. Aber fast alles, was bisher geflogen ist, sind einfache ruderlose Würfel, die Fotos machen, wenn sie richtig ausgerichtet sind. Die GSFC-Ingenieure planen, zwei Würfeln eine wesentliche Kontrolle über ihre Positionen relativ zueinander und zum sie umgebenden Universum zu geben. Wenn einer ein Teleskop hält und der andere eine Scheibe, um die helle Sonne auszublenden, kann das Cubesat-Teleskop das tun, was nicht einmal das Hubble-Weltraumteleskop kann, und das für weitaus weniger Geld.

Die 1U, die 3U, die 9U – das sind alles Cubesats unterschiedlicher Größe. Allen gemeinsam ist die Einheitsgröße 1. Ein 1U-Würfel ist 10 x 10 x 10 Zentimeter groß. Ein Würfel dieser Größe fasst einen Liter Wasser (ungefähr einen Liter), was einem Kilogramm Gewicht entspricht. Oder ersetzen Sie dieses Wasser durch Hydrazin, und Sie haben fast 1 Kilogramm Raketentreibstoff mit Monotreibstoff, der einen Platz einnehmen kann.

GSFC-Luft- und Raumfahrtingenieure unter der Leitung von Neerav Shah wollen nicht weit gehen, sondern nur mit zwei Cubesats weit entfernte Dinge betrachten. Ihr Design wird eines als Teleskop verwenden – einige Optiken und einen guten Detektor – und das andere Cubesat wird nach Plan etwa 20 Meter entfernt sein und als Koronagraph fungieren. Der Coronagraph Cubesat fungiert als Sonnenmaske, eine okkulte Scheibe, die die hellen Strahlen von der Sonnenoberfläche abblockt, sodass das Cubesat-Teleskop mit hoher Auflösung auf die Corona und den Rand der Sonne schauen kann. Für diese Ingenieure besteht die Herausforderung darin, die beiden Cubesats genau auszurichten und auf ihr Ziel zu zeigen.

Nur dedizierte Weltraumteleskope zur Sonnenbeobachtung wie SDO, STEREO und SOHO können die Sonne blockieren, aber ihre Koronagraphien sind begrenzt. Wenn Sie den Koronagraph weiter von der Optik trennen, wird deutlich, wie genau man den Rand eines hellen Objekts betrachten kann. Wenn sich die Korongraphiemaske näher an der Optik befindet, erreicht immer noch mehr helles Licht die Optik und die Detektoren und überflutet das, was Sie wirklich sehen möchten. Die Technologie, die Shah und seine Kollegen entwickeln, kann ein Wegbereiter für zukünftige Weltraumteleskope sein, die nach entfernten Planeten um andere Sterne suchen – auch unter Verwendung eines Koronagraphen, um die ansonsten verborgenen Planeten aufzudecken.

Die Ingenieure haben von der Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) eine Investition in Höhe von 8,6 Mio. USD erhalten und arbeiten mit den in Maryland ansässigen Emergent Space Technologies zusammen.

Die Herausforderung der GSFC-Ingenieure besteht darin, zwei kleinen Cubesats Führung, Navigation und Steuerung (GN & C) zu geben, die so gut sind wie jedes Standard-Raumschiff, das geflogen ist. Sie planen die Verwendung von Standardtechnologie und es gibt viele kleine und sogar große Unternehmen, die Cubesat-Teile entwickeln und verkaufen.

Wenn Sie so wollen, ist dies eine Aussortierungsperiode für den Cubesat-Sektor der neuen Raumfahrtindustrie. Die von Shah geleiteten GSFC-Ingenieure sortieren die Standardkomponenten aus und wählen die Klassenbesten aus. Die Teile, die sie benötigen, sind winzige Sonnen- und Sternsensoren, Laserstrahlen und winzige Detektoren dieser Strahlen, Beschleunigungsmesser, winzige Gyroskope oder Impulsräder sowie kleine Antriebssysteme. Die Cubesat-Industrie ist ziemlich nahe daran, all dies als Standardausgabe fertig zu haben. Die Frage ist dann, was Sie mit winzigen Satelliten im erdnahen Orbit (LEO) machen. Teleskope zur Erdbeobachtung machen bereits Fortschritte, und als nächstes kommen Zielfernrohre für die Astronomie. Es gibt auch Pläne, sich mit winzigen und leistungsfähigen Cubesat-Raumsonden in den interplanetaren Raum zu wagen.

Ob man für ein auf Cubesats basierendes Unternehmen einen Gewinn erzielen kann, bleibt eine große Frage. Im Moment machen diejenigen, die Cubesats nach Kundenspezifikation bauen, einen Gewinn, und diejenigen, die die winzigen Picks und Schaufeln für Cubesats herstellen, machen Gewinne. Die kleine Industrie könnte überbaut sein, was im wirtschaftlichen Sprachgebrauch nur natürlich sein könnte. Viele kleine Startups werden scheitern. Für Forscher an Universitäten und Forschungseinrichtungen wie der NASA sind Cubesats jedoch ausdauernd, da sie die Kosten durch ihre geringe Masse und Größe sowie die geringen Kosten der Komponenten senken, damit sie funktionieren. Die GSFC-Bemühungen werden bestimmen, wie schnell Cubesats beginnen, echte Arbeit auf dem Gebiet der Astronomie zu leisten. Die Kontrolle der Einstellung und das Hinzufügen von Antrieb ist die nächste große Sache in der Cubesat-Entwicklung.

Verweise:

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