Słaby satelita SBUDNIC zatrzymał lot w kosmos

Satelita zbudowany przy skromnym budżecie iz gotowymi materiałami eksploatacyjnymi może być rozwiązaniem dla niechcianej przestrzeni.

Zespół studentów z Brown University wysłał satelitę – zasilanego 48 bateriami Energizer AA i mikroprocesorem za 20 USD, popularnym wśród entuzjastów robotyki – w kosmos około 10 miesięcy temu, jadąc na rakiecie SpaceX Elona Muska.

Teraz analiza danych z Dowództwa Sił Powietrznych w Kosmosie pokazuje, że satelita zadziałał pomyślnie. Może to również mieć dalekosiężne implikacje dla wysiłków na rzecz ograniczenia rosnącego problemu śmieci kosmicznych, który stanowi potencjalne zagrożenie dla wszystkich obecnych i przyszłych statków kosmicznych.

Według NASA istnieje obecnie ponad 27 000 fragmentów tego, co nazywa się śmieciami orbitalnymi lub śmieciami kosmicznymi, śledzonymi przez Globalną Sieć Monitorowania Przestrzeni Kosmicznej Departamentu Obrony. Szczątki orbitalne obejmują wszelkie obiekty stworzone przez człowieka na orbicie okołoziemskiej, które nie pełnią już użytecznej funkcji, takie jak niedziałające statki kosmiczne, porzucone pojazdy startowe, szczątki związane z misjami i rozdrobnione szczątki. Obejmuje również nieistniejące satelity, które pozostają na orbicie czasami dziesiątki lat po zakończeniu swojej misji.

To problem, biorąc pod uwagę, że większość satelitów pozostaje na orbicie średnio 25 lat lub dłużej, mówi Rick Flitter, adiunkt inżynierii. Kiedy więc jego uczniowie otrzymali niepowtarzalną okazję zaprojektowania i zbudowania własnego satelity, który miał zostać wystrzelony w kosmos, postanowili zaprojektować potencjalne rozwiązanie.

Studenci dodali wydrukowany w 3D żagiel holowniczy wykonany z folii poliimidowej Kapton do zbudowanego przez siebie satelity w kształcie sześcianu wielkości bochenka. Rozstawiony około 520 kilometrów (323 mil) – nad orbitą Międzynarodowej Stacji Kosmicznej – żagiel rozwinął się jak spadochron i pomógł szybciej skierować satelitę z powrotem na Ziemię, wynika ze wstępnych danych. W rzeczywistości satelita jest znacznie mniejszy niż inne małe urządzenia, z którymi został wdrożony. Na przykład na początku marca satelita znajdował się około 470 kilometrów (292 mil) nad Ziemią, podczas gdy inne obiekty nadal znajdowały się na orbicie około 500 kilometrów lub więcej.

„Możesz zobaczyć w danych śledzenia, że ​​jesteśmy widoczni poniżej wszystkich innych i przyspieszamy od nich” – mówi Flitter. „Widać, że nasz satelita już schodzi w kierunku ponownego wejścia, podczas gdy inne wciąż znajdują się na ładnej orbicie kołowej wyżej”.

Dane wskazują, że satelita studentów, zwany SBUDNIC, zniknie z orbity za pięć lat, w przeciwieństwie do 25-27 lat, które uczniowie obliczyli bez traktora.

Flitter i studenci uważają, że ich wstępna analiza publicznie dostępnych danych śledzenia służy jako dowód koncepcji, że ten typ żagla może być częścią wysiłków na rzecz zmniejszenia liczby śmieci kosmicznych na orbicie wokół Ziemi. Mają nadzieję, że podobne żagle będą mogły zostać dodane do innych zestawów o podobnej wielkości lub powiększone do większych projektów w przyszłości.

„Teoria i fizyka tego, jak to działa, są dobrze akceptowane” — mówi Flitter. „To, co ta misja pokazała, dotyczyło bardziej tego, jak to sobie uświadamiasz – jak zbudować mechanizm, który to robi i jak to zrobić, aby był lekki, kompaktowy i niedrogi”.

Sputnik? Nie, SBUDNIC

Projekt jest wynikiem współpracy między naukowcami z Brown School of Engineering i National Research Council of Italy. Jest również wspierany przez D-Orbit, AMSAT-Italy, La Sapienza-University of Rome i NASA Rhode Island Space Grant. Nazwa satelity to gra na temat Sputnika, pierwszego sztucznego satelity krążącego wokół Ziemi, a także akronim osób zaangażowanych w projekt.

Jest to drugi mały satelita zaprojektowany i zbudowany przez studentów Browna, który został wysłany na orbitę w ostatnich latach. Poprzedni satelita, EQUiSat, wykonał 14 000 pętli wokół Ziemi, zanim zakończył swoją misję i spłonął, gdy ponownie wszedł w atmosferę pod koniec 2020 roku.

Uważa się jednak, że SBUDNIC jest pierwszym tego rodzaju obiektem wysłanym na orbitę wykonaną prawie wyłącznie z materiałów nieprzeznaczonych do użytku w kosmosie i po astronomicznie niskich kosztach w porównaniu z innymi obiektami na orbicie. Całkowity koszt zaprojektowanego przez studentów sześciennego satelity wyniósł około 10 000 USD.

„Duże, złożone misje kosmiczne, o których słyszymy w wiadomościach, są niesamowite i inspirujące, ale wysyłają również wiadomość, że przestrzeń kosmiczna jest przeznaczona tylko dla tego rodzaju wyspecjalizowanych inicjatyw” – mówi Flitter. „Tutaj otwieramy tę możliwość dla większej liczby osób… Nie przełamujemy wszystkich barier, ale od czegoś trzeba zacząć”.

Grupa około 40 studentów zaprojektowała i zbudowała satelitę w ciągu jednego roku. Rozpoczęła kurs Space Systems Design, który Flitter prowadził wiosną 2021 roku. Włoska firma lotnicza D-Orbit jest bliska otwarcia satelity na rakiecie SpaceX Falcon 9, która zostanie wystrzelona za rok. Flitter zwrócił się do swoich studentów, którzy właśnie wysłuchali swoich pierwszych seminariów na temat projektowania systemów kosmicznych, i zaoferował im szansę. Stamtąd rozpoczął się wyścig.

„zero awarii”

Studenci zaczynali od konceptualizacji i projektowania poszczególnych podsystemów satelitarnych i często współpracowali z konsultantami branżowymi, którzy zapewniali inżynierom informacje zwrotne i wskazówki dotyczące wykonalności ich propozycji. Następnie uczniowie wprowadzają swoje plany w życie, zarządzając technicznymi aspektami satelity wraz z koordynacją części administracyjnych. Ciągłe tworzenie prototypów, testowanie i udoskonalanie wymagało od uczniów ogromnego wysiłku pod względem godzin i mocy umysłowej.

Uczniowie zakupili potrzebne materiały w lokalnych sklepach i sklepach internetowych. Często musieli projektować niesamowite rozwiązania dla swoich materiałów, aby mogły przetrwać w kosmosie. Takie podejście często oznacza wymyślanie urządzeń testowych, które symulują określone warunki środowiskowe w kosmosie, takie jak wysokie wibracje z wystrzelenia rakiety, mówi Marco Croce, który w zeszłym roku ukończył studia z tytułem magistra inżynierii biomedycznej i pracował jako główny inżynier w SBUDNIC.

Na przykład zespół użył gadzich lamp grzewczych w komorze próżniowej, aby przetestować osłonę termiczną, którą wykonali w celu ochrony elektroniki satelity przed słońcem.

Aby uzyskać pozwolenie na start, satelita musiał przejść testy kwalifikacyjne i spełniać restrykcyjne zasady i przepisy stosowane przez SpaceX i NASA. „To niezawodne środowisko” — mówi Cross. „Zespół nigdy się nie wahał”.

Studenci dostali zielone światło po serii testów próżniowych, termicznych i wibracyjnych. Następnie grupa udała się do Cape Canaveral na Florydzie, aby dostarczyć SBUDNIC, aby można go było umieścić w większym satelicie nośnym D-Orbit, który następnie został umieszczony na rakiecie SpaceX.

Poza prezentacją swoich odkryć na konferencjach i przedstawieniem swoich danych w publikacji, zespół SBUDNIC planuje obecnie serię prezentacji w szkołach na całym Rhode Island. Mają nadzieję zainspirować przyszłych innowatorów i uświadomić uczniom szkół średnich możliwości, jakie otwierają się przed nimi w architekturze i projektowaniu przestrzeni.

źródło: Uniwersytet Browna