Un satélite pequeño , un satélite miniaturizado o un satélite pequeño es un satélite de masa y tamaño reducidos, generalmente de menos de 500 kg (1100 lb). Si bien todos estos satélites pueden denominarse "pequeños", se utilizan diferentes clasificaciones para clasificarlos en función de la masa . Los satélites se pueden construir pequeños para reducir el gran costo económico de los vehículos de lanzamiento y los costos asociados con la construcción. Los satélites en miniatura, especialmente en grandes cantidades, pueden ser más útiles que pocos satélites más grandes para algunos propósitos, por ejemplo, la recopilación de datos científicos y la transmisión de radio.. Los desafíos técnicos en la construcción de satélites pequeños pueden incluir la falta de almacenamiento de energía suficiente o de espacio para un sistema de propulsión .
Fundamentos
Nombre del grupo [1] | Masa (kilogramo) |
---|---|
Gran satélite | > 1000 |
Satélite mediano | 500 hasta 1000 |
Mini satélite | 100 hasta 500 |
Micro satélite | 10 hasta 100 |
Nano satélite | 1 hasta 10 |
Satélite pico | 0,1 a 1 |
Satélite femto | <0,1 |
Una de las razones para miniaturizar satélites es reducir el costo; los satélites más pesados requieren cohetes más grandes con mayor empuje que también tienen un mayor costo de financiación. Por el contrario, los satélites más pequeños y livianos requieren vehículos de lanzamiento más pequeños y más baratos y, a veces, pueden lanzarse en múltiples. También se pueden lanzar "a cuestas", utilizando el exceso de capacidad en vehículos de lanzamiento más grandes. Los satélites miniaturizados permiten diseños más baratos y facilitan la producción en masa.
Otra razón importante para desarrollar satélites pequeños es la oportunidad de permitir misiones que un satélite más grande no podría realizar, como:
- Constelaciones para comunicaciones de baja velocidad de datos
- Usar formaciones para recopilar datos de múltiples puntos
- Inspección en órbita de satélites más grandes
- Investigación relacionada con la universidad
- Probar o calificar nuevo hardware antes de usarlo en una nave espacial más cara
Historia
Los segmentos de nanosatélites y microsatélites de la industria del lanzamiento de satélites han crecido rápidamente en los últimos años. La actividad de desarrollo en el rango de 1 a 50 kg (2,2 a 110,2 libras) ha superado significativamente a la del rango de 50 a 100 kg (110 a 220 libras). [2]
En los 1-50 kg van solos, menos de 15 satélites fueron lanzados al año en 2000 y 2005, 34 en 2006, a continuación, menos de 30 lanzamientos al año durante el año 2007 a 2011. Esta rosa al 34 puesto en marcha en 2012 y 92 en marcha en el año 2013. [ 2]
El analista europeo Euroconsult proyecta que se lanzarán más de 500 smallsats en 2015-2019 con un valor de mercado estimado en US $ 7,4 mil millones . [3]
A mediados de 2015, había muchas más opciones de lanzamiento disponibles para los pequeños satélites, y los viajes como cargas útiles secundarias se habían vuelto más grandes en cantidad y más fáciles de programar con menos antelación. [4]
Grupos de clasificación
Pequeños satélites
El término "pequeño satélite", [2] o en ocasiones "minisatélite", a menudo se refiere a un satélite artificial con una masa húmeda (incluido el combustible) entre 100 y 500 kg (220 y 1100 lb), [5] [6] pero en Otro uso ha llegado a significar cualquier satélite de menos de 500 kg (1100 lb). [3]
Ejemplos de pequeños satélites [¿ según quién? ] incluyen los satélites Demeter , Essaim , Parasol , Picard , MICROSCOPIO , TARANIS , ELISA , SSOT , SMART-1 , Spirale-A y -B y Starlink . [ cita requerida ]
Pequeño vehículo de lanzamiento de satélites
Aunque los pequeños satélites se han lanzado tradicionalmente como cargas útiles secundarias en vehículos de lanzamiento más grandes, varias empresas están desarrollando o han desarrollado vehículos de lanzamiento específicamente dirigidos al mercado de satélites pequeños. En particular, el paradigma de la carga útil secundaria no proporciona la especificidad requerida para muchos satélites pequeños que tienen requisitos orbitales y de tiempo de lanzamiento únicos. [7]
Las empresas que ofrecen vehículos de lanzamiento smallsat incluyen:
- Rocket Lab 's de electrones (225 kg) [8]
Las empresas que planean vehículos de lanzamiento smallsat incluyen:
- Lanzador de Virgin Orbit : uno (500 kg) [9]
- Astra 's Rocket 3.0 (100 kg) [ cita requerida ]
Microsatélites
El término "microsatélite" o "microsatélite" se aplica generalmente al nombre de un satélite artificial con una masa húmeda entre 10 y 100 kg (22 y 220 lb). [2] [5] [6] Sin embargo, esta no es una convención oficial y, a veces, esos términos pueden referirse a satélites más grandes o más pequeños que eso (por ejemplo, 1–50 kg (2,2–110,2 lb)). [2] A veces, los diseños o diseños propuestos de algunos satélites de este tipo tienen microsatélites trabajando juntos o en formación . [10] El término genérico "pequeño satélite" o "smallsat" también se utiliza a veces, [11] al igual que "satlet". [12]
Ejemplos: Astrid-1 y Astrid-2, [ cita requerida ] , así como el conjunto de satélites anunciados actualmente para LauncherOne (abajo) [11]
En 2018, los dos microsatélites Mars Cube One, con una masa de solo 13,5 kg (30 lb) cada uno, se convirtieron en los primeros CubeSats en dejar la órbita terrestre para su uso en el espacio interplanetario. Volaron de camino a Marte junto con la exitosa misión de aterrizaje Mars InSight . [13] Los dos microsatélites realizaron un sobrevuelo de Marte en noviembre de 2018, y ambos continuaron comunicándose con estaciones terrestres en la Tierra hasta finales de diciembre. Ambos guardaron silencio a principios de enero de 2019 [14].
Vehículo de lanzamiento de microsatélites
Varias empresas de contratistas comerciales y militares están desarrollando vehículos de lanzamiento de microsatélites para cumplir con los requisitos de lanzamiento cada vez más específicos de los microsatélites. Si bien los microsatélites se han transportado al espacio durante muchos años como cargas útiles secundarias a bordo de lanzadores más grandes , el paradigma de la carga útil secundaria no proporciona la especificidad requerida para muchos satélites pequeños cada vez más sofisticados que tienen requisitos orbitales y de tiempo de lanzamiento únicos. [7]
En julio de 2012, Virgin Galactic anunció LauncherOne , un vehículo de lanzamiento orbital diseñado para lanzar cargas útiles primarias "smallsat" de 100 kg (220 lb) en órbita terrestre baja , con lanzamientos proyectados para comenzar en 2016. Varios clientes comerciales ya han contratado lanzamientos. , incluidos GeoOptics , Skybox Imaging , Spaceflight Industries y Planetary Resources . Tanto Surrey Satellite Technology como Sierra Nevada Space Systems están desarrollando autobuses satelitales "optimizados para el diseño de LauncherOne". [11] Virgin Galactic ha estado trabajando en el concepto LauncherOne desde finales de 2008, [15] y hasta 2015[actualizar], lo está convirtiendo en una parte más importante del plan de negocios central de Virgin, ya que el programa de vuelos espaciales tripulados de Virgin ha experimentado múltiples retrasos y un accidente fatal en 2014. [16]
En diciembre de 2012, DARPA anunció que el programa Airborne Launch Assist Space Access proporcionaría el cohete de refuerzo de microsatélites para el programa DARPA SeeMe que tenía la intención de lanzar una " constelación de 24 microsatélites (~ 20 kg (44 lb) de alcance) cada uno con 1 -m resolución de imagen ". [17] El programa se canceló en diciembre de 2015. [18]
En abril de 2013, la nave espacial Garvey se adjudicó un contrato de 200.000 dólares estadounidenses para desarrollar la tecnología de su vehículo de lanzamiento suborbital Prospector 18 en un vehículo de lanzamiento orbital nanosat capaz de entregar una carga útil de 10 kg (22 lb) en una órbita de 250 km (160 millas) a una órbita uniforme. -más-capaz agrupado "20/450 Nano / Micro Satellite Launch Vehicle" (NMSLV) capaz de suministrar 20 kg (44 lb) cargas útiles en 450 kilometros (280 mi) órbitas circulares . [19]
El vehículo de lanzamiento pequeño de Boeing es un concepto de vehículo de lanzamiento de tres etapas a la órbita lanzado desde el aire destinado a lanzar pequeñas cargas útiles de 45 kg (100 lb) a la órbita terrestre baja. Se propone que el programa reduzca los costos de lanzamiento de los pequeños satélites militares de EE. UU. A tan solo 300.000 dólares EE.UU. por lanzamiento (7.000 dólares / kg) y, si el programa de desarrollo fue financiado, a partir de 2012[actualizar]podría estar operativo en 2020. [20]
La compañía suiza Swiss Space Systems (S3) anunció planes en 2013 para desarrollar un avión espacial suborbital llamado SOAR que lanzaría un vehículo de lanzamiento microsat capaz de poner una carga útil de hasta 250 kg (550 lb) en la órbita terrestre baja. [21]
La empresa española PLD Space nace en 2011 con el objetivo de desarrollar vehículos de lanzamiento de bajo coste denominados Miura 1 y Miura 5 con capacidad para poner en órbita hasta 150 kg (330 lb). [22]
Nanosatélites
El término "nanosatélite" o "nanosatélite" se aplica a un satélite artificial con una masa húmeda entre 1 y 10 kg (2,2 y 22,0 libras). [2] [5] [6] Los diseños y los diseños propuestos de estos tipos pueden lanzarse individualmente, o pueden tener múltiples nanosatélites trabajando juntos o en formación, en cuyo caso, a veces el término "enjambre de satélites" [24] o " fraccionado naves espaciales ". Algunos diseños requieren un satélite "madre" más grande para la comunicación con los controladores terrestres o para el lanzamiento y acoplamiento con nanosatélites. Se han lanzado más de 1300 nanosatélites hasta enero de 2021. [25] [23]
Un CubeSat [26] es un tipo común de nanosatélite, [23] construido en forma de cubo basado en múltiplos de 10 cm × 10 cm × 10 cm, con una masa de no más de 1,33 kilogramos (2,9 libras) por unidad. [27] El concepto de CubeSat fue desarrollado por primera vez en 1999 por un equipo colaborativo de la Universidad Estatal Politécnica de California y la Universidad de Stanford , y este grupo mantiene las especificaciones, para que las use cualquiera que planee lanzar un nanosatélite estilo CubeSat. [27]
Con los continuos avances en la miniaturización y el aumento de la capacidad de la tecnología electrónica y el uso de constelaciones de satélites , los nanosatélites son cada vez más capaces de realizar misiones comerciales que antes requerían microsatélites. [28] Por ejemplo, se ha propuesto un estándar CubeSat 6U para permitir una constelación de satélites de 35 8 kg (18 lb) de imágenes de la Tierra para reemplazar una constelación de cinco satélites de 156 kg (344 lb) de imágenes de la Tierra RapidEye , en el mismo costo de misión, con tiempos de visita significativamente mayores: se pueden tomar imágenes de cada área del mundo cada 3,5 horas en lugar de una vez cada 24 horas con la constelación RapidEye. Los tiempos de visita más rápidos son una mejora significativa para las naciones que responden a desastres, que era el propósito de la constelación RapidEye. Además, la opción de nano-satélites permitiría a más naciones poseer su propio satélite para la recopilación de datos de imágenes en horas de menor actividad (sin desastres). [28] A medida que los costes bajan y los tiempos de producción se acortan, los nanosatélites se están convirtiendo en empresas cada vez más viables para las empresas. [29]
Ejemplo de nanosatélites: ExoCube (CP-10) , ArduSat , SPROUT [30]
Los desarrolladores y fabricantes de nanosatélites incluyen EnduroSat , GomSpace , NanoAvionics , NanoSpace, Spire , [31] Surrey Satellite Technology , [32] NovaWurks , [33] Dauria Aerospace , [34] Planet Labs [32] y Reaktor . [35]
Mercado Nanosat
En los diez años de lanzamientos de nano-satélites antes de 2014, solo se lanzaron 75 nano-satélites. [23] Las tasas de lanzamiento aumentaron sustancialmente cuando en el período de tres meses comprendido entre noviembre de 2013 y enero de 2014 se lanzaron 94 nano-satélites. [32]
Un desafío del uso de nano-satélites ha sido la entrega económica de satélites tan pequeños a cualquier lugar más allá de la órbita terrestre baja . A finales de 2014, se estaban desarrollando propuestas para naves espaciales más grandes diseñadas específicamente para enviar enjambres de nano-satélites a trayectorias que están más allá de la órbita terrestre para aplicaciones como la exploración de asteroides distantes. [36]
Vehículo de lanzamiento de nanosatélites
Con la aparición de los avances tecnológicos de la miniaturización y el aumento de capital para apoyar las iniciativas de vuelos espaciales privados en la década de 2010, se han formado varias empresas emergentes para buscar oportunidades con el desarrollo de una variedad de tecnologías de vehículos de lanzamiento de nanosatélites (NLV) de pequeña carga útil.
Los NLV propuestos o en desarrollo incluyen:
- Virgin Orbit Launcher: una etapa superior , destinada a ser lanzada desde el aire desde WhiteKnightTwo, similar a cómo se lanza el avión espacial SpaceShipTwo . [32] [37]
- Etapa superior Nanosat de Ventions. [38]
- Nammo / Andøya North Star ( lanzador con capacidad para órbita polar para una carga útil de 10 kg (22 lb)) [39]
- A abril de 2013[actualizar], Garvey Spacecraft (ahora Vector Launch ) está evolucionando su tecnología de vehículo de lanzamiento suborbital Prospector 18 en un vehículo de lanzamiento orbital nano-satinado capaz de entregar una carga útil de 10 kg (22 lb) en una órbita de 250 km (160 millas). [19]
- Generation Orbit está desarrollando un cohete lanzado desde el aire para llevar tanto nanosatélites como microsatélites de menos de 50 kg a la órbita terrestre baja. [32]
Lanzamientos reales de NS:
- La NASA lanzó tres satélites el 21 de abril de 2013 basados en teléfonos inteligentes. Dos teléfonos usan la especificación PhoneSat 1.0 y el tercero usó una versión beta de PhoneSat 2.0 [40]
- ISRO lanzó 14 nanosatélites el 22 de junio de 2016, 2 para universidades indias y 12 para Estados Unidos en el marco del programa Flock-2P . Este lanzamiento se realizó durante la misión PSLV-C34 .
- ISRO lanzó 103 nanosatélites el 15 de febrero de 2017. Este lanzamiento se realizó durante la misión PSLV-C37 . [41]
Picosatélites
El término "picosatélite" o "picosat" (que no debe confundirse con la serie de microsatélites PicoSAT ) se suele aplicar a satélites artificiales con una masa húmeda entre 0,1 y 1 kg (0,22 y 2,2 lb), [5] [6] aunque a veces se utiliza para referirse a cualquier satélite que tenga menos de 1 kg de masa de lanzamiento. [2] Nuevamente, los diseños y diseños propuestos de estos tipos suelen tener múltiples picosatélites trabajando juntos o en formación (a veces se aplica el término "enjambre"). Algunos diseños requieren un satélite "madre" más grande para la comunicación con los controladores terrestres o para el lanzamiento y acoplamiento con picosatélites.
Los picosatélites están emergiendo como una nueva alternativa para los constructores de kits de bricolaje . Actualmente, los picosatélites están disponibles comercialmente en todo el rango de 0,1 a 1 kg (0,22 a 2,2 libras). Las oportunidades de lanzamiento ahora están disponibles por $ 12,000 a $ 18,000 para cargas útiles de picosat de menos de 1 kg que son aproximadamente del tamaño de una lata de refresco. [42]
Femtosatélites
El término "femtosatélite" o "femtosat" se aplica generalmente a satélites artificiales con una masa húmeda inferior a 100 g (3,5 oz). [2] [5] [6] Al igual que los picosatélites, algunos diseños requieren un satélite "madre" más grande para comunicarse con los controladores terrestres.
Se lanzaron tres prototipos de "satélites en chip" a la ISS en el transbordador espacial Endeavour en su misión final en mayo de 2011. Se adjuntaron a la plataforma externa de la ISS, Materials International Space Station Experiment (MISSE-8) para realizar pruebas. [43] En abril de 2014, el nanosatélite KickSat fue lanzado a bordo de un cohete Falcon 9 con la intención de liberar 104 chipsats del tamaño de femtosatélites, o "Sprites". [44] [45] En el caso, no pudieron completar el despliegue a tiempo debido a una falla en un reloj a bordo y el mecanismo de despliegue volvió a entrar en la atmósfera el 14 de mayo de 2014, sin haber desplegado ninguno de los femtosat de 5 gramos . [46] ThumbSat es otro proyecto que pretende lanzar femtosatélites a finales de la década de 2010. [47] ThumbSat anunció un acuerdo de lanzamiento con CubeCat en 2017 para lanzar hasta 1000 de los satélites muy pequeños. [48] [ necesita actualización ]
En marzo de 2019, el CubeSat KickSat-2 desplegó 105 femtosats [ aclaración necesaria ] llamados "ChipSats" en la órbita de la Tierra. Los satélites se probaron durante 3 días y luego volvieron a entrar en la atmósfera y se quemaron. [49]
Desafíos técnicos
Los satélites pequeños generalmente requieren sistemas innovadores de propulsión, control de actitud , comunicación y computación.
Los satélites más grandes suelen utilizar sistemas de combustión monopropulsores o bipropulsantes para la propulsión y el control de actitud; estos sistemas son complejos y requieren una cantidad mínima de volumen en la superficie para disipar el calor. Estos sistemas pueden usarse en satélites pequeños más grandes, mientras que otros micro / nano satélites tienen que usar propulsión eléctrica, gas comprimido, líquidos vaporizables como butano o dióxido de carbono u otros sistemas de propulsión innovadores que son simples, baratos y escalables.
Los satélites pequeños pueden utilizar sistemas de radio convencionales en UHF, VHF, banda S y banda X, aunque a menudo se miniaturizan utilizando tecnología más actualizada en comparación con los satélites más grandes. Los satélites diminutos, como los nano-satélites y los micro-satélites, pueden carecer de la fuente de alimentación o de la masa de los transpondedores de radio convencionales grandes , y se han propuesto varios sistemas de comunicaciones miniaturizados o innovadores, como receptores láser, conjuntos de antenas y redes de comunicación de satélite a satélite. Pocos de estos se han demostrado en la práctica.
Los componentes electrónicos deben probarse y modificarse rigurosamente para ser "endurecidos en el espacio" o resistentes al entorno del espacio exterior (vacío, microgravedad, temperaturas extremas y exposición a la radiación). Los satélites miniaturizados brindan la oportunidad de probar nuevo hardware con un gasto reducido en las pruebas. Además, dado que el riesgo de costo general en la misión es mucho menor, se puede incorporar tecnología más actualizada pero menos probada en el espacio en micro y nano-satélites que la que se puede usar en misiones mucho más grandes y costosas con menos apetito por el riesgo.
Seguridad de colisión
Los satélites pequeños son difíciles de rastrear con un radar terrestre, por lo que es difícil predecir si colisionarán con otros satélites o naves espaciales ocupadas por humanos. La Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. Ha rechazado al menos una solicitud de lanzamiento de un satélite pequeño por estos motivos de seguridad. [50]
Ver también
- Programa canadiense de experimentación avanzada del nanoespacio
- CanSat
- DRAGONSat picosatélite
- Vehículo micro aéreo
- Premio N
- Sistema de lanzamiento de nanosatélites
- Formación de satélites volando
- ESFERAS
- Iniciativa estudiantil de exploración espacial y tecnología
- Programa Universitario de Nanosatélites
- AMSAT Amateur Satellite Corp.
- PocketQube
- Laboratorio de cohetes
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enlaces externos
- Base de datos de nanosatélites y CubeSat
- Índice NewSpace
- Recursos de desarrollo de satélites Pico