E_LAI_12_2018_promo

KOSMOS
Mikrokosmos
Waldemar Zwierzchlejski
3 lutego bieżącego roku z wyrzutni
szynowej umieszczonej na
stanowisku startowym Kappa
w Uchinoura Space Center, znanego
też jako kosmodrom Kagoshima,
została wystrzelona rakieta
SS-520 №5. Poprzez dodanie do
wysokościowej rakiety sondażowej
trzeciego stopnia, stworzono
miniaturową rakietę nośną dla
nanosatelitów. Start powiódł się
(przeprowadzona rok wcześniej
pierwsza próba zakończyła się
niepowodzeniem) i po zaledwie
niecałych pięciu minutach Japonia
pobiła swój własny, mający 48 lat
rekord, w kategorii „najmniejsza
rakieta kosmiczna”. Masa pierwszej,
L-4S, wynosiła 9,4 t (udźwig
23 kg), drugiej zaś 2,9 t (udźwig
4 kg). Nic w tym dziwnego, Japonia
od lat przecież słynęła w dziedzinie
miniaturyzacji, zwłaszcza
elektroniki użytkowej.
Małe jest piękne
Wraz ze startem L-4S w dniu 11 lutego 1970 r. Japonia
dołączyła do bardzo wówczas elitarnej grupy
państw, dysponujących możliwością samodzielnego
wynoszenia ładunków na orbitę – wcześniej
dokonały tego jedynie ZSRR w 1957 r., USA w 1958
i Francja w 1966. W kolejnych latach w Kraju Kwitnącej
Wiśni powstała cała gama rakiet, umożliwiających
wysyłanie coraz większych i cięższych satelitów.
Jak jednak wiadomo, wraz z postępem techniki,
zastosowaniem nowoczesnych technologii i niebywałą
miniaturyzacją, od kilkunastu lat na orbitę
wynoszone są satelity o rząd wielkości bądź nawet
więcej lżejsze od swych protoplastów, mogące jednak
wykonywać zadania w takim samym zakresie,
jeśli nie lepszym. Jednak jak bardzo można miniaturyzować
satelity, by uzyskiwać z nich wartościowe
dane?
Odpowiedź na to pytanie dali w 1999 r. profesorowie
Jordi Puig-Suari z politechniki kalifornijskiej
(Cal-Poly) oraz Bob Twiggs z Uniwerytetu Stanforda.
Zaproponowali oni swym studentom opracowanie
najmniejszego satelity, z możliwościami badawczymi
na poziomie pierwszego sztucznego satelity
Ziemi, to jest radzieckiego Sputnika z 1957 r., mającego
masę 83,6 kg. W krótkim czasie okazało się,
że korzystając z ówczesnych technologii i podzespołów,
z których część można było zakupić od ręki
w zwykłych sklepach z elektroniką, można stworzyć
funkcjonującego satelitę o masie około jednego
kilograma i wielkości kostki Rubika. Dość szybko
opracowano standard, według którego każdy mógł
CubeSat formatu 1U.
Satelita PW-Sat-2.
zbudować własnego nanosatelitę. Warunkami brzegowymi
był wymiar – 10×10×10 cm oraz masa – do
1,33 kg.
Tak zaprojektowane satelity, nazwane po prostu
CubeSat, mogły zostać zapakowane do dyspensera
P-POD (Poly-PicoSatellite Orbital Deployer), mogącego
pomieścić do trzech sztuk. Już wówczas przewidziano,
że można będzie łączyć w obrębie jednego
P-POD kostki w pary, bądź w trójki. Każdy podstawowy
element nazwano jednostką (unit), zatem
pojawiły się oznaczenia wielkości satelitów 1U, 2U,
bądź 3U. Nieco później opracowano też wersji 0,5U
i 1,5U. Jak się okazało, nawet w wersji 1U, możliwe
było upakowanie wewnątrz kostki jakiegoś przyrządu
naukowego, systemu kierowania, aparatury
radiowej, a na zewnątrz ogniw fotowoltaicznych
i anten. Do pierwszego startu satelitów opartych na
tym standardzie doszło 30 czerwca 2003 r.
Z Plesiecka wysłana została rakieta nośna Rokot
z dodatkowym stopniem Briz-KM. Wśród rozlicznych
ładunków znajdowały się też trzy dyspensery
P-POD, a w nich siedem nanosatelitów – dwa amerykańskie
(jeden w wersji 3U, drugi 1U), dwa duńskie,
jeden kanadyjski oraz dwa japońskie. Były to
CUTE-I zbudowany z udziałem studentów Tokijskiego
Instytutu Technologicznego oraz Cubesat
XI-IV, powstały na Uniwersytecie Tokijskim. Oba
kubiki służyły do testowania satelitarnej łączności
radioamatorskiej.
Dwa lata później doszło do drugiego startu satelitów
opartych na nowym standardzie, wśród nich
znajdował się Cubesat XI-V. Kolejne dwa japońskie
nanosatelity były już znacznie bardziej zaawansowane
– pierwszy, dwujednostkowy Cute-1.7 + APD
II oprócz funkcji radioamatorskich pełnił rolę, która
w japońskich satelitach technologicznych jest uważana
za jedną z kluczowych, mianowicie miał za
zadanie przetestować jedną z metod przyspieszania
deorbitacji satelitów. Wybrano metodę oddzielenia
na uwięzi elementu satelity, dzięki czemu zaczął
on stawiać znacznie większy opór aerodynamiczny.
Drugi satelita (1U, Nihon University) służył radioamatorom.
W kolejnym starcie wyniesione zostały trzy
cubesaty „made in Japan” – Hayato, Waseda-SAT2
oraz Negri. Wszystkie zbudowano w wersji 1U, ale
ich zadania nie były już tak proste, jak u poprzedników.
Pierwszy posiadał kamery do obserwacji
Ziemi w zakresie promieniowania mikrofalowego, co
pozwalało rejestrować występowanie pary wodnej
w atmosferze, drugi testował elektronikę, konkretnie
bezpośrednio programowalną macierz bramek, trzeci
zaś obserwował Ziemię oraz testował metodę orientacji
przestrzennej za pomocą wysuwanych elementów
(„wiosełek”). Kolejny pakiet czterech japońskich
satelitów rozmiaru 1U wyniesiono w 2014 r. Były to
KSAT2 (Hayato 2), OPUSAT (Osaka Prefecture University
Satellite) do badania systemu zasilania opartego
na superkondensatorach litowo-jonowych,
radioamatorski INVADER (Interactive satellite for
Art and Design Experimental Research, ARTSAT-1)
i technologiczny ITF-1 (Imagine The Future 1, Yui). Do
wynoszenia wymienionych satelitów używano rakiet
typu Kosmos-3M, Dniepr, PSLV i H-2A.
72
Lotnictwo Aviation International GRUDZIEŃ 2018