Pequeno satélite - Small satellite

Um pequeno satélite , satélite miniaturizado ou smallsat é um satélite de baixa massa e tamanho, geralmente inferior a 500 kg (1.100 lb). Embora todos esses satélites possam ser chamados de "pequenos", diferentes classificações são usadas para categorizá-los com base na massa . Os satélites podem ser construídos de forma pequena para reduzir o grande custo econômico dos veículos lançadores e os custos associados à construção. Satélites em miniatura, especialmente em grande número, podem ser mais úteis do que menos satélites maiores para alguns propósitos - por exemplo, coleta de dados científicos e transmissão de rádio . Os desafios técnicos na construção de pequenos satélites podem incluir a falta de armazenamento de energia suficiente ou de espaço para um sistema de propulsão .

Racionais

Nome do grupo Massa (kg)
Satélite grande > 1000
Satélite médio 500 a 1000
Mini satélite 100 a 500
Micro satélite 10 a 100
Nano satélite 1 a 10
Satélite do Pico 0,1 a 1
Femto satélite <0,1

Uma justificativa para miniaturizar satélites é reduzir o custo; satélites mais pesados ​​requerem foguetes maiores com maior empuxo, que também têm custo financeiro maior. Em contraste, satélites menores e mais leves requerem veículos de lançamento menores e mais baratos e às vezes podem ser lançados em múltiplos. Eles também podem ser lançados 'nas costas', usando a capacidade excedente em veículos de lançamento maiores. Os satélites miniaturizados permitem designs mais baratos e facilidade de produção em massa.

Outra razão importante para o desenvolvimento de pequenos satélites é a oportunidade de habilitar missões que um satélite maior não poderia realizar, como:

  • Constelações para comunicações de baixa taxa de dados
  • Usando formações para coletar dados de vários pontos
  • Inspeção em órbita de satélites maiores
  • Pesquisa relacionada à universidade
  • Testar ou qualificar novo hardware antes de usá-lo em uma espaçonave mais cara

História

Os segmentos de nanosatélites e microssatélites da indústria de lançamento de satélites têm crescido rapidamente nos últimos anos. A atividade de desenvolvimento na faixa de 1–50 kg (2,2–110,2 lb) tem excedido significativamente aquela na faixa de 50–100 kg (110–220 lb).

Apenas na faixa de 1–50 kg , menos de 15 satélites foram lançados anualmente em 2000 a 2005, 34 em 2006, depois menos de 30 lançamentos anuais durante 2007 a 2011. Isso aumentou para 34 lançados em 2012 e 92 lançados em 2013.

O analista europeu Euroconsult projeta mais de 500 smallsats sendo lançados em 2015–2019 com um valor de mercado estimado em US $ 7,4 bilhões .

Em meados de 2015, muitas outras opções de lançamento estavam disponíveis para pequenos proprietários, e as viagens como cargas úteis secundárias tornaram-se maiores em quantidade e mais fáceis de agendar em um prazo mais curto.

Grupos de classificação

Três microssatélites de Tecnologia Espacial 5

Pequenos satélites

O termo "pequeno satélite", ou às vezes "minissatélite", muitas vezes se refere a um satélite artificial com uma massa úmida (incluindo combustível) entre 100 e 500 kg (220 e 1.100 lb), mas em outro uso passou a significar qualquer satélite sob 500 kg (1.100 lb).

Pequenos exemplos de satélites incluem Demeter , Essaim , Parasol , Picard , MICROSCOPE , TARANIS , ELISA , SSOT , SMART-1 , Spirale-A e -B e satélites Starlink .

Pequeno veículo de lançamento de satélite

Embora os smallsats tenham sido tradicionalmente lançados como cargas úteis secundárias em veículos de lançamento maiores, várias empresas atualmente estão desenvolvendo ou já desenvolveram veículos de lançamento voltados especificamente para o mercado de smallsat. Em particular, o paradigma de carga útil secundária não fornece a especificidade necessária para muitos pequenos satélites que têm requisitos orbitais e de tempo de lançamento exclusivos.

As empresas que oferecem veículos de lançamento de pequeno porte incluem:

As empresas que planejam veículos de lançamento de pequeno porte incluem:

  • Foguete Astra 3.0 (100 kg)

Microssatélites

O termo "microssatélite" ou "microssat" é geralmente aplicado ao nome de um satélite artificial com uma massa úmida entre 10 e 100 kg (22 e 220 lb). No entanto, esta não é uma convenção oficial e às vezes esses termos podem se referir a satélites maiores ou menores do que isso (por exemplo, 1–50 kg (2,2–110,2 lb)). Às vezes, projetos ou projetos propostos de alguns satélites desses tipos têm microssatélites trabalhando juntos ou em uma formação . O termo genérico "pequeno satélite" ou "smallsat" também é usado algumas vezes, assim como "satlet".

Exemplos: Astrid-1 e Astrid-2, bem como o conjunto de satélites anunciados atualmente para o LauncherOne (abaixo)

Em 2018, os dois microsats do Mars Cube One - com apenas 13,5 kg (30 lb) cada - se tornaram os primeiros CubeSats a deixar a órbita da Terra para uso no espaço interplanetário. Eles voaram em seu caminho para Marte ao lado do sucesso Mars InSight lander missão. Os dois microsats realizaram um sobrevôo de Marte em novembro de 2018, e ambos continuaram se comunicando com as estações terrestres na Terra até o final de dezembro. Ambos ficaram em silêncio no início de janeiro de 2019.

Veículo de lançamento de microssatélites

Uma série de empresas empreiteiras comerciais e militares estão atualmente desenvolvendo veículos de lançamento de microssatélites para realizar os requisitos de lançamento cada vez mais direcionados de microssatélites. Embora os microssatélites tenham sido carregados para o espaço por muitos anos como cargas úteis secundárias a bordo de lançadores maiores , o paradigma da carga útil secundária não fornece a especificidade necessária para muitos pequenos satélites cada vez mais sofisticados que têm requisitos orbitais e de tempo de lançamento exclusivos.

Em julho de 2012, a Virgin Galactic anunciou o LauncherOne , um veículo de lançamento orbital projetado para lançar cargas úteis primárias "smallsat" de 100 kg (220 lb) em órbita baixa da Terra , com lançamentos projetados para começar em 2016. Vários clientes comerciais já contrataram lançamentos , incluindo GeoOptics , Skybox Imaging , Spaceflight Industries e Planetary Resources . Tanto a Surrey Satellite Technology quanto a Sierra Nevada Space Systems estão desenvolvendo ônibus via satélite "otimizados para o design do LauncherOne". A Virgin Galactic tem trabalhado no conceito LauncherOne desde o final de 2008 e, a partir de 2015, está tornando-o uma parte maior do plano de negócios principal da Virgin, uma vez que o programa de voos espaciais humanos da Virgin sofreu vários atrasos e um acidente fatal em 2014.

Em dezembro de 2012, a DARPA anunciou que o programa Airborne Launch Assist Space Access forneceria o impulsionador de foguetes microssatélites para o programa DARPA SeeMe que pretendia lançar uma " constelação de 24 microssatélites (~ 20 kg (44 lb) de alcance) cada um com 1 -m resolução de imagem . " O programa foi cancelado em dezembro de 2015.

Em abril de 2013, a Garvey Spacecraft recebeu um contrato de US $ 200.000 para evoluir sua tecnologia de veículo de lançamento suborbital Prospector 18 em um veículo de lançamento nanosat orbital capaz de entregar uma carga útil de 10 kg (22 lb) em uma órbita de 250 km (160 mi) para um mesmo -mais-capaz agrupado "20/450 nano / micro satélite Lançamento Veículo" (NMSLV) capaz de fornecer 20 kg (44 lb) cargas úteis em 450 km (280 mi) órbitas circulares .

A Boeing pequeno Veículo Lançador é um lançado do ar de três estágios até a órbita veículo de lançamento conceito destinado a lançar pequenas cargas de 45 kg (100 lb) em órbita baixa da Terra. O programa é proposto para reduzir os custos de lançamento de pequenos satélites militares dos EUA para tão baixo quanto US $ 300.000 por lançamento ($ 7.000 / kg) e, se o programa de desenvolvimento fosse financiado, em 2012 poderia estar operacional em 2020.

A empresa suíça Swiss Space Systems (S3) anunciou planos em 2013 para desenvolver um avião espacial suborbital chamado SOAR que lançaria um veículo de lançamento microsat capaz de colocar uma carga útil de até 250 kg (550 lb) em órbita baixa da Terra.

A empresa espanhola PLD Space nasceu em 2011 com o objetivo de desenvolver veículos lançadores de baixo custo denominados Miura 1 e Miura 5 com capacidade para colocar em órbita até 150 kg (330 lb).

Nanosatélites

Nanossatélites lançados, planejados e previstos em agosto de 2021

O termo "nanossatélite" ou "nanossat" é aplicado a um satélite artificial com uma massa úmida entre 1 e 10 kg (2,2 e 22,0 lb). Os projetos e projetos propostos desses tipos podem ser lançados individualmente ou podem ter vários nanosatélites trabalhando juntos ou em formação, caso em que, às vezes, o termo "enxame de satélites" ou " espaçonave fracionada " pode ser aplicado. Alguns projetos requerem um satélite "mãe" maior para comunicação com controladores de solo ou para lançamento e acoplamento com nanossatélites. Mais de 1600 nanossatélites foram lançados em agosto de 2021.

Um CubeSat é um tipo comum de nanosatélite, construído em forma de cubo com base em múltiplos de 10 cm × 10 cm × 10 cm, com uma massa de no máximo 1,33 quilogramas (2,9 lb) por unidade. O conceito CubeSat foi desenvolvido pela primeira vez em 1999 por uma equipe colaborativa da California Polytechnic State University e da Stanford University , e as especificações, para uso por qualquer pessoa que planeje lançar um nanosatélite no estilo CubeSat, são mantidas por este grupo.

Com os avanços contínuos na miniaturização e aumento da capacidade da tecnologia eletrônica e o uso de constelações de satélites , os nanossatélites são cada vez mais capazes de realizar missões comerciais que antes exigiam microssatélites. Por exemplo, um padrão CubeSat 6U foi proposto para permitir uma constelação de satélites de imagem da Terra de 35 8 kg (18 lb) para substituir uma constelação de cinco satélites de imagem da Terra RapidEye de 156 kg (344 lb) , com o mesmo custo de missão , com tempos de revisita significativamente aumentados: todas as áreas do globo podem ser visualizadas a cada 3,5 horas, em vez de uma vez a cada 24 horas com a constelação RapidEye. Tempos de revisita mais rápidos são uma melhoria significativa para as nações que realizam respostas a desastres, que era o objetivo da constelação RapidEye. Além disso, a opção de nanosat permitiria que mais nações possuíssem seus próprios satélites para coleta de dados de imagem fora do pico (sem desastres). À medida que os custos e os tempos de produção diminuem, os nanosatélites estão se tornando empreendimentos cada vez mais viáveis ​​para as empresas.

Exemplo de nanossatélites: ExoCube (CP-10) , ArduSat , SPROUT

Os desenvolvedores e fabricantes de nanossatélites incluem EnduroSat , GomSpace , NanoAvionics , NanoSpace, Spire , Surrey Satellite Technology , NovaWurks , Dauria Aerospace , Planet Labs e Reaktor .

Mercado Nanosat

Nos dez anos de lançamentos de nanossat antes de 2014, apenas 75 nanossat foram lançados. As taxas de lançamento aumentaram substancialmente quando, no período de três meses de novembro de 2013 a janeiro de 2014, 94 nanosats foram lançados.

Um desafio do uso de nanosats tem sido a entrega econômica desses pequenos satélites para qualquer lugar além da órbita baixa da Terra . No final de 2014, as propostas estavam sendo desenvolvidas para espaçonaves maiores projetadas especificamente para entregar enxames de nanosats a trajetórias que estão além da órbita da Terra para aplicações como a exploração de asteróides distantes.

Veículo de lançamento de nanossatélites

Com o surgimento dos avanços tecnológicos de miniaturização e aumento de capital para apoiar iniciativas de voos espaciais privados na década de 2010, várias startups foram formadas para buscar oportunidades com o desenvolvimento de uma variedade de tecnologias de veículos de lançamento de nanossatélites de pequena carga útil (NLV).

Os NLVs propostos ou em desenvolvimento incluem:

Lançamentos reais do NS:

  • A NASA lançou três satélites em 21 de abril de 2013 com base em telefones inteligentes. Dois telefones usam a especificação PhoneSat 1.0 e o terceiro usa uma versão beta do PhoneSat 2.0
  • A ISRO lançou 14 nanossatélites em 22 de junho de 2016, 2 para universidades indianas e 12 para os Estados Unidos sob o programa Flock-2P . Este lançamento foi realizado durante a missão PSLV-C34 .
  • A ISRO lançou 103 nanossatélites em 15 de fevereiro de 2017. Este lançamento foi realizado durante a missão PSLV-C37 .

Picosatélites

O termo "picosatélite" ou "picosat" (não deve ser confundido com a série de microssatélites PicoSAT ) é geralmente aplicado a satélites artificiais com uma massa úmida entre 0,1 e 1 kg (0,22 e 2,2 lb), embora às vezes seja usado para se referir a qualquer satélite com menos de 1 kg de massa de lançamento. Novamente, os projetos e projetos propostos desses tipos geralmente têm vários picossatélites trabalhando juntos ou em formação (às vezes, o termo "enxame" é aplicado). Alguns projetos requerem um satélite "mãe" maior para comunicação com controladores de solo ou para lançamento e acoplamento com picossatélites.

Os picossatélites estão surgindo como uma nova alternativa para os fabricantes de kits "faça você mesmo ". Picosatélites estão atualmente disponíveis comercialmente em toda a faixa de 0,1–1 kg (0,22–2,2 lb). Oportunidades de lançamento agora estão disponíveis por US $ 12.000 a US $ 18.000 para cargas úteis de picosat abaixo de 1 kg, que são aproximadamente do tamanho de uma lata de refrigerante.

Femtosatélites

O termo "femtosatélite" ou "femtosat" é geralmente aplicado a satélites artificiais com uma massa úmida abaixo de 100 g (3,5 oz). Como os picossatélites, alguns projetos requerem um satélite "mãe" maior para comunicação com os controladores de solo.

Três protótipos de "chips satélites" foram lançados para a ISS no Ônibus Espacial Endeavour em sua missão final em maio de 2011. Eles foram anexados à plataforma externa da ISS, Materials International Space Station Experiment (MISSE-8) para teste. Em abril de 2014, o nanosatélite KickSat foi lançado a bordo de um foguete Falcon 9 com a intenção de lançar 104 chipsats do tamanho de femtosatélite, ou "Sprites". No caso, eles não conseguiram concluir a implantação a tempo devido a uma falha de um relógio de bordo e o mecanismo de implantação reentrou na atmosfera em 14 de maio de 2014, sem ter implantado qualquer um dos femtosats de 5 gramas . ThumbSat é outro projeto que pretende lançar femtosatélites no final da década de 2010. ThumbSat anunciou um acordo de lançamento com CubeCat em 2017 para lançar até 1000 dos satélites muito pequenos.

Em março de 2019, o CubeSat KickSat-2 implantou 105 femtosats chamados "ChipSats" na órbita da Terra. Os satélites foram testados por 3 dias e, então, reentraram na atmosfera e incendiaram-se.

Desafios técnicos

Satélites pequenos geralmente requerem sistemas inovadores de propulsão, controle de atitude , comunicação e computação.

Satélites maiores geralmente usam monopropelentes ou sistemas de combustão bipropelente para propulsão e controle de atitude; esses sistemas são complexos e requerem uma quantidade mínima de volume para a área de superfície para dissipar o calor. Esses sistemas podem ser usados ​​em pequenos satélites maiores, enquanto outros micro / nanosats precisam usar propulsão elétrica, gás comprimido, líquidos vaporizáveis ​​como butano ou dióxido de carbono ou outros sistemas de propulsão inovadores que são simples, baratos e escaláveis.

Satélites pequenos podem usar sistemas de rádio convencionais em UHF, VHF, banda S e banda X, embora muitas vezes miniaturizados usando tecnologia mais atualizada em comparação com satélites maiores. Satélites minúsculos, como nanosats e microsats pequenos, podem não ter o fornecimento de energia ou massa para grandes transponders de rádio convencionais , e vários sistemas de comunicação miniaturizados ou inovadores foram propostos, como receptores de laser, conjuntos de antenas e redes de comunicação de satélite para satélite. Poucos deles foram demonstrados na prática.

A eletrônica precisa ser rigorosamente testada e modificada para ser "endurecida no espaço" ou resistente ao ambiente do espaço sideral (vácuo, microgravidade, extremos térmicos e exposição à radiação). Os satélites miniaturizados permitem a oportunidade de testar um novo hardware com despesas reduzidas de teste. Além disso, uma vez que o risco de custo geral na missão é muito menor, tecnologia mais atualizada, mas menos comprovada no espaço, pode ser incorporada em micro e nanosats do que pode ser usada em missões muito maiores, mais caras e com menos apetite para o risco.

Segurança de colisão

Satélites pequenos são difíceis de rastrear com radar baseado em terra, então é difícil prever se eles irão colidir com outros satélites ou espaçonaves ocupadas por humanos. A Comissão Federal de Comunicações dos Estados Unidos rejeitou pelo menos um pequeno pedido de lançamento de satélite por esses motivos de segurança.

Veja também

Referências

links externos