CubeSats

Ich hoffe ja nur, daß alle diese "Starter" irgendeinen Mechanismus (z.B. das JoJo) einbauen für schnelles Entsorgen. Wenn nicht, sind es für mich verantwortungslose Schachtelwerfer. Aber freilich - "Der Weltraum - unendliche Weiten". Immer hoch mit dem Zeugs ohne Kontrolle...

JoJos (und andere Ansätze) sind auch nicht "die Lösung". Bei jedem weiter eingeführten Subsystem muss man abwägen, was es kann, wie zuverlässig es ist (bzw. wie es sich auf die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems auswirkt), welcher Fehlermodi es haben kann und welche Wirkungen sich entfalten können. Am Ende steigt das Debrisrisiko sogar ...
Jeder Mechanismus bringt an sich weitere Debris-Gefahr in ein System, da sich jetzt Teile bewegen, ggf. unter mechanischer Spannung stehen (Federpakete, ...) und Energie speichern. Dann müssen zusätzliche Auffangsysteme integriert werden, so dass Bolzen z.B. nicht freigesetzt werden. Auch die müssen zuverlässig funktionieren.
Wenn diese mechanischen Systeme versagen, hast du anstatt eines Objekts dann vielleicht noch 2 oder 3 Kleinstobjekte freigesetzt und bist vom Regen in die Traufe gekommen.

Niedrig ausgesetzt CubeSats sind nur ein vorübergehendes, kontrollierbares Problem. In diesen Missionszenarien (deren Grenzen klar gemacht werden müssen) sollte man wahrscheinlich nicht mit unnötigen"Entsorgungssystemen" die technische Komplexität steigern und sich ggf. nur trügerische Sicherheit erkaufen.

Die Betriebsregeln für CubeSats sollten denen für "normale" Sats folgen. Da ist heute ISO 24113 der gültige Minimalstandard.

Allgemein gilt:
Im normalen Betrieb keinen Müll freisetzen, d.h. u.a. das es qualifizierte Vorrichtungen geben muss, die bewegliche Teile einfangen oder sichern. Das gilt für Bolzen, Verriegelungen, Schutzkappen, Blenden ...
Für CubeSats heißt das wohl praktisch, dass sie solche Dinge an Bord vermeiden müssen.

Bis in 2000km Höhe gilt dann:
Der Betreiber muss sicherstellen, dass nach Missionsende der Satellit maximal 25 Jahre in dieser Regien bleibt, entweder durch natürliches Absinken, gezieltes Absenken, gezielten Re-Entry oder ein Manöver über 2000km hinaus, um dort mindestens 100 Jahre zu bleiben.

Zu diesem Punkt muss der Betreiber eine Analyse anfertigen, in der er nachweist eine der Bedingungen zu erfüllen. Für CubeSats kann eigentlich nur das natürliche Absinken passen. Hier muss man den Betreiber zwingen, das für sein Missionszenario nachzuweisen.

Aber wie kann man sie dazu zwingen? Ich würde die Verantwortung auf die Starter überwälzen. Die müssen die Betriebspläne und Analysen aller Fluggäste reviewen und selbst vorgeben: wir nehmen nur mit, wer uns das nachweisen kann.

Nun sind CubeSats relativ klein. Wahrscheinlich haben sie eine kurze Betriebsdauer und anschließend eine lange Verweildauer im LEO. Die Hersteller könnten noch darüber nachdenken, ob sie deren Ortbarkeit verbessern, also dass die CubeSats ein gutes Radarecho abgeben, so dass man relativ einfach und genau deren Orbit bestimmen, verfolgen und vorhersagen kann.
Zu diesem Punkt kenne ich aber noch keine Standards.

Jeder Mechanismus bringt an sich weitere Debris-Gefahr in ein System, da sich jetzt Teile bewegen, ggf. unter mechanischer Spannung stehen (Federpakete, ...) und Energie speichern. Dann müssen zusätzliche Auffangsysteme integriert werden, so dass Bolzen z.B. nicht freigesetzt werden. Auch die müssen zuverlässig funktionieren.

Das kann nicht das Problem sein. Dann müßte man ja auch auf die ungleich komplizierteren Wiedereintritts-Mechanismen und -Szenarien bei Progreß u.v.a.m. verzichten. Da werden auch Bolzen, Motoren, Sonstwas bewegt, um viel gefährlichere Dinge auszulösen. Da könnten durch Resttreibstoffe ganze Schrottwolken entstehen oder auch im Gegensatz eine geradezu "konservierende" Bahn..
Mittlerweile hat doch "Weltraummechanik" einen hohen und zuverlässigen Stand erreicht. Man denke nur an SkyCrane u.a. Wichtig ist dabei doch, daß auch CubeSats einer Standard-Kontrollprozedur unterworfen sein müssen. Z.B. die ISO 24113.
Ok, da kann dann auch mal ein Teil versagen. Aber besser ist doch, von 100 Schachteln 99 verglühen zu lassen, als alles dem Zufall zu überlassen. Machen wir uns doch nix vor: Die Ambitionen, auch mal was "höher" hinauf zu schicken, werden kommen. Und Starter, die das ohne Bedenken tun werden, wird es auch geben. Aber 2000 km ist ganz schön weit weg, und mit jedem km sinkt die Kontroll- und Beobachtungsgenauigkeit.

Aber nun ja, bislang sind das alles nur Wünsche, daß man "sollte, müßte, eventuell".
Denn wie wir gesehen haben - eine umfassende bindende Kontrolle ist ja erstmal abgeschmettert worden.

Das kann nicht das Problem sein. Dann müßte man ja auch auf die ungleich komplizierteren Wiedereintritts-Mechanismen und -Szenarien bei Progreß u.v.a.m. verzichten. Da werden auch Bolzen, Motoren, Sonstwas bewegt, um viel gefährlichere Dinge auszulösen. Da könnten durch Resttreibstoffe ganze Schrottwolken entstehen oder auch im Gegensatz eine geradezu "konservierende" Bahn..
Mittlerweile hat doch "Weltraummechanik" einen hohen und zuverlässigen Stand erreicht. Man denke nur an SkyCrane u.a.
...

Ja klar ... bei großen Raumsystemen baut man so was ein, da kann das der Ingenieur, es sind genug Geld und Platz da und Ressourcen zum Testen hat man auch ... und wenn es Probleme gibt, kann man nacharbeiten. Aber wie willst du dass alles in einen kleinen, billigen, einfachen Satelliten bringen, den eine Uni zusammenbastelt, um erste Gehversuche im All zu machen? Genau wenn solche Subsysteme, samt Tests und Qualifikation, in so einen kleinen CubeSat reinmüssen, hört er auf klein und einfach zu sein ... und wird wachsen ... und überfordert die Uni.

Bzgl. der 2000km: sie könnten auch gleich auf über 2000km mitfliegen, auf einer Primärmission in den GSO z.B., und da oben ihre Mission machen ... ohne diese Anforderungen aus ISO beachten zu müssen. Zwischen LEO und GSO können sie heute praktisch noch machen was sie wollen.

Bzgl. der 2000km: sie könnten auch gleich auf über 2000km mitfliegen, auf einer Primärmission in den GSO z.B., und da oben ihre Mission machen ... ohne diese Anforderungen aus ISO beachten zu müssen. Zwischen LEO und GSO können sie heute praktisch noch machen was sie wollen.

Ja, leider.....

Aber wie willst du dass alles in einen kleinen, billigen, einfachen Satelliten bringen, den eine Uni zusammenbastelt, um erste Gehversuche im All zu machen? Genau wenn solche Subsysteme, samt Tests und Qualifikation, in so einen kleinen CubeSat reinmüssen, hört er auf klein und einfach zu sein ... und wird wachsen ... und überfordert die Uni.

Siehst Du, da fängt für mich dieses modern gewordene "Was geht, wird gemacht" an. 
Wie wäre es denn, wenn man den Studenten, "die unsere Zukunft mitgestalten" von vornherein den Sinn für Verantwortung beibringt? So daß sie sich sagen : "Ok, das möchten wir machen, aber es ist hoch Riskant im Sinne von Schrottentstehung, der andere Missionen, vlt. sogar bemannte, gefährdet. Wir werden uns noch bremsen und erst mehr Gehirnschmalz investieren, Um Sicherheit und Expeiment gleichzeitig zu haben."

Klar. So sollte das sein. Von selbst kommt der Entwickler da aber nicht drauf, oder ihm fehlt die Disziplin sich selbst zu stoppen. Er will seine Mission einfach fertig bekommen. Da steckt sein Herzblut drin.
Disziplinierend regulieren müssen andere. In der Luftfahrt gibt es z.B. das Luftfahrtbundesamt samt gesetzlicher Grundlage. Ohne dessen Zulassung geht hier kein Flugzeug in die Luft. Es kann auch nicht jeder einfach ein Auto auf die Straße stellen. Aber in der Raumfahrt fehlt uns diese Handhabe noch, sowohl in der Legislative (DE hat noch kein Weltraumgesetz) als auch in der Exekutive (DE hat ohne Gesetz auch noch keine Raumfahrtzulassungsstelle). Bleiben also ... regulierende Geldgeber (z.B. Fördergelder aus dem deutschen Raumfahrtbudget für Satellitenprojekte) oder regulierende Startanbieter. Zumindest bei Geld aus dem Raumfahrtbudget werden Space-Debris-Regularien vorgegeben.

N'abend,

@ Schillrich:

Du hast natürlich recht, aber das ganze ist ja kein typisch deutsches Problem, sondern ein globales. So viele Cube-/Mikro-/Minisats wurden bei uns ja noch nicht gebaut.

Ich bin etwas gespalten, was diese Kleinsatelliten angeht. Einerseits finde ich es eine großartige Chance für Institute oder Universitäten, schnell und billig ein Experiment zu realisieren und tatsächlich im Weltraum zu fliegen.
Gerade für Studenten der Luft-und Raumfahrt ist es eine tolle Möglichkeit, innerhalb ihres ja relativ kurzen Studiums ein "echtes" Raumfahrtprojekt von A-Z (von der Spezifikation, über Design, Bau etc. bis zur Startvorbereitung) durchzuziehen. Besser kann man die Praxis nicht lernen. 
Ich wollte, es hätte zu meiner Zeit diese Chance schon gegeben. Erst die nächste Studentengeneration hat es dann tasächlich machen können und hat TUBSAT gebaut.

Wenn da bloß dieses blöde Debris-Problem nicht wäre....

Gruß
roger50

Es kommt auf die Höhe an, in der die Cube-Sats ausgesetzt werden. Aus der früheren Höhe der ISS hätte es gar nicht so lange gedauert, bis sie sich von selbst entsorgen. Nach der Bahnanhebung dauert das jetzt deutlich länger.

Nur so eine Schnapsidee. Könnte man am Ende der Nutzungszeit einen Ballon mit einem passenden Gas füllen und so die Größe erhöhen und die Sinkgeschwindigkeit erhöhen? Oder wäre das Risiko eines Treffers und von Ballonfetzen als zusätzliche Kleinteile zu groß? Immerhin gab es ja ein ernsthaftes Projekt, kleine Experimente von der ISS per "Bremsfallschirm" zur Erde zurückzubringen. Das funktioniert aber aus der derzeitigen ISS-Höhe nicht mehr befriedigend.

Es ist das gleiche Problem wie bei allem - die technischen Möglichkeiten der Menschheit entwickeln sich schneller als das Verantwortungsbewußtsein. Weil - mit Verantwortung läßt sich kein Geld verdienen. Eher im Gegenteil. Naja, vergeben wir die Müllbeseitigung doch einfach an eine Fremdfirma 

Kann mir jemand sagen, wie lange denn die prognostizierte Lebensdauer der kürzlich ausgesetzten Planet Labs Satelliten sein könnte?
Ich dachte bisher immer, dass Cubesats auf Höhe der ISS je nach Sonnenaktivität nur ca. ein bis zwei Jahre überleben können. Ich muss da immer an die Werkzeugtasche von US-Astronautin Stefanyshyn-Piper denken, die 2008 verloren ging und nur ein Jahr später wiedereingetreten ist. Gut, 2008 befand sich die ISS noch auf nur ca. 340km Höhe. Da hat Führerschein natürlich vollkommen recht, dass die Lebensdauer beim aktuellen ISS-Orbit länger sein dürfte. Trotzdem, ob das nun 1 oder 5 Jahre dauert...eine Vermüllung des Gebietes der ISS kann ich mir durch Cubesats schon aufgrund ihrer Größe und daher Kollisionswahrscheinlichkeit daher doch nur schwerlich vorstellen (bitte korrigieren, falls falsch). Und wie groß ist denn die Wahrscheinlichkeit, dass sich wirklich Teile während der Mission lösen?
Die einzelnen Cubes werden zudem noch vom Boden aus getrackt. Fracht- und Personentransporter können also notfalls ausweichen. Auf höheren Umlaufbahnen, die (wie von Schillrich befürchtet) irgendwann auch noch von Cubesats in Angriff genommen werden könnten, ist das freilich ein größeres Problem.
Sicherlich ist eine Regulierung bei einer abzusehenden rasanten Zunahme von Cubesat-Aktivitäten zwingend notwendig, aber was ist denn mit den Anbietern von Trägersystemen? Wenn ich bedenke, was dort pro Start alles an Kleinstteilen abfällt, erscheint mir der Handlungsbedarfs zur Regulierung eher größer zu sein. Ich darf da an die ominöse Wolke beim Falcon 9v1v1 Jungfernflug (im September?) letzten Jahres erinnern. Da ist mir auch gleich, ob da geplant (!) Treibstoff der letzten Stufen abgelassen wurde, sich Isolationsmaterial gelöst hat oder dies durch fehlerhaftes Trennen einer Sekundärnutzlast zustandegekommen sein könnte. Hier müsste man doch anfangen!

Der am 19. November ausgesetzte Picodragon mit vergleichbarem Querschnitt aber etwas geringerer Masse hat in den zurück liegenden 85 Tagen gut 90 Kilometer an Höhe verloren. Für die Flock-Satelliten ist daher wohl kaum mehr als ein Jahr Flugdauer zu erwarten.

Offenbar hat man zusätzlich zu den 4 vorgestern ausgesetzten Satelliten noch jeweils ein Schrottteil beigesteuert.

Hallo zusammen,

bei ISO gibt es einen Vorschlag die Teststrategien für Qualification und Acceptance der Kleinsatelliten (mit COTS-Bauteilen) zu standardisieren. Ziel ist es den Testaufwand in akzeptablen Grenzen zu halten und gleichzeitig den Missionserfolg sicherer zu gestalten.
Viele der Kleinsatelliten fallen heute schon rund um den Start aus. Damit sind praktisch die möglichen Geschäftsmodelle gefährdet. Mit dem Standard möchte man Herstellern, Einkäufern und Betreibern in diesem Feld helfen, den Spagat zwischen Aufwand und Erfolg systematisch hinzubekommen.
Neben der Frage "Wie umfangreich teste ich überhaupt?", stellt sich die Frage "Auf welchem Systemlevel teste ich wie?" hier wohl auch anders als bei konventionellen Satelliten. Ein Konstrukteur für Cubesats kauft seine Bauteile zum Teil auf dem kommerziellen Elektronikmarkt ein. Dort können Chargen und Lieferanten variieren. Der Konstrukteur hat deutlich weniger Information und Kontrolle über diese vorgelagerten Prozesse. Wie kann er dann trotzdem einigermaßen sicherstellen, dass er ein weltraum-funktionsfähiges Produkt aus den Dingen zusammensetzen kann? Mit welchen Tests? Mit welcher Modellphilosophie? Und dabei noch kostengünstig bleiben?

Mal schauen was draus wird. Das Dokument ist ziemlich detailliert und ziemlich weit ausgearbeitet.

Planet Labs hat gestern mitgeteilt, dass sie nun offensichtlich die Finanzierung von weiteren 72 Kleinstsatelliten abgeschlossen haben, welche alle innerhalb der nächsten 12 Monate gestartet werden sollen. Damit (insgesamt 100 Satelliten) soll dann die 24h-Abdeckung der gesamten Erde erreicht werden.
Der Bedarf an Kleinstsattelitenstarts übersteigt dabei generell die Erwartungen der NASA/JAXA deutlich.

http://www.satellitetoday.com/launch/2014/02/26/demand-for-cubesat-deployments-nearing-space-station-limit/

Viel zu tun auf der ISS...

Hallo,
Ich habe gerade im Internet eine Seite über Cubesat zum Mars gefunden. Cubesat als Raumsonde? Nach meinem Wissenstand gibt es noch keine Cubesat die zum anderen Planeten geflogen sind! Aber was ich mich an meisten frage, ist wieso die Menschen (Universitäten, Hochschulen) noch keine Cubesat  auf planetaren Reise geschickt hat?
Der Website klingt interessant, aber ob es realisiert wird wage ich es stark zu bezweifeln.
Hier der Link:
http://www.cubesatstomars.com/

Achja, wisst ihr welcher Cubesat am längsten im All ist und noch immer in Betrieb ist?

Hallo,
Ich habe gerade im Internet eine Seite über Cubesat zum Mars gefunden. Cubesat als Raumsonde? Nach meinem Wissenstand gibt es noch keine Cubesat die zum anderen Planeten geflogen sind! Aber was ich mich an meisten frage, ist wieso die Menschen (Universitäten, Hochschulen) noch keine Cubesat  auf planetaren Reise geschickt hat?
Der Website klingt interessant, aber ob es realisiert wird wage ich es stark zu bezweifeln.
Hier der Link:
http://www.cubesatstomars.com/

Achja, wisst ihr welcher Cubesat am längsten im All ist und noch immer in Betrieb ist?

Die zwei Cubesats welche am laengsten im Einsatz sind waeren CUTE-1 vom Tokyo Institute of Technology und Cubesat XI-IV von der University of Tokyo. Beide sind im Juni 2003 mit dem damals ersten Cubesat-Start ins All gebracht worden und seitdem immer noch activ.

Drei Hauptprobleme von Cubesat-Missionen sind die folgenden:

1) Man muss einen Start zum Mars finden, an den man sich als secundaere Nutzlast dran haengen kann. Das Startfenster oeffnet sich nur etwa alle zweieinhalb Jahre und es wird auch nicht zwangsweise immer genutzt, auch wenn es die letzten Jahre der Fall war. D.h. wer immer eine Cubesat Mission zum Mars plant ist mit dem Startdatum sehr gebunden und muss wahrscheinlich auch hoehre Restriktionen erfuellen als bei anderen Sekundaernutzlasten.

2) Die Energieversorgung so weit draussen duerfte schwierig zu bewerkstelligen sein. Ein 1U-Cubesat hat eine maximale Solarzellenflaeche von 500 Quadratzentimetern. Da kommt nicht viel Energie zusammen im Vergleich zu einer Raumsonde mit eigenen Solarzellenauslegern.

3) Ebenso braucht man diesen Entfernungen entsprechend starke/grosse Antennen um den Signalverlust auszugleichen. Die meisten Cubesats nutzen Amateurfunk und haben  einfache Draehte als Antennen, da platzsparend.

Das vorgeschlagene Konzept mit dem Nutzlastring als Transfehrstufe und Relais loesst zumindest Punkt 3 und 1 auch teilweise, kommt mir aber eher wie eine Werbeaktion dieser Firma fuer ihre Ionentriebwerke vor. Vor allem muessten man eine grosse Anzahl an Cubesats zusammenbekommen, damit sich dieses Konzept lohnt. Bei den erhoeten Startpreisen auf Fluchtbahnen + dem engen, fixen Startfenster duerfte das allein von der Planung schon scher umsetzbar sein.

Gibt es auch so einen Cubesat Tracker? Also die Cubesat live im Umlaufbahn verfolgen und Live Bilder empfangen?

Mal kurz etwas zu den Bahnen der "Flocken".

Flock 1-01 wurde am 9. Januar in einer Bahn von 412 x 420 km ausgesetzt. Diese ist in den darauf folgenden Wochen abgesunken. Leider habe ich erst am 1. April daran gedacht, mir die Daten monatlich zu notieren.

9. Januar: 412 x 420 km
1. April:     372 x 382 km
1. Mai:      350 x 357 km
1. Juni:     267 x 275 km

Im Mai schon fast ein "Absturz". Einige Flocken werden schon gar nicht mehr geführt. Ob die schon verglüht sind?

Mit dem nächsten Cygnus startet wieder eine Armada Flocks und eine Dnjepr soll ebenfalls ein knappes Dutzend ins All befördern.

GG

Also paar der Flocks sind schon verglüht. Auf dieser Seite kann man immer schön sehen was als nächstes verglüht:
http://www.satflare.com/track.asp#TOP

Und auf dieser nur die größeren Objekte:
http://www.aerospace.org/cords/reentry-predictions/upcoming-reentries-2-2/

Gruß
Minotaur IV

Hallo Günther,

ich habe mal alle TLEs von Spacetrack geholt und mein Auswerteprogramm drüber laufen lassen:



http://www.edgarkaiser.homepage.t-online.de/Flock01-1.png

Es geht deutlich beschleunigt abwärts.

Gruss
Edgar

Hallo,
laut einem Artikel auf spacedaily.com hat USN eine Initiative gestartet, damit ein einheitlicher Kommunikationsstandard zu solchen Cubesats eingeführt wird.

Universal Space Network (USN) moderated a meeting Tuesday of 20 CubeSat industry leaders from academia, industry and government in an effort to develop a standardized communications package.

Quelle:
http://www.spacedaily.com/reports/Universal_Space_Network_Moderates_CubeSat_RF_Communications_Standards_Meeting_999.html

Danach gibt es heute keine einheitliche Kommunikation von der Erde zu den bisher ausgesetzten Minisatelliten. Wenn ein industrieller Standard für die Kommunikation eingeführt wird, kann der damit "gesparte Kostenanteil" laut Artikel zusätzlich auf die inhaltlichen Aspekte verwendet werden - bzw. die Kosten für Cubesats würden weiter fallen. Die Kommunikation wäre dann einheitlich geregelt, was wahrscheinlich auch notwendig ist, wenn eine genaue, weltumfassende Flugkontrolle mit eventuellen Antrieben Wirklichkeit werden sollte.
VG, firelion

Ich bin ehrlich gesagt etwas überrascht, daß man da noch kein CCSDS eingeführt hat.

Hallo,

beim IAC wurden ein paar Zahlen/Daten/Fakten zu CubeSats präsentiert:
http://spacenews.com/article/civil-space/42076cubesat-revolution-spotty-compliance-with-debris-rules-fuel-dangerous

Mehrere dieser Satelliten senden aus dem Orbit, wurden aber bei der ITU nicht angemeldet (Frequenzkoordinierung spart man sich wohl lieber ...). Damit können sie andere Sender im Orbit stören.
CubeSats hätten eine hohe Ausfallrate im Orbit.
Retrospektiv habe es seit 2005 350000 "Annäherungen" auf unter 5km zwischen einem CubeSat und anderen Objekt im Orbit gegeben. 2007 hätten CubeSats nur 1 Prozent dieser Annäherungen ausgemacht. In der ersten Jahreshälfte 2014 hätten sie schon 5 Prozent erreicht. Ein Drittel der ca. 160 zwischen 2003 und 20013 gestarteten CubeSats fliege zu hoch für das "25-Jahre-Fenster".
Einerseits möchte man diesen dynamischen neuen Sektor nicht "mit Regulation erwürgen". Man fordert die Anbieter aber auf ordentliche, eigene Lösungen zu erarbeiten. Andernfalls könne es im Schadensfall (z.B. mit teuren Wetter-, Wissenschafts- oder Militärsatelliten) zu harten Regularien kommen, die den Markt "töten".


Gerade der letzte Punkt ist doch ambivalent bis schizophren. Man möchte nicht (proaktiv) harte Regeln setzen, droht aber (reaktiv) mit "todbringenden" Regeln, falls es zu Schäden kommt. Damit wäre das Kind dann aber schon in den Brunnen gefallen und "alle würden weinen". Dann sollen sie doch gleich ordentliche Regeln setzen. Wenn unter diesen Regeln CubeSats (so) nicht mehr funktionieren, dann ist das halt so ... dann muss das so sein ... zum Wohle der gesamten Raumfahrt.

Um die "Betriebsprobleme" (fehlende Frequzenzkoordinierung, ignorierte Müll-Vermeidungsrichtlinien) der proliferierenden CubeSats in den Griff zu bekommen, sehe ich die Startanbieter als Hebel. Bei denen müssen Regularien ansetzen. Sie müssen (legislativ) gezwungen werden, nur solche Nutzlasten mitzunehmen, die entsprechende Nachweise bringen (Anmeldung und Koordinierung bei der ITU, Space-Debris-Mitigation-Plan, Disposal-Plan, ...).
Die Zahl der Startanbieter ist noch überschaubar und regelbar. Die Zahl der aktuellen und kommenden CubeSat-Betreiber mit ihrem Eigenleben ist schon zu groß.