CubeSats

Jetzt hätt ich doch fast wieder den "gefällt mir" Button gezeigt ...

Naja bevor nicht 2 oder 3 teure Sats von den "Großen" durch Cubemüll beschädigt werden, wird sich nichts ändern....

Guten Morgen,

beim JPL prüft man jetzt CubeSat-Konzepte als Teil einer Europa-Mission:
http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4330

Es gab 10 Vorschläge von Universitäten, wie CubeSats in so eine Mission integriert werden könnten. Die Gewinner bekommen jetzt 25000 USD, um ihr Konzept bis Sommer 2015 weiter auszuarbeiten.

"We've seen some innovative and quite creative surprises among the CubeSat ideas submitted by these universities," said Barry Goldstein, pre-project manager for the Europa Clipper mission concept.

Man sei von einigen Ideen richtig überrascht worden.

In den USA arbeitet man weiter daran, für Kleinst-Satelliten lockerere Standards/Zulassungsbedingungen zu erhalten:
http://spacenews.com/u-s-satellite-group-simplify-regulatory-procedure-create-new-regime-for-smallsats/

Speziell diese Passagen in der Meldung:

The organization also proposed that the U.S. Federal Communications Commission (FCC) acknowledge the different nature of cubesats and other very small spacecraft by creating a separate regulatory regime “to address the myriad regulatory issues that these satellites pose."
...
 International regulators have expressed concerns that some of these small-satellite constellations are not registering their broadcast frequencies, creating potential signal interference issues and are not following guidelines on end-of-life disposal of their hardware to reduce space debris.
...
In its FCC submission, dated Jan. 29, the SIA broadly endorses a series of measures the FCC proposed in September to make it easier to register proposed new satellite systems — and especially to withhold disclosure of the systems until backers had registered with the International Telecommunication Union (ITU), a Geneva-based United Nations affiliate that allocates wireless radio spectrum and orbital positions.

Die Kleinssats bekommen immer mehr Fähigkeiten. Die Sorge ist einerseits, dass diese neuen Betreiber mit der Technologie sich nicht an bisherige Anforderungen halten (Weltraummüll, Frequenzkoordination, ...). Aber die Industrie wünscht sich spezielle Regeln für diese Klasse der Satelliten, damit diese kostengünstig, flexibel und leistungsfähig bleiben.

Durch das starke Wachstum in dem Segment werden bestehende Regularien vielleicht auch nicht "handhabbar". Ich denke schon heute ist Frequenzkoordination schwer, langwierig, und im Ergebnis nicht immer planbar (praktisch ein Projektrisiko). Wenn immer mehr Sender in den Orbit kommen, könnte das bisherige (quasi alle gleich behandelnde) System der ITU "zusammenbrechen".

Cubesats - auch ausserhalb des Low Earth Orbit

Es gibt Berichte über einige interessante Entwicklungen, wie man CubeSats auch für Missionen zB zum Mond,  zum Mars oder zu erdnahen Asteroiden einsetzen könnte. Die Probleme, die dabei zu lösen sind:
Energieversorgung (besonders in grösserem Abstand zur Sonne als 1 AU),
Datenübertragung (Sendeleistung, Nutzung anderer Satelliten als Relais-Stationen),
Lageregelung und Antrieb (minimales Gewicht).
Dazu einige Beispiele

 - Lunar Flashlight: ein 6U-CubeSat (30x20x10cm) , der mit Hilfe eines SolarSail von 70 m² in eine Umlaufbahn um den Mond einschwenken könnte, um dort die Schattenzonen an den Polen auf die Mächtigkeit von Eisvorkommen zu untersuchen, die dort in der Kälte der permanent im Schatten liegenden Kraterzonen überdauert haben könnten.
Das Problem bisher war, dass man dort keine spektroskopischen Messungen machen konnte, da es von dort ja kein  refektiertes Sonnenlicht gab (die thermische (Schwarzkörper-)Strahlung ist unspezifisch).
Lunar Flashlight könnte nun aus niedriger Umlaufbahn sein großes Sonnensegel als Spiegel benutzen, um Licht auf diese Schattenzonen zu werfen und mit dem zurückgestreuten Licht spektroskopisch Häufigkeit und Verteilung von Wassereis-Vorkommen nachzuweisen. Als Idee : genial !


Nähere Einzelheiten :
https://s3.amazonaws.com/media.selectinvestor.com/SOCS1/Staehle.pdf

- Dandelander: ein CubeSat, der als Secondary Paylod zum Mars mitgenommen wird, dort eigenständig eine regenschirm-ähnliche Bremsschirm aus Carbonfasergewebe ausklappt, mit der er weich auf dem Mars landet und dort einen Mast mit Kamera und Antenne ausfährt. Datenübertragung zu einem der Mars-Orbiter. Es würden gleichzeitig 6 bis 8 solcher Lander abgesetzt.



Nähere Einzelheiten:
https://marscubesatworkshop.jpl.nasa.gov/static/files/presentation/Svitek-Tomas/dandelion.pdf

Eine schöne Übersicht über solche und ähnliche Vorhaben (in englischer Sprache)
http://futureplanets.blogspot.de/2015/02/planetary-cubesats-begin-to-come-of-age.html

Tolle Sachen !      Gruss HHg

Solche Projekte halte ich für interessant und für (auch wenn manches nicht klappen wird) eine Herausforderung. Und man weiß, wo die Dinger sind. Es werden auch nicht viele sein und sie werden irgendwann unnötig sein.

Aber den Erdorbit mit damit überschwemmen halte ich für Müllausbreitung. Denn so wirds kommen in unserer Zeit des "was geht, wird gemacht"

Ja die Projekte sind interessant. Am meisten bei der Lunar Flashlight. Durch Solarsegeln zum Mond zu fliegen finde ich, dass es eine Alternative zur chemischen Antrieb ist. Denn ein chemischer Antrieb passt ja nicht in den Cubesat. Dafür ist er viel zu groß 

Aber den Erdorbit mit damit überschwemmen halte ich für Müllausbreitung. Denn so wirds kommen in unserer Zeit des "was geht, wird gemacht"

Also Cubesatts im Erdorbit halte ich nicht grundsätzlich für Schlecht. wenn hier die Nachfrage steigt lohnt es sich auch Plattformen zu entwickeln, wo 30-50 Satts gleichzeitig in nicht Langzeit stabile Orbits gebracht werden können. Häufig geht es ja nur um Test und diese sind meistens nach wenigen Wochen abgeschlossen.

Allerdings sollte man nicht Cubesatts zu hoch bringen, da selbst mit Fähigkeit zum Deorbit der Deorbit durch eine zu hohe Ausfallrate häufig nicht gemacht werden kann.

Gerade auf heise.de gefunden:
http://www.heise.de/tr/artikel/Mikrosatelliten-mit-eigenem-Antrieb-2576479.html

Das Antriebssystem enthält 480 kaum sichtbare Minidüsen, die in die Oberfläche des Siliziums geätzt werden.

Fände ich sehr cooll, wenn das wirklich funktioniert, auch was das Deorbitproblem von Kleinsatelliten angeht wohl eine gute Lösung. Es stellt eine kostengünstige Option dar, die Lagereglung und Lagehaltung zu lösen und dürfte daher gerade für große Konstellationen recht interessant sein. Außerdem zeigt es, dass nun auch in der Satellitenindustrie nach Wegen gesucht wird, Komponenten um Größenordnungen günstiger zu machen.
Übrigens hab ich gerade überlegt, wenn SpaceX wirklich 4000 Satelliten starten will, könnte man dort in Erwägung ziehen, den Antriebsentwickler frühzeitig zu kaufen, wegen Patenten und so...

Es geht auch noch kleiner als CubeSats :

In Glasgow hat sich jetzt eine Firma etabliert, die sogenannte PocketQube-Sats anbietet:
basierend auf einem Modul von 5 cm x 5 cm x 5 cm als kleinster Einheit (CubeSat: 10 cm x 10 cm x 10 cm). Hardware mit SatCom-Funkverbindung und Launch (!) sollen schon für 20.000 engl.Pfund (~27.000 €) zu haben sein.  (Wann kommt der RaumCon-2.1-Satellit ?? (Schneller als der RaumCon-1.2-Ballon ?  ) )

Link zur Firma:

http://www.pocketqubeshop.com/hardware/

Artikel im "Guardian" :
http://www.theguardian.com/business/2015/apr/05/build-and-launch-your-own-satellite-for-20000-pounds

Klingt wie eine Lösung auf der Suche nach einem Problem ...

  Gruss HHg

Bei den "Orbital Debris Quarterly News" gibt es diesmal eine interessante Analyse zu CubeSats:
http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/newsletter/pdfs/ODQNv19i3.pdf

• Bis 2014 sind 275 CubeSats gestartet (auch mit Fehlschlägen). 2013 und 2014 gab es die größten Sprünge.
  
• Aus den USA kommen 61%, aus Deutschland 4% der CubeSats. Wir liegen damit auf Platz 3. Aber 28% kommen aus "anderen Nationen", was wohl zeigt, wie interessant und attraktiv für viele Nutzer CubeSats sind.
• Die meisten der gestarteten CubeSats halten die 25-Jahreregel für den LEO ein. Hauptachsen zwischen 600km und 700km Höhe sind wohl die Grenze, um "noch in den 25 Jahren" zu bleiben.
• Gleichzeitig können fast alle CubeSats getrackt werden.

Ich habe keine rechte Vorstellung davon, wie groß das Problem ist, ein paar tausend bis 10.000 Objekte zu verfolgen und z.B. für Starts auf höhere Bahnen die Kollisionswahrscheinlichkeit zu berechnen.

Speziell für experimentelle CubeSats würde ich gerne noch schärfere Regelungen sehen. Warum müssen da überhaupt welche oberhalb der ISS-Bahn fliegen? Unterhalb kommen sie ja recht schnell runter.

CubeSats sind ja normalerweise "piggyback"-Mitflieger auf Trägern und werden nach den Hauptnutzlasten ausgesetzt. Die Hauptnutzlast bestimmt dann, "wohin es geht". Erdbeobachtungssatelliten landen oberhalb der ISS ... so dann auch die CubeSats.

"Schärfere Regeln" ... oder besser "spezifische Regeln"  ... da ist so eine unscharfe Sache: Für welche Satelliten gelten sie? Für welche nicht mehr? Wann ist ein CubeSat ein CubeSat? Wir reden zwar immer von CubeSats, aber die Klassen sind eigentlich unscharf. Man kann es nicht an der Masse festmachen, auch nicht an einem bestimmten Design. Heute hört man immer wieder mal "Missionen, die einer anderen Philosophie folgen". Das lässt sich erst recht nicht fassen ...
Konsens ist, dass alle Satelliten im Orbit gleich behandelt werden (gleiche Rechte, gleich Pflichten). Nur das ist technisch und regulativ handhabbar (ohne Anwälte, die sich gegenseitig Satellitenklassen und Missionsphilosophien durchdeklinieren).

Guten Morgen,

bei SFN gibt es Auszüge aus einem Interview mit Chris Boshuizen (Mitgründer und Chief Technical Officer) von Planet Labs.
http://spaceflightnow.com/2015/09/20/planet-labs-takes-rash-of-launch-failures-in-stride/

Da stecken vermischt eine Reihe Bewertungen drin zum CubeSat-Geschäft drin. Die wichtigsten/interessantesten für mich:

• CubeSat-Betreiber schauen mit anderen Kennzahlen auf ihre Produkte und Prozesse. "Preis pro Kilogramm" ist z.B. keine sinnvolle Kennzahl für einen Start, sondern "Fähigkeiten pro Kilogramm" zählen ... und der Startpreis des Kilogramms wird dann egal.
• Schnelle, flexible Startmöglichkeiten, gekoppelt mit schneller Inbetriebnahme, um schnell Ergebnisse zu liefern, ist wichtig ... wichtiger als der Preis.
• Die Kleinstträger, die jetzt kommen, werden v.a. für schnelle, dedizierte Technologiemissionen interessant ... quasi Demo-Missionen. Hier muss das Kilogrammauch nicht "billiger" sein, als bei den großen Trägern. Flexibilität und Geschwindigkeit zählen ...
• Für ganze, operationelle Konstellationen, sieht er auch hohe/fortlaufende Startraten, auf ggf. großen Trägern. Dort sollte es dann einen Mengenrabbat geben.

Planet Labs hat heute mehr zahlende Kunden (bzw. mehr Einnahmen) als ursprüngliches Risikokapital, das in sie investiert wurde. Sie wollen ca. 100-120 Satelliten in einem niedrigen SSO betreiben. Er sagt ganz klar: unter 700km ... wahrscheinlich um die 500km.
Der Entwicklungszyklus hat jetzt die 12. Generation ihrer CubeSats erreicht. Ein Zyklus soll ca. 14 Wochen dauern. Er vergleicht das mit der Entwicklung aus dem Ausrollen von Software.

Wer sind die zahlenden Kunden und wofür verwenden sie die gekauften Aufnahmen. Dazu habe ich leider nichts in dem Artikel gefunden. Weiß jemand etwas näheres?

Sie sprechen dort u.a. von "non-profit"-Organisationen und Disaster-Management. Die Letzteren sind an aktuellen, schnellen Aufnahmen interessiert.

Nicht Profit-orientierte Organisationen werden aber nicht viel zahlen (können). Wie sich das rechnet ...

Das würde ich so nicht sagen. Das hängt von deren Förderung ab. Vielleicht haben sie sogar eigene Flugzeuge im Bestand ... Sie machen halt nur satzungsgemäß keinen Gewinn.

Aber wer könnte noch, auch kommerziell, an solchen "tagesaktuellen" Daten interessiert sein?

Naja, deswegen habe ich ja gefragt.

Wenn man auf ihrer Seite auf "for business" klickt, erwarten sie offenbar Anfragen aus diesen Bereichen:
Agriculture
 Energy & Infrastructure
 Mapping
 Safety & Security
 Social Impact
 Forestry & Natural Resources
 Business Intelligence
 Strategic Partnership
 Other

Ich kann mir vorstellen, das Unternehmen mit großen und verteilten Flächen oder Infrastrukturen so z.B. eine Fern-Überwachung hinbekommen: Pipelines, Stromleitungen, Fischfarmen ... In der Landwirtschaft könnte man Wachstum oder Biomasse kontrollieren, wobei dann keine einfache Kamera ausreicht. Oder man kontrollierte "viele Baustellen" eines globalen Projekts ...

Das sind die bisherigen Anwendungsgebiete, die ich letzte Woche auch meinem neuen Raumfahrtkurs genannt habe. PL kann demnächst tagesaktuell reagieren, für vieles reichte die übliche Bildfrequenz alle 3 bis 4 Tage aber aus. Konkretes über Kunden, Aufträge und Einnahmen wird man aber wohl nicht bekommen.

Aber wer könnte noch, auch kommerziell, an solchen "tagesaktuellen" Daten interessiert sein?

Dazu aus dem Thread "Sächsische Raketen Technik" https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=13537.msg342080#new :

„Denken Sie beispielsweise an die Möglichkeiten bei einem militärischen Konflikt wie in der Ukraine“, beschreibt Przybilski ein solches Szenario. „Mit einer Rakete, wie wir sie projektiert haben, könnten wir innerhalb einer Stunde startklar sein und einen Kleinstsatelliten im erdnahen Orbit platzieren. Der könnte dann mit hochaufgelösten Aufnahmen schnell ermitteln, ob sich die Konfliktparteien an einen Waffenstillstand beziehungsweise Truppenabzug halten oder nicht.“

Quelle: http://oiger.de/2015/09/23/dresdner-raketenmaenner-greifen-nach-den-sternen/155651

Guten Morgen

Bei den "Orbital Debris Quarterly News" gibt es diesmal eine interessante Analyse zu CubeSats:
http://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/newsletter/pdfs/ODQNv19i3.pdf

• Bis 2014 sind 275 CubeSats gestartet (auch mit Fehlschlägen). 2013 und 2014 gab es die größten Sprünge.
  
• Aus den USA kommen 61%, aus Deutschland 4% der CubeSats. Wir liegen damit auf Platz 3. Aber 28% kommen aus "anderen Nationen", was wohl zeigt, wie interessant und attraktiv für viele Nutzer CubeSats sind.
• Die meisten der gestarteten CubeSats halten die 25-Jahreregel für den LEO ein. Hauptachsen zwischen 600km und 700km Höhe sind wohl die Grenze, um "noch in den 25 Jahren" zu bleiben.
• Gleichzeitig können fast alle CubeSats getrackt werden.

Ich bringe hier noch die aktualisierte Grafik zu dem Bericht.


Bild: Orbital Debris Quarterly News - Volum 19 Issue 4 October 2015 - "An Update to “A Review of Space Environment Implications of CubeSat Traffic”"

Die meisten CubeSats, aus den USA kommend, halten die 25-Jahre-Regel ein. Je nach solarer Aktivität kann das auch anders ausgehen. Trotzdem wird es da oben immer "voller", ganz unabhängig von den 25 Jahren. Die Frage ist, ganz wie wirkungsvoll/sinnvoll diese 25-Jahre-Regel ist.

Die neuste Folge von Space handelt von Cubesats:

https://www.youtube.com/watch?v=rOdjO5bhoiU

Gruß
Minotaur IV

In der aktuellen Ausgabe der Zeitung "The Economist" ist unter der Überschrift "Cubism" ein Artikel über die Entwicklung bei CubeSats erschienen,
http://www.economist.com/news/science-and-technology/21689514-how-keep-small-satellites-orbit-longer-cubism
 bei dem über die Entwicklung neuartiger Antriebskonzepte berichtet wird. Das ist wichtig, um die Missionslebensdauer solcher Kleinstsatelliten durch regelmässige Bahnanhebungsmanöver steigern zu können. Die Hauptschwierigkeiten bestehen darin, dass Masse und Volumen bei CubeSats sehr beschränkt sind und aus Sicherheitsgründen die Launcher verbieten, dass die als "Trittbrettfahrer" mitgenommenen CubeSats die üblichen hypergolen Treibstoffe an Bord haben. Als Ausweg aus diesen Schwierigkeiten bieten sich zwei neue miniaturisierte Antriebskonzepte an:

einmal eine Variante des Ionentriebwerks (SEP), bei dem das Stützmedium kein Edelgas ist, sondern eine Flüssigkeit, die aus positiv und negativ geladenen Ionen besteht. Diese Flüssigkeit wird kapillar von einer porösen Glas-Emitterplatte angesaugt (was eine Förderpumpe überflüssig macht) und die beiden entgegengesetzt geladenen Bestandteile werden in einem elektrischen Feld räumlich getrennt und jeweils separat von Elektroden beschleunigt. Positive und negative Ladungsträger werden also in gleicher Anzahl emittiert, man braucht keinen zusätzlichen Elektronenbeschleuniger und -emitter, um eine elektrische Aufladung des CubeSats zu verhindern. Dieses Konzept wurde von Paulo Lonzano und Kollegen am MIT entwickelt, die die Grösse eines solchen Antriebsmoduls inzwischen auf wenige Kubikzentimeter Volumen und weniger als 4 Gramm Masse reduzieren konnten (inkl. Treibstoff). 8 solcher Module würden ausreichen, um die Lebendauer eines CubeSats auf einer typischen Erdumlaufbahn von wenigen Monaten auf mehrere Jahre zu erhöhen. Drei solche Module sind inzwischen an NASA übergeben worden und sollen noch im Laufe des Jahres 2016 im Weltraum erprobt werden - der TRL ist also bereits recht hoch !

Das andere Konzept basiert auf dem Impulsübertrag von Photonen ("Lichtdruck"), wobei die Photonen von einem externen Laser unter Mehrfachreflektion zwischen Quelle und Target bereitgestellt werden. Im Labor wurden bereits Lichtdruck-Werte erreicht, die für die Bahnanhebung von CubeSats ausreichen würden. Typischerweise würde der Laser ebenfalls im Orbit sein und eine Vielzahl von CubeSats auf Kurs halten (wie ein Schäfer seine Herde). Der einzelne CubeSat hätte hierbei keine eigenen Antrieb und keine Treibstoffvorräte - und damit auch keine zeitliche Begrenzung. Dieses Konzept wird (mit NASA-Förderung) von Young Bae bei der Firma Advanced Space and Energy Technologies in Kalifornien weiterentwickelt und soll in einigen Jahren flugreif sein.

Es tut sich was auf diesem Sektor !

   Gruss HHg

Interessante Information.

... aus Sicherheitsgründen [verbieten] die Launcher, dass die als "Trittbrettfahrer" mitgenommenen CubeSats die üblichen hypergolen Treibstoffe an Bord haben.

Warum eigentlich? Die großen Nutzlasten haben ja auch hypergole Treibstoffe an Bord. Inwiefern macht da die Größe den Unterschied?

Meine Vermutung: Diese Treibstoffe sind inhärent gefährlich, verkomplizieren damit das Handling eines damit ausgestatteten Satelliten bei der Startvorbereitung und damit wären dann Cubesats nicht mehr (so) wirtschaftlich?