Ein Satellit in einem Liter Der CubeSat entsteht 1999 an der Cal Poly (San Luis Obispo) und in Stanford, mit Jordi Puig-Suari und Bob Twiggs: ein Standardformat, damit Studierende in wenigen Jahren einen Satelliten bauen und neben den großen mitfliegen lassen können. Die Einheit, 1U , ist ein Würfel von 10 cm (11,35 cm mit seinen Schienen); die Spezifikation (Rev. 14.1) erlaubt bis zu 2,00 kg pro Einheit — die ältere (Rev. 13) nannte 1,33 kg. Man stapelt: 1,5U, 2U, 3U; man kombiniert zu 6U und 12U. Der PocketQube misst 5 cm.
Ein 1U-CubeSat: ein Würfel mit 10 cm Kantenlänge. © Zen4Telematik · CC BY-SA 4.0 Was drinsteckt Energie (EPS) : Solarzellen auf den Seitenflächen (manchmal ausklappbare Paneele), ein Lithium-Ionen-Akku, eine Regelplatine. Ein taumelnder 1U bezieht im Mittel etwa 1 bis 2 W von der Sonne: Jedes Watt zählt.Bordcomputer (OBC) : die Timer, die Telemetrie, der Speicher; ein Watchdog startet ihn neu, wenn er hängt.Funk (COM) : auf Amateurfunkbändern (145,800–146,000 MHz, 435–438 MHz), auf von der IARU koordinierten Frequenzen; eine Telemetriebake, die jeder empfangen kann.Lageregelung (ADCS) : Nach dem Ausstoß taumelt der Satellit. Magnetorquer bremsen ihn, indem sie sich am Erdmagnetfeld abstützen (B-dot); ein Magnet und Hystereseeisen tun es ohne Strom, langsam; Reaktionsräder richten ihn aus.Nutzlast : eine Kamera (SSTV-Bilder), ein FM-Relais, ein Lineartransponder, ein APRS-Digipeater, ein Experiment.Explosionszeichnung von ArduSat: Struktur, Energie, UHF-Funk, Computer, Arduino-Platinen. © Peter Platzer · CC BY-SA 3.0 Das Energiebudget In 400 km Höhe dauert ein Umlauf etwa 92 Minuten, davon bis zu 36 im Erdschatten. Was die Zellen in der Sonne liefern, muss den ganzen Umlauf bezahlen: Die Nacht läuft auf dem Akku. Taumelnd zeigt ein konvexer Körper der Sonne im Mittel ein Viertel seiner Oberfläche. Unter der Überlebensschwelle schaltet der Computer die Nutzlast ab und behält nur das Nötigste. Und ein Lithium-Ionen-Akku wird unter 0 °C nicht geladen: Er muss beheizt werden.
Von der Werkstatt bis zum Wiedereintritt Tests : Zufallsvibrationen auf einem Schwingerreger, Ausheizen im Thermalvakuum.Integration in einen Deployer (den P-POD der Cal Poly, den der ISS): gedrückte Schalter halten alles ausgeschaltet, dazu ein „Remove before flight“-Stift.Ausstoß : Antennen und Paneele warten mindestens 30 Minuten, die Sender 45 Minuten (CubeSat-Spezifikation).LEOP (die ersten Tage): erstes Signal, Entfaltungen, das Taumeln bremsen, jedes Subsystem prüfen. Dann der Betrieb , Überflug für Überflug.Wiedereintritt : Die Luft bremst den Satelliten; von der ISS in etwa 400 km Höhe ausgesetzt, lebt ein CubeSat einige Monate bis etwa ein Jahr und verglüht dann vollständig.Der CubeSat F-1 in seiner Thermalvakuumkammer. © Thuvt · CC BY-SA 3.0 Drei CubeSats, von der Internationalen Raumstation ausgestoßen (19. November 2013). © NASA · Gemeinfrei (NASA) Bausätze und Programme, die es gibt CubeSatSim von AMSAT (Alan Johnston, KU2Y): ein 3D-gedruckter Demonstrations-1U mit Paneelen, Akku und echter UHF-Telemetrie.ArduSat : ein 1U aus Arduino-Platinen, 2012 über Kickstarter finanziert, im November 2013 von der ISS ausgesetzt.Fly Your Satellite! (ESA Academy): Hochschulteams und ihr CubeSat von 1U bis 3U, seit 2013.CubeSat Launch Initiative (NASA): seit 2010 mehr als 150 gestartete CubeSats von Schulen und Vereinen.Ein PocketQube: 5 cm Kantenlänge, er passt in eine Hand. © Clara Marques · CC BY-SA 4.0 Die Quellen CubeSat Design Specification, Rev. 14.1 (Cal Poly, Februar 2022) Wikipedia (en): CubeSat — Ursprünge, Formate, P-POD, NRCSD, die ersten Starts 2003 Wikipedia (en): PocketQube IARU: Frequenzkoordinierung für Satelliten IARU: das Satellitensegment 145,800–146,000 MHz Leistung von 1U-CubeSats (arXiv 2201.09748) NASA: State-of-the-Art of Small Spacecraft Technology (Größenordnungen) Nanoracks (2017): 6 Monate bis 1 Jahr im Orbit nach der ISS AMSAT CubeSatSim (Alan Johnston, KU2Y) Wikipedia (en): ArduSat ESA Academy: Fly Your Satellite! NASA: CubeSat Launch Initiative Wikipedia (en): FUNcube-1 Wikipedia (en): Fox-1A Wikipedia (en): Fox-1B Wikipedia (en): Fox-1D ARRL: RadFxSat-2 / Fox-1E wird zu AO-109 ARRL: JY1Sat wird zu JO-97 AMSAT: GreenCube wird zu IO-117 Wikipedia (en): ESTCube-1 Die Steckbriefe von „Fiche satellite“ (Steckbriefe von SatMe-PC) D. Vallado, Fundamentals of Astrodynamics and Applications: exponentielle Atmosphäre Die Zahlen des Spiels Massen, Volumen und Verbrauch der Platinen sind Größenordnungen eines kleinen CubeSats, kein Herstellerdatenblatt. Das Modell: kreisförmige Kepler-Bahn, zylindrischer Erdschatten, 1.361 W/m² auf Zellen mit 28 %, Freiraumdämpfung, exponentielle Atmosphäre (Vallado) für den Wiedereintritt.
Die Fotos Drei CubeSats, von der Internationalen Raumstation ausgestoßen (19. November 2013). © NASA · Gemeinfrei (NASA) Zwei 3U-CubeSats kurz nach dem Ausstoß, dahinter die Erde. © NASA · Gemeinfrei (NASA) Winzige CubeSats entfernen sich von der ISS (Oktober 2012). © NASA · Gemeinfrei (NASA) CubeSats, vorbereitet für den Nanoracks-Deployer an Bord der ISS (2023). © NASA JSC · Gemeinfrei (NASA) FUNcube-1 (AO-73) im Reinraum vor dem Start. © Wouter Weggelaar (PA3WEG) · CC BY 3.0 Ein 1U-CubeSat: ein Würfel mit 10 cm Kantenlänge. © Zen4Telematik · CC BY-SA 4.0 Die Struktur eines CubeSats passt ohne Paneele in eine Hand. © Svobodat · CC BY-SA 3.0 Der CubeSat F-1 in seiner Thermalvakuumkammer. © Thuvt · CC BY-SA 3.0 Explosionszeichnung von ArduSat: Struktur, Energie, UHF-Funk, Computer, Arduino-Platinen. © Peter Platzer · CC BY-SA 3.0 AAUSAT-II, ein 1U-CubeSat von Studierenden, in seinem Transportkoffer. © Jensdalsgaard · CC BY 3.0 ESTCube-1, studentischer CubeSat der Universität Tartu. © Erik Kulu, Austin Hess · CC BY-SA 3.0 CUTE-I, einer der ersten CubeSats, gestartet am 30. Juni 2003, im Museum ausgestellt. © Motokoka · CC BY-SA 4.0 Ein PocketQube: 5 cm Kantenlänge, er passt in eine Hand. © Clara Marques · CC BY-SA 4.0 Die Bake von Fox-1B (AO-91) im Wasserfall eines Empfängers. © Royldean · CC BY-SA 4.0 Die anderen Bilder des Spiels sind gezeichnet.