Un satellite in un litro Il CubeSat nasce nel 1999 al Cal Poly (San Luis Obispo) e a Stanford, con Jordi Puig-Suari e Bob Twiggs: un formato standard, perché degli studenti possano costruire un satellite in pochi anni e lanciarlo accanto a quelli grandi. L'unità, 1U , è un cubo di 10 cm (11,35 cm con le guide); la specifica (rev. 14.1) ammette fino a 2,00 kg per unità — la precedente (rev. 13) diceva 1,33 kg. Si impilano: 1,5U, 2U, 3U; si assemblano 6U e 12U. Il PocketQube , invece, misura 5 cm.
Un CubeSat 1U: un cubo di 10 cm di lato. © Zen4Telematik · CC BY-SA 4.0 Che cosa c'è dentro Energia (EPS) : celle solari sulle facce (e a volte pannelli dispiegabili), una batteria agli ioni di litio, una scheda che regola. Un 1U che ruota su se stesso ricava dal Sole in media circa 1-2 W: ogni watt conta.Computer di bordo (OBC) : i timer, la telemetria, la memoria; un watchdog lo riavvia se si blocca.Radio (COM) : in bande radioamatoriali (145,800–146,000 MHz, 435–438 MHz), le frequenze coordinate dalla IARU; un beacon di telemetria che chiunque può ricevere.Assetto (ADCS) : appena espulso, il satellite ruota su se stesso. Dei magnetotorquer lo frenano facendo leva sul campo terrestre (B-dot); un magnete e delle barre a isteresi lo fanno senza corrente, lentamente; delle ruote di reazione lo puntano.Carico utile : una fotocamera (immagini SSTV), un ripetitore FM, un transponder lineare, un digipeater APRS, un esperimento.Vista esplosa di ArduSat: struttura, energia, radio UHF, computer, schede Arduino. © Peter Platzer · CC BY-SA 3.0 Il bilancio energetico A 400 km un'orbita dura circa 92 minuti, di cui fino a 36 nell'ombra della Terra. Ciò che le celle danno al Sole deve pagare tutta l'orbita: la notte si passa sulla batteria. Ruotando su se stesso, un corpo convesso presenta in media al Sole un quarto della sua superficie. Sotto la soglia di sopravvivenza il computer spegne il carico utile e tiene solo l'essenziale. E una batteria agli ioni di litio non si carica sotto 0 °C: bisogna scaldarla.
Dal laboratorio al rientro Test : vibrazioni casuali su uno shaker, degassamento in termovuoto.Integrazione in un deployer (il P-POD del Cal Poly, quello dell'ISS): degli interruttori premuti tengono tutto spento, più una spina «remove before flight».Espulsione : antenne e pannelli aspettano almeno 30 minuti, i trasmettitori 45 minuti (specifica CubeSat).LEOP (i primi giorni): primo segnale, dispiegamenti, frenare la rotazione, verificare ogni sottosistema. Poi le operazioni , passaggio dopo passaggio.Rientro : l'aria frena il satellite; espulso dall'ISS verso i 400 km, un CubeSat vive da qualche mese a un anno circa, poi brucia completamente.Il CubeSat F-1 nella sua camera a vuoto termico. © Thuvt · CC BY-SA 3.0 Tre CubeSat espulsi dalla Stazione Spaziale Internazionale (19 novembre 2013). © NASA · Pubblico dominio (NASA) Kit e programmi che esistono CubeSatSim di AMSAT (Alan Johnston, KU2Y): un 1U dimostrativo stampato in 3D, con pannelli, batteria e vera telemetria UHF.ArduSat : un 1U a schede Arduino finanziato su Kickstarter nel 2012, espulso dall'ISS nel novembre 2013.Fly Your Satellite! (ESA Academy): squadre universitarie e il loro CubeSat da 1U a 3U, dal 2013.CubeSat Launch Initiative (NASA): dal 2010, più di 150 CubeSat di scuole e associazioni lanciati.Un PocketQube: 5 cm di lato, sta in una mano. © Clara Marques · CC BY-SA 4.0 Le fonti CubeSat Design Specification, rev. 14.1 (Cal Poly, febbraio 2022) Wikipedia (en): CubeSat — origini, formati, P-POD, NRCSD, primi lanci del 2003 Wikipedia (en): PocketQube IARU: coordinamento delle frequenze dei satelliti IARU: il segmento satellitare 145,800–146,000 MHz Potenza dei CubeSat 1U (arXiv 2201.09748) NASA: State-of-the-Art of Small Spacecraft Technology (ordini di grandezza) Nanoracks (2017): da 6 mesi a 1 anno in orbita dopo la 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 diventa AO-109 ARRL: JY1Sat diventa JO-97 AMSAT: GreenCube diventa IO-117 Wikipedia (en): ESTCube-1 Le schede di « Fiche satellite » (schede di SatMe-PC) D. Vallado, Fundamentals of Astrodynamics and Applications: atmosfera esponenziale I numeri del gioco Le masse, i volumi e i consumi delle schede sono ordini di grandezza di un piccolo CubeSat, non la scheda tecnica di un produttore. Il modello: orbita circolare di Keplero, ombra cilindrica della Terra, 1.361 W/m² su celle al 28 %, attenuazione in spazio libero, atmosfera esponenziale (Vallado) per il rientro.
Le foto Tre CubeSat espulsi dalla Stazione Spaziale Internazionale (19 novembre 2013). © NASA · Pubblico dominio (NASA) Due CubeSat 3U subito dopo l'espulsione, con la Terra dietro. © NASA · Pubblico dominio (NASA) Minuscoli CubeSat si allontanano dalla ISS (ottobre 2012). © NASA · Pubblico dominio (NASA) CubeSat preparati per il deployer Nanoracks a bordo della ISS (2023). © NASA JSC · Pubblico dominio (NASA) FUNcube-1 (AO-73) in camera bianca prima del lancio. © Wouter Weggelaar (PA3WEG) · CC BY 3.0 Un CubeSat 1U: un cubo di 10 cm di lato. © Zen4Telematik · CC BY-SA 4.0 La struttura di un CubeSat, senza pannelli, sta in una mano. © Svobodat · CC BY-SA 3.0 Il CubeSat F-1 nella sua camera a vuoto termico. © Thuvt · CC BY-SA 3.0 Vista esplosa di ArduSat: struttura, energia, radio UHF, computer, schede Arduino. © Peter Platzer · CC BY-SA 3.0 AAUSAT-II, un CubeSat 1U di studenti, nella sua valigia di trasporto. © Jensdalsgaard · CC BY 3.0 ESTCube-1, CubeSat studentesco dell'Università di Tartu. © Erik Kulu, Austin Hess · CC BY-SA 3.0 CUTE-I, uno dei primi CubeSat lanciati il 30 giugno 2003, esposto in un museo. © Motokoka · CC BY-SA 4.0 Un PocketQube: 5 cm di lato, sta in una mano. © Clara Marques · CC BY-SA 4.0 Il beacon di Fox-1B (AO-91) sul waterfall di un ricevitore. © Royldean · CC BY-SA 4.0 Le altre immagini del gioco sono disegnate.