Un satellite dans un litre Le CubeSat naît en 1999 à Cal Poly (San Luis Obispo) et à Stanford, avec Jordi Puig-Suari et Bob Twiggs : un format standard, pour que des étudiants construisent un satellite en quelques années et le lancent à côté des gros. L'unité, 1U , est un cube de 10 cm (11,35 cm avec ses rails) ; la spécification (rév. 14.1) admet jusqu'à 2,00 kg par unité — l'ancienne (rév. 13) disait 1,33 kg. On empile : 1,5U, 2U, 3U ; on assemble 6U et 12U. Le PocketQube , lui, fait 5 cm.
Un CubeSat 1U : un cube de 10 cm de côté. © Zen4Telematik · CC BY-SA 4.0 Ce qu'il y a dedans Énergie (EPS) : des cellules solaires sur les faces (et parfois des panneaux déployables), une batterie lithium-ion, une carte qui régule. Un 1U qui culbute tire en moyenne de l'ordre de 1 à 2 W du Soleil : chaque watt compte.Ordinateur de bord (OBC) : les minuteries, la télémesure, la mémoire ; un chien de garde le relance s'il se fige.Radio (COM) : en bandes radioamateur (145,800–146,000 MHz, 435–438 MHz), les fréquences coordonnées par l'IARU ; une balise de télémesure que tout le monde peut recevoir.Attitude (ADCS) : éjecté, le satellite culbute. Des magnétorqueurs le freinent en s'appuyant sur le champ terrestre (B-dot) ; un aimant et des barres d'hystérésis le font sans courant, lentement ; des roues de réaction le pointent.Charge utile : une caméra (images SSTV), un relais FM, un transpondeur linéaire, un digipeater APRS, une expérience.Vue éclatée d'ArduSat : structure, énergie, radio UHF, ordinateur, cartes Arduino. © Peter Platzer · CC BY-SA 3.0 Le budget d'énergie À 400 km, un tour dure environ 92 minutes, dont jusqu'à 36 dans l'ombre de la Terre. Ce que les cellules donnent au Soleil doit payer toute l'orbite : la nuit se passe sur la batterie. En culbute, un corps convexe présente en moyenne au Soleil le quart de sa surface. Sous le seuil de survie, l'ordinateur coupe la charge utile et ne garde que l'essentiel. Et une batterie lithium-ion ne se charge pas sous 0 °C : il faut la chauffer.
De l'atelier à la rentrée Tests : vibrations aléatoires sur un pot vibrant, étuvage sous vide thermique.Intégration dans un déployeur (le P-POD de Cal Poly, celui de l'ISS) : des interrupteurs pressés gardent tout éteint, une goupille « remove before flight » en plus.Éjection : les antennes et panneaux attendent au moins 30 minutes, les émetteurs 45 minutes (spécification CubeSat).LEOP (les premiers jours) : premier signal, déploiements, freiner la culbute, vérifier chaque sous-système. Puis les opérations , passage après passage.Rentrée : l'air freine le satellite ; éjecté de l'ISS vers 400 km, un CubeSat vit de quelques mois à un an environ, puis brûle entièrement.Le CubeSat F-1 dans sa chambre de vide thermique. © Thuvt · CC BY-SA 3.0 Trois CubeSats éjectés depuis la Station spatiale internationale (19 novembre 2013). © NASA · Domaine public (NASA) Des kits et des programmes qui existent CubeSatSim d'AMSAT (Alan Johnston, KU2Y) : un 1U de démonstration imprimé en 3D, avec panneaux, batterie et vraie télémesure UHF.ArduSat : un 1U à cartes Arduino financé sur Kickstarter en 2012, éjecté de l'ISS en novembre 2013.Fly Your Satellite! (ESA Academy) : des équipes universitaires et leur CubeSat de 1U à 3U, depuis 2013.CubeSat Launch Initiative (NASA) : depuis 2010, plus de 150 CubeSats d'écoles et d'associations lancés.Un PocketQube : 5 cm de côté, il tient dans la main. © Clara Marques · CC BY-SA 4.0 Les sources CubeSat Design Specification, rév. 14.1 (Cal Poly, février 2022) Wikipédia (en) : CubeSat — origines, formats, P-POD, NRCSD, premiers lancements de 2003 Wikipédia (en) : PocketQube IARU : coordination des fréquences des satellites IARU : le segment satellite 145,800–146,000 MHz Puissance des CubeSats 1U (arXiv 2201.09748) NASA : State-of-the-Art of Small Spacecraft Technology (ordres de grandeur) Nanoracks (2017) : de 6 mois à 1 an en orbite après l'ISS AMSAT CubeSatSim (Alan Johnston, KU2Y) Wikipédia (en) : ArduSat ESA Academy : Fly Your Satellite! NASA : CubeSat Launch Initiative Wikipédia (en) : FUNcube-1 Wikipédia (en) : Fox-1A Wikipédia (en) : Fox-1B Wikipédia (en) : Fox-1D ARRL : RadFxSat-2 / Fox-1E devient AO-109 ARRL : JY1Sat devient JO-97 AMSAT : GreenCube devient IO-117 Wikipédia (en) : ESTCube-1 Les fiches de « Fiche satellite » (fiches de SatMe-PC) D. Vallado, Fundamentals of Astrodynamics and Applications : atmosphère exponentielle Les chiffres du jeu Les masses, volumes et consommations des cartes sont des ordres de grandeur d'un petit CubeSat, pas la fiche d'un fabricant. Le modèle : orbite circulaire de Kepler, ombre cylindrique de la Terre, 1 361 W/m² sur des cellules à 28 %, pertes en espace libre, atmosphère exponentielle (Vallado) pour la rentrée.
Les photos Trois CubeSats éjectés depuis la Station spatiale internationale (19 novembre 2013). © NASA · Domaine public (NASA) Deux CubeSats 3U juste après leur éjection, la Terre derrière. © NASA · Domaine public (NASA) De minuscules CubeSats s'éloignent de l'ISS (octobre 2012). © NASA · Domaine public (NASA) Des CubeSats préparés pour le déployeur Nanoracks à bord de l'ISS (2023). © NASA JSC · Domaine public (NASA) FUNcube-1 (AO-73) en salle blanche avant son lancement. © Wouter Weggelaar (PA3WEG) · CC BY 3.0 Un CubeSat 1U : un cube de 10 cm de côté. © Zen4Telematik · CC BY-SA 4.0 La structure d'un CubeSat, sans ses panneaux, tient dans la main. © Svobodat · CC BY-SA 3.0 Le CubeSat F-1 dans sa chambre de vide thermique. © Thuvt · CC BY-SA 3.0 Vue éclatée d'ArduSat : structure, énergie, radio UHF, ordinateur, cartes Arduino. © Peter Platzer · CC BY-SA 3.0 AAUSAT-II, un CubeSat 1U d'étudiants, dans sa valise de transport. © Jensdalsgaard · CC BY 3.0 ESTCube-1, CubeSat étudiant de l'université de Tartu. © Erik Kulu, Austin Hess · CC BY-SA 3.0 CUTE-I, l'un des premiers CubeSats lancés le 30 juin 2003, exposé au musée. © Motokoka · CC BY-SA 4.0 Un PocketQube : 5 cm de côté, il tient dans la main. © Clara Marques · CC BY-SA 4.0 La balise de Fox-1B (AO-91) sur la chute d'eau d'un récepteur. © Royldean · CC BY-SA 4.0 Les autres images du jeu sont dessinées.