Infografía de la ISS

Buenas y santas,

buscando información adicional sobre la ISS me he encontrado con esta excelente infografía de Paco Arnau en Ciudad Futura.

iss-web_v1-1En el gráfico se pueden ver los diferentes módulos e instalaciones, clasificadas según su constructor, rusos, americanos, japoneses o europeos.

En un segundo nivel encontrareis las naves utilizadas para transportar astronautas o utilizadas como cargo así como los lanzadores que han puesto en órbita dichas naves.

Private Space – La comercialización del espacio


Lifeassembled studios ha creado una mini serie web de 3 capítulos en la que cuentan como ha ido creciendo en los EE.UU. el interés por la explotación comercial del espacio.
Un gran número de empresas se preparan para proporcionar servicios como el turismo, la astrofotografía o la minería espacial. Algunas compañías ya llevan tiempo colaborando con la NASA y otras agencias espaciales, pero todo esto no ha hecho más que empezar.
La serie #PrivateSpace, cuyo primer episodio podéis ver aquí, presenta las nuevas formas de acceso al espacio. Además LIFE assembled estudios va a lanzar una campaña en Kickstarter para seguir produciendo la serie con un capítulo por mes.

PrivateSpace

PrivateSpace

Explicando como se despliegan los cubesat desde la Estación Espacial Internacional

En este video Amiko Kauderer del equipo de comunicación de la NASA entrevista a Michael Johnson, de NanoRacks la empresa que organiza el depliegue de los cubesats desde la EEI.
Michael cuenta como los cubesat son colocados en el interior de un dispositivo de despliegue. Para este més de febrero está preparando 8 de estos dispensadores con el objetivo final de desplegar un total de 33 cubesat lo que podría suponer, según el comenta, un record mundial de despliegue de satélites.
Después estos se colocan en una plataforma en el módulo de experimentos japones la cual será conectada al brazo robótico del módulo Kibo. La plataforma con el dispensador se coloca al exterior de la EEI y con una inclinación de no más de 45 grados sobre la vertical de la órbita se sueltan los satélites. Esta acción es realizada desde el centro de control del módulo Kibo mediante el envio de un comando que abre la puerta del dispensador. Un muelle colocado en la parte posterior proyecta los cubesats hacia una órbita inferior a la actual de la EEI.

Nanoracks en un video promocional muestra con una animación el proceso de despliegue.

Qb50 una red científica europea de cubesats

ImagenUno de los más importantes proyectos de cubesats es sin duda QB50, una red de satélites científicos dedicados al estudio tanto espcial como temporal de un amplio número de constituyentes y parámetros de la baja termosfera entre los 90 y los 320 km).

En QB50 participan diferentes grupos de investigación procedentes de varias universidades.

El proyecto consta de una red de 40 cubesats 2U separados por unos centenares de metros y llevando a bordo los mismos sensores. QB50 se utilizará para estudiar estudiar los proceso de reentrada midiendo algunos elementos de la reentrada y comparándolo con las predicciones y trajectorias reales de los Cubesat.

Una constelación de 10 satélites 2U o 3U cubesats será utilizada para validar en órbita los sensores científicos miniaturizados.

Las principales ventajas del uso de una órbita baja frente a una órbita más alta son las siguientes:

  • La duración de vida de un cubesat en una órbita baja es de aproximadamente 3 meses muy inferior a los 25 años de la mayoría de desechos espaciales.
  • La distancia de una órbita baja permite una mayor velocidad para las comunicaciones.
  • El cinturón de radiación terrestre beneficia a los cubesat los cuales utilizan componentes de bajo coste.

Los 50 cubesats de la red QB50 será lanzados a mediados de 2015 en una órbita circular entre 350 y 400 km. La frotación atmosférica provocará un descenso de la órbita de los cubesat que poco a poco irá atravesando las diferentes capas de la termosfera. La altura orbital inicial  será seleccionada para permitir una duración de la mision de 3 meses.

Cubesat orbital data overview

I was trying to have an idea about what kind of missions are on orbit cubesat performing and first I had a look into their orbital characteristics.

Importing tle files from Celestrak, provided by NORAD, I had access to orbital basic information in two lines elements format. I have converted this tle data into several orbital parameters. TLE Analyser is an open-source and freeware tool that can be used to extract different orbital parameter for each cubesat. Additionally can display satellites ground track and 3D visualisation embedding a google earth frame.

The data used in this analysis can be founded and the end of this post. As input TLE Analyser imported TLE from Celestrak downloaded at 20:30:00 1/1/2014 UTC . The propagation time is lower than 1 day meaning that estimation is quite accurate.

From these parameters the eccentricity indicates how the orbit of the cubesat is deviated of a perfect cycle. The POPACS (Polar Orbiting Passive Atmospheric Calibration Sphere) mission satellites have the maximum eccentricity with very similar values. POPACS 3 has an eccentricity of 0.079174. In the opposite side ORS OBJECT C with an 0.00044 of eccentricity represent the minimum in the list.

Statistical eccentricity data summary:

Eccentricity
Min 0.0004435
Max 0.0791747
Mean 0.0098138
Median 0.0021277
Standard Deviation 0.0166244

Concerning the inclination of the orbit, ORS OBJECT C with 40.48 deg is mission with lower inclination whilst M_CUBED & EXP-1 PRIME with 101.71 deg is the maximal inclination.

Statistical inclination data summary:

Inclination (deg)
Min 40.4879
Max 101.7176
Mean 78.09272
Median 97.77701
Standard Deviation 25.19258

Looking into the altitude characteristics we have 4 parameters to be analysed, maximal and minimum of altitude at apogee and at perigee. TECHEDSAT_3P has the minimum altitude at the apogee with 361.426 km and POPACS 2 has the maximum altitude at the apogee with 1466.3514 Km. This is the maximum altitude of a cubesat mission.

Statistical altitude at the apogee data summary:

Altitude Apogee (km)
Min 361.426
Max 1466.3514
Mean 688.6249
Median 657.6180
Standard Deviation 193.1829

For the perigee we can find that CANX-1 with 813.042 km is the máximum altitude at the perigee of a cubesat. E_ST@R is with 280.3007 km at the perigee the cubesat with the lowest altitude.

Statistical altitude at the perigee data summary:

Altitude Perigee (km)
Min 280.3007
Max 813.0423
Mean 549.7356
Median 563.7467
Standard Deviation 122.1465

Another important parameter is the period of the orbit in minutes. This is the time taken by the satellite to perform an orbit around the earth. TECHEDSAT_3P cubesat takes 91.54 min to complete an orbit. The satellite with a highest period is POPACS 2 with 103.02 minutes.

Statistical period data summary:

Period (min)
Min 91.5443
Max 103.0204
Mean 97.0905
Median 97.0592
Standard Deviation 2.2806

It is expected that TECHEDSAT_3P with the minimum altitude at the apogee has the minimum period and POPACS 2 with the maximum altitude at apogee has maximum orbital period. This relationship is described in the equation

Period_Equation

Orbital Period Equation

where,

Tk is the period,

a is the semi-major axis,

μ is the geocentric gravitational constant.

 

Data:

Cubesat Celestrak– Celestrak TLE file used as TLE Analyser input.

Raw Orbital Data Cubesat – Output raw data from TLE Analyser.

Documents:

TLE Analyser User Manual

Especificaciones de diseño de los Cubesat

Cubesat es una plataforma estandar para picosatélites que desde principios de los años 90 ha permitido a universidades, instituciones gubernamentales y empresas privadas acceder al espacio cercano de una forma barata y rápida para realizar investigaciones, probar tecnologías, tomar imágenes o simplemente para tareas educativas.

Para hacerse una idea de las caracteríticas que debe poseer un cubesat se puede echar un vistazo al documento CDS (Cubesat Design Specifications). La reversion 12 de este documento es la que actualmente se debe tomar como referencia para desarrollar un cubesat. Sin embargo existe una nueva versión, la rev 13 (draft C), que pese a ser aún un borrador supone un avance significativo pues elimina las restricciones al uso de sistemas de propulsión abriendo la puerta a la implementación a sistemas de control de actitud y órbita. El MIT ya trabaja en un sistema de propulsión específico para los cubesat llamado iEPS.

Dispensador

El P-POD (Poly Picosatellite Orbital Deployer) es el sistema standard de despliegue de los cubesat creado por la Universidad Cal Poly. En su interior se puede transportar 3 cubesat y actua como interfaz con el vehículo de lanzamiento. Un mecanismo con un muelle realiza el despliegue de los satélites una vez que el lanzador envia la señal de separación al P-POD y este abre la puerta del dispensador.

P-POD figure

Configuraciones posibles

Se puede desarrollar un cubesat de diferentes configuraciones que con sus masas respectivas son:

  • 1U -> 1,33Kg
  • 1,5U -> 2 Kg
  • 2U -> 2,66 Kg
  • 3U -> 4 Kg

La “U” es la configuración básica.

Requisitos generales

  • El cubesat no debe poseer elementos que puedan generar residuos orbitales adicionales.
  • No se permite el uso de elementos pirotécnicos.
  • Los sistemas de propulsión deben incorporar al menos 3 inhibidores de la activación.
  • La energía química almacenada no debe ser superior a los 100 Watt -hour.
  • Se mencionan los criterios de outgassing  para los materiales utilizados que establecen , por ejemplo, que la masa total perdida (TML) no debe ser superior al 1 %.

Requisitos mecánicos

  • Las dimensiones estandar para una unidad cubesat 1U son: 100 mm x 100 mm x 100 mm
  • El origen del centro de referencia es el centro geomético del cubesat.
  • La estructura del cubesat debe ser construida en Aluminio 7075, 6061, 5005 y/o 5052
  • Un muelle de separación al final de los railes es obligatorio para realizar la separación con respecto del cubesat vecino .
  • La configuración 3U+ tiene permitido un volumen adicional de un cilindro de 36 mm de alto y un máximo de 64 mm de diametro
  • Es necesario el uso de railes como elemento estructural del cubesat para permitir su colocación dentro del P-POD. Sus características son descritos detalladamente en el CDS

Requisitos eléctricos

  • Hasta el momento de la inserción en órbita el sistema eléctrico se encontrará desactivado.
  • El cubesat debe incorporar al menos un interruptor de separación que se encargará de encender el sistema.
  • El sistema eléctrico debe constar de unaprotección para la carga y descarga de la batería.
  • Se recomienda desactivar el sistema de emision RF para evitar cualquier transmisión indeseada.

Requisitos operacionales

  • El operador del cubesat debe estar en posesión de una licencia de radio frecuencia acorde a la ragión desde la que se va a operar. Las licencias se pueden solicitar a la IARU – Internacional Amateur Radio Union.
  • El diseño y el hardware utilizado para el cubesat debe cumplir con los requisitos de NPR 8715.6 que limita los residuos orbitales.
  • Cualquier elemento desplegable debe esperar un mínimo de 30 min para su despliegue a partir del momento de la separación del P-POD

Requisitos de las pruebas

  • Se detallan en el documento los documentos aplicables para los test a realizar en el cubesat para obtener el permiso para volar.
  • Se establecen un mínimo de test que los cubesat deberán pasar satisfactoriamente:
    • Test de vibración.
    • Test de vacio y térmico.
    • Test  de choque.
    • Inspección visual.
    • Cualificación.
    • Protovuelo (definidos en MIL-STD-1540 y LSP-REQ-317.01).
    • Aprobación.

Enlaces:

AIR FORCE SPACE COMMAND MANUAL 91-710 VOLUME 3 – Documento aplicable para la conformidad del sistema de propulsión

NASA Procedural Requirements for Limiting Orbital Debris – Requisitos para limitar los residuos espaciales.

The General Environmental Verification Standard (GEVS, GSFC-STD-7000) – Estandar para los test generales

Military Standard Test Requirements MIL-STD-1540- Standard militar estadounidense con los requesitos para los test aplicados a vehículos espaciales.

Launch Services Program Program Level Poly-Picosatellite Orbital Deployer (PPOD) and CubeSat Requirements Document – Requisitos de la Nasa para los cubesat y el P-POD

Cubesat, una puerta al espacio de bajo coste

En 1999 las Universidades de Stanford y la Politecnica de California crearon las especificaciones de un satélite en miniatura que ayudase a las universidades de todo el mundo en los proyectos de investigación y en su actividad docente.

El cubesat es un pequeño satélite, que en su modelo básico debe medir exactamente 10 cm de lado y no sobrepasar los 1,33 kg. Aunque comenzó como una proyecto académico, algunas empresas como Boeing han comenzado a construir cubesat.

Cubesat Mecha

Con el reciente lanzamiento, el 19 de noviembre de 2013, de los primeros Ardusat, un picosatélite basado en el estandar cubesat y controlado mediante arduino, esta plataforma ha demostrado que el espacio es también accesible para la llamada “ciencia ciudadana”.

En el floreciente desarrollo del espacio cercano, el cubesat se esta convirtiendo en una importante opción de acceso de bajo coste para proyectos de investigación básica, necesaria para desarrollar, probar y validar gran numero de tecnologías necesarias para el salto definitivo del turismo espacial.

Enlaces:
http://cubesat.org
https://spacegrav.stanford.edu/tags/cubesat
http://en.wikipedia.org/wiki/CubeSat
http://gomspace.com/
http://www.cubesatkit.com/
http://en.wikipedia.org/wiki/ArduSat
http://en.m.wikipedia.org/wiki/Cubesat_Space_Protocol