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.

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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