Billige satellitter i chipstørrelse kredser om Jorden

For et årti siden, mens han stadig er ph.d. studerende ved Cornell University, Zac Manchester forestillede sig at bygge satellitter i chip-skala, der kunne arbejde sammen om at studere Jorden eller udforske rummet. Den 3. juni da NASA Ames Research Center annoncerer den vellykkede implementering af den største sværm af ChipSats i historien, Manchester, nu adjunkt ved Stanford, ser allerede for sig fremtiden for denne teknologi.

"Dette er ligesom pc-revolutionen for rummet, " sagde Manchester, som sluttede sig til det luftfarts- og astronautiske fakultet sidste år. "Vi har vist, at det er muligt for sværme af billige, små satellitter til en dag at udføre opgaver nu udført af større, dyrere satellitter, gør det overkommeligt for stort set alle at sætte instrumenter eller eksperimenter i kredsløb."

Manchesters team indsatte 105 ChipSats i lavt kredsløb om Jorden den 18. marts og, den næste dag, opdagede de signaler, de sendte hinanden, demonstrere deres evne til at kommunikere som en gruppe, en forudsætning for at fungere som en sværm. Siden den gang, forskerne har arbejdet sammen med NASA for at fuldføre den første fase af missionsdataanalysen.

Lille og billig

Hver ChipSat er et printkort, der er lidt større end et frimærke. Bygget til under $100 stykket, hver ChipSat bruger solceller til at drive sine væsentlige systemer:radioen, mikrocontroller og sensorer, der gør det muligt for hver enhed at lokalisere og kommunikere med sine jævnaldrende. I fremtiden, ChipSats kunne indeholde elektronik skræddersyet til specifikke missioner, Manchester sagde. For eksempel, de kunne bruges til at studere vejrmønstre, dyrevandringer eller andre terrestriske fænomener. Rumfartsapplikationer kan omfatte kortlægning af overfladeegenskaber eller indre sammensætning af asteroider eller måner, der kredser om andre planeter.

"De største omkostninger ved rumforskning er opsendelsen, og vi forsøger at skabe den mindste, letteste satellitplatform, der er i stand til at udføre nyttige opgaver, " sagde Manchester.

ChipSats var prototyper designet med det ene formål at kredse om Jorden i et par dage, før de brændte op, da de kom ind i atmosfæren igen. Men dataene indsamlet fra dette eksperiment - den største samtidige installation af de mindste fungerende satellitter, der nogensinde er bygget - hjalp med at validere Manchesters mål om at tage det næste skridt i miniaturiseringen af ​​satellitteknologi.

Lige siden Sputnik blev lanceret i 1957, nationer – og senere virksomheder – er løbet for at sætte satellitter i kredsløb til både militære og civile formål. Imidlertid, til $10, 000 for at sætte et pund nyttelast ud i rummet, lanceringsomkostninger har altid udgjort en enorm adgangsbarriere. Men i 1999 skete et gennembrud, da forskere ved Stanford og California Polytechnic State University definerede og populariserede CubeSat:et lys, 4-kubik tommer container, der kunne bære en lille videnskabelig mission. CubeSats passede perfekt til NASAs mål om at udvikle mindre, mindre dyre missioner for at give flere forskere en chance for at slå omkostningsbarrieren og sende eksperimenter ud i rummet.

Vejen til succes

I 2009 mens han studerede hos Cornell professor Mason Peck, Manchester forestillede sig, hvordan man konstruerer den elektroniske essens af en satellit til en enhed, der er endnu billigere og nemmere at bygge end en CubeSat. I 2011 han crowdfundede sit projekt ved at lægge det på Kickstarter.com, hurtigt at rejse omkring $75, 000 fra 315 bidragydere, og det, han oprindeligt kaldte KickSat-projektet, blev født. "Jeg vil gøre det nemt og overkommeligt nok for alle at udforske rummet" var, hvordan Manchester udtrykte det dengang.

Lige siden han har forfulgt denne vision gennem forskningsophold på Harvard og NASA Ames, før han kom til Stanford. Han har haft skuffelser. I 2014 Manchesters første KickSat-projekt blev sendt ud i rummet med 100 ChipSats, men en fejl fik de eksperimentelle satellitter til at komme ind i atmosfæren igen og brænde op, før de kunne sættes ind.

Uforskrækket, Manchester og samarbejdspartnere hos Cornell, Carnegie Mellon og NASA Ames redesignede ChipSats til den nylige mission. De pakkede 105 ChipSats ind i et CubeSat moderskib kaldet KickSat-2, som blev opsendt til den internationale rumstation den 17. november. Manchester ventede i månedsvis på NASA's grønt lys til at installere ChipSats inde i Kick-Sat-2 i lav kredsløb om Jorden.

Det øjeblik kom endelig, da indsættelseskommandoerne blev overført fra 60 fods parabolen bag Stanford campus. Endnu en bekymret dag gik, før Manchester fandt ud af, at den følsomme parabolantenne havde registreret de svage signaler fra ChipSats, hvilket betød, at de var operationelle. Manchester arbejdede sammen med samarbejdspartnere rundt om i verden for at spore ChipSats, mens de transmitterede data, indtil de kom ind i atmosfæren igen og brændte op den 21. marts.

Opmuntret af denne succes, Manchester sagde, at han vil fortsætte arbejdet hen imod en nær fremtid, hvor studerende, hobbyfolk og borgerforskere over hele verden kan bygge og opsende deres egne bittesmå satellitmissioner lige så nemt, som de nu kan flyve med en drone.