Banebrydende måde at holde meget små satellitter i kredsløb

En cubesat, overvejende bygget af bachelorstuderende og planlagt til lancering på søndag, vil undersøge muligheden for en ny fremdriftsmetode, der kan gøre det muligt for meget små satellitter at bevæge sig rundt i Jordens kredsløb uden at bære brændstof. Dette kunne bane vejen for bittesmå satellitter, der forbliver i kredsløb i lange perioder og opererer i sværme, overvågning af storme og naturkatastrofer, for eksempel.

En cubesat er på størrelse med et brød, designet til at tage en tur ud i rummet med en stor mission. Cubesats er billige måder at afprøve nye teknologier på eller give eleverne mulighed for at få praktisk erfaring med udforskning af rummet. MiTEE er planlagt til at flyve fra Mojave Air and Space Port på Virgin Orbits Launch Demo 2.

Mens Jordens atmosfære er meget tykkere på jorden, en spredning af luftpartikler strækker sig helt op til lavt kredsløb om Jorden - territoriet for omkring 60 procent af jordens kredsende satellitter. Små satellitter er stærkere påvirket af luftmodstanden fra den øvre atmosfære end store satellitter, bremse deres baner og få dem til at falde mod Jorden.

"Disse mindre rumfartøjer holder bare ikke ret længe, måske endda dage til uger, eller et par måneder, afhængig af hvor høje de er, " sagde Brian Gilchrist, professor i elektroteknik og datalogi, der overvågede holdet.

Og, i modsætning til større satellitter, de fleste små satellitter kan ikke bekæmpe modstanden. Fremdrift opnås typisk ved at skubbe noget i den modsatte kørselsretning, men det betyder, at man medbringer ekstra materiale på satellitten, der tilføjer vægt og er en begrænset ressource.

Men fordi små satellitter er så lette, de kan muligvis drage fordel af et andet fremdriftsmiddel. I stedet for at stole på Newtons lige-og-modsatte reaktioner for at bevæge sig rundt, de kan muligvis udnytte elektromagnetismens mere subtile love.

Holdet studerer ideen om at binde to små satellitter på størrelse med en mobiltelefon med en ledning på 10 til 30 meter lang, der er i stand til at drive strøm i begge retninger ved at bruge strøm fra solpaneler og lukke det elektriske kredsløb gennem jordens ionosfære. Når en ledning leder en strøm i et magnetfelt, at magnetfeltet udøver en kraft på ledningen. Holdet planlægger at bruge kraften fra Jordens magnetfelt til at klatre højere i kredsløb, kompenserer for luftmodstanden.

De første eksperimenter til at teste ideen vil være på en CubeSat-satellit kaldet MiTEE-1:The Miniature Tether Electrodynamics Experiment-1. Den version, der lanceres, er designet og bygget af mere end 250 studerende, i løbet af seks år. De blev vejledt af ingeniører og teknikere fra U-M Space Physics Research Laboratory (SPRL). Den version, der lanceres nu, vil have en deployerbar stiv bom, en meter lang, mellem en satellit på størrelse med en brødkasse og en anden på størrelse med en stor smartphone. Den vil måle, hvor meget strøm der kan trækkes fra ionosfæren under forskellige forhold.

"Det er første gang MiTEE vil opsende en satellit, og det er længe siden. Jeg er spændt på endelig at se resultatet af mange års indsats, "Lauren Citkowski, en luftfartsingeniør senior.

Om to et halvt år på projektet, Citkowski er taknemmelig for de erfaringer, der byggede både hendes tekniske færdigheder, såsom lodning og samling af elektronik, og de kommunikations- og interpersonelle færdigheder, der vil gøre hende i stand til at trives på tværfaglige ingeniørteams.

MiTEE-projektet fortsætter på U-M, tager data fra denne satellit og planlægger den næste. En fremtidig version med en længere binding mellem satellitterne, 30 fod eller mere, ville demonstrere, at denne form for elektromagnetisk fremdrift kunne holde enheden i kredsløb.

MiTEE-projektet deltager i Multidisciplinary Design Program (MDP), som hjælper med at matche studerende fra hele universitetet med fakultetsforskning - fra førsteårs studerende til studerende på kandidatniveau. Gennem MDP, U-M College of Engineering finansierer også stipendier til studerende fra lav- og mellemindkomstfamilier, eller som er i den første generation af familien, der går på college. Alle studerende, der deltager i MDP, får praktisk erfaring inden for forskning og industri, forberede dem til karrierer inden for ingeniør- og rumvidenskab.