مكعبات: حمولات صغيرة ، فوائد ضخمة لأبحاث الفضاء

اثنان من 28 مكعبات Dove التي تشكل Planet Lab

شوهد اثنان من 28 مكعبات Dove التي تشكل كوكبة Flock 1 في Planet Lab وهي تنتشر في المدار من محطة الفضاء الدولية في 11 فبراير 2014. (رصيد الصورة: ناسا)



الأقمار الصناعية المكعبة هي أقمار صناعية صغيرة تم استخدامها حصريًا في مدار أرضي منخفض لمدة 15 عامًا ، ويتم استخدامها الآن في المهام بين الكواكب أيضًا. في البداية ، كانت تُستخدم بشكل شائع في مدار أرضي منخفض لتطبيقات مثل الاستشعار عن بعد أو الاتصالات. اعتبارًا من منتصف عام 2018 ، تم نشر زوج من الأقمار الصناعية المكعبة في مهمة طيران إلى المريخ ، ويتم النظر في مجموعة أخرى من المكعبات للقمر والمشتري.



تم اقتراح تصميم المكعبات لأول مرة في أواخر التسعينيات من قبل أستاذين: جوردي بويج سواري من جامعة ولاية كاليفورنيا للفنون التطبيقية وبوب تويجز من جامعة ستانفورد. كانوا يحاولون مساعدة الطلاب على اكتساب الخبرة الهندسية في الأقمار الصناعية ، والتي تعد مكلفة تقليديًا في البناء والإطلاق. جاءت فكرة لعبة cubesat جزئياً من جنون ألعاب اليوم المصغر ، Beanie Babies ، وفقًا لـ Spaceflight Now . مستوحاة من الحيوانات المحنطة الفردية ، كانت فكرة Twiggs هي السماح للطلاب ببناء أقمار صناعية مصغرة خاصة بهم.

وأضافت المقالة أن التصميم الأساسي لمكعبات هو مكعب طوله 10 سم (4 بوصات) وكتلة أقل من 1.33 كيلوجرام (2.93 رطل). لكن الاختلافات في الموضوع ممكنة. يمكن أيضًا تصميم الأقمار الصناعية المكعبة لتشمل وحدتين أو ثلاث أو ست وحدات قطرها 10 سنتيمترات للقيام بمهام أكثر تعقيدًا.



تعمل Cubesats على تقليل تكاليف الإطلاق بطريقتين أساسيتين. فهي لا تزن كثيرًا ، مما يعني أن الصاروخ لا يحتاج إلى الكثير من الوقود لتثبيته. في معظم الحالات ، يتشاركون أيضًا في صاروخ مع قمر صناعي أكبر ، مما يجعل من الممكن الوصول إلى الفضاء على أذرع الحمولة الثقيلة.

ومع ذلك ، هناك بعض تحديات التصميم مع المكعبات. تعد الأجهزة الإلكترونية أصغر حجمًا وبالتالي فهي أكثر حساسية للإشعاع. لأنها صغيرة ، لا يمكنهم حمل حمولات كبيرة معهم. كما أن تكلفتها المنخفضة تعني أيضًا أنها مصممة بشكل عام لتستمر فقط بضعة أسابيع أو شهور أو سنوات قبل توقف العمليات (وبالنسبة لأولئك الموجودين في مدار أرضي منخفض ، يسقطون مرة أخرى في الغلاف الجوي).

ثلاثة مكعبات صغيرة تطفو فوق الأرض بعد نشرها من محطة الفضاء الدولية. قام رائد الفضاء ريك ماستراتشيو بالتغريد على الصورة من المحطة في 19 نوفمبر 2013.



ثلاثة مكعبات صغيرة تطفو فوق الأرض بعد نشرها من محطة الفضاء الدولية. قام رائد الفضاء ريك ماستراتشيو بالتغريد على الصورة من المحطة في 19 نوفمبر 2013.(رصيد الصورة: Rick Mastracchio & rlm ؛ (عبر Twitter asAstroRM))

نبذة تاريخية

تم إطلاق أول ستة قاذفات مكعبة في يونيو 2003 من موقع الإطلاق الروسي بليسيتسك. في ذلك الوقت ، وفقًا لمقال نشر في موقع guesswhozoo.com عام 2004 ، كان السعر الجاري لإطلاق مركبة Cubesat حوالي 40 ألف دولار ، وهي صفقة مقارنة بقمر صناعي نموذجي (العديد منها بملايين الدولارات).

أصبحت الأقمار الصناعية المكعبة ممكنة من خلال التصغير المستمر للإلكترونيات ، والذي يسمح لأجهزة مثل الكاميرات بالركوب في المدار بجزء صغير من حجم ما كان مطلوبًا في بداية عصر الفضاء في الستينيات.



زقزقة داخل مكعبات وستكتشف دوائر جاهزة في الشكل المألوف من المعالجات الدقيقة ومنافذ المودم ، وغيرها من أجهزة الرقائق الدقيقة المستخدمة عادةً في الهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والملاحة عبر الأقمار الصناعية المحمولة باليد الوحدات ، كتب كاتب العمود الداخلي في ProfoundSpace.org ليونارد ديفيد في عام 2004.

تُحدث Tiny Cubesats ثورة في كيفية استكشاف العلماء والطلاب وحتى الشركات الخاصة للفضاء واستخدامه. شاهد كيف تجعل تقنية Cubesat الأقمار الصناعية أصغر في مخطط المعلومات الرسومي الكامل الخاص بنا.

تُحدث Tiny Cubesats ثورة في كيفية استكشاف العلماء والطلاب وحتى الشركات الخاصة للفضاء واستخدامه. شاهد كيف تجعل تقنية Cubesat الأقمار الصناعية أصغر في مخطط المعلومات الرسومي الكامل الخاص بنا.(رصيد الصورة: بقلم كارل تيت ، فنان الرسوم البيانية)

في العقد الأول ، جاءت معظم المكعبات التي طارت من تطبيقات جامعية أو بحثية. يتم إطلاق عدد قليل فقط من الأقمار الصناعية كل عام ؛ ثم في عام 2013 ، بلغ عدد عمليات الإطلاق فجأة العشرات. في ذلك العام بدأ القطاع التجاري بإطلاق الأقمار الصناعية ، وفقًا لـ SpaceDaily .

يتم ابتكار تقنيات جديدة لتحسين استخدام الأقمار الصناعية المكعبة ، مثل مشروع المظلات التابع لوكالة ناسا عام 2017 والذي يمكن أن يهبط بالأقمار الصناعية الصغيرة دون الحاجة إلى التعزيزات. وقد تم الإعلان عن العديد من المشاريع البارزة في القطاع العام ، بما في ذلك 'أسراب' ناسا من مكعبات مراقبة الأرض ، اعتماد القمر الصناعي بواسطة محطة الإذاعة العامة NPR ، وأ مسابقة مكعبات للطلاب الكنديين .

كان هناك أكثر من 2100 من الأقمار المكعبة والسواتل النانوية اعتبارًا من منتصف عام 2018 ، وفقًا لـ nanosats.eu . من بين الاستخدامات البارزة للمكعبات التي تدور حول الأرض اليوم:

  • تمتلك شركة Planet Labs ، وهي شركة لمراقبة الأرض ، عشرات من أقمار Dove بحجم مكعب في المدار ، بالإضافة إلى عدد قليل من RapidEye cubesats. تُستخدم المكعبات في كل شيء من الاستجابة للكوارث إلى مراقبة المناخ.
  • تطلق NanoRacks Cubesat Deployer على محطة الفضاء الدولية مكعبات بعد أن تم نقلها إلى المدار على متن مركبة ISS الزائرة.
  • توفر مبادرة إطلاق Cubesat التابعة لناسا فتحات إطلاق للمكعبات على متن الصواريخ التقليدية.

يشعر بعض خبراء صناعة الفضاء بالقلق من أن تعميم المكعبات سيحدث إنشاء الكثير من النفايات غير المرغوب فيها في مدار أرضي منخفض ، حيث تتسابق الشركات والباحثون لإيصال أفكارهم إلى الفضاء دون التفكير في العواقب طويلة المدى. في مارس 2018 ، لجنة الاتصالات الفيدرالية زعم أن إحدى الشركات الأمريكية أطلقت عدة أقمار صناعية صغيرة دون إذن بعد أن منعت لجنة الاتصالات الفيدرالية الإطلاق ، قائلة إن الأقمار الصناعية كانت صغيرة جدًا بحيث يتعذر على أجهزة الاستشعار تتبعها.

التحرك خارج مدار الأرض

ابتداءً من عام 2018 ، بدأت الأقمار الصناعية المكعبة المغامرة خارج مدار الأرض. فيما يلي بعض المشاريع الجارية أو التي لا تزال قيد التخطيط:

مارس كيوب وان (ماركو) - أول مكعبات تغادر الأرض - تم إطلاقها في 5 مايو 2018 ، جنبًا إلى جنب مع مركبة الإنزال InSight التابعة لناسا. من المتوقع أن تهبط إنسايت على سطح المريخ في 26 نوفمبر 2018 ؛ إنه حاليًا في طريقه وتطير المكعبات خلفه مباشرةً ، حيث انفصلوا بشكل مستقل عن الصاروخ أثناء الإطلاق و تعمل بالطاقة الشمسية .

المكعبات هي الملقب بـ 'WALL-E' و 'Eve' بعد فيلم الرسوم المتحركة WALL-E من شركة Pixar لعام 2008 ، والذي يتتبع مغامرات الروبوتات في الفضاء. عندما تهبط InSight ، ستحاول المكعبات إرسال البيانات مرة أخرى إلى الأرض حول هبوطها. هذه رحلة تجريبية ولن تكون المعلومات حاسمة ، لأن مركبة استكشاف المريخ ستؤدي نفس المهمة. ستنتهي مهمة ماركو بعد ذلك بوقت قصير.

سيكون إطلاق أول اختبار لنظام الإطلاق الفضائي لناسا في عام 2019 رائدًا للصاروخ المتوقع أن يخرج البشر من مدار الأرض المنخفض لأول مرة منذ الستينيات. سيشمل الإطلاق الأولي غير المأهول ما يصل إلى 13 قمراً صناعياً صغيراً. تشمل الأفكار المفاهيمية Lunar Flashlight ، الذي يعكس ضوء الشمس للنظر في الحفر المظللة بشكل دائم على القمر ، و NEA Scout ، التي ستستخدم شراعًا شمسيًا للطيران إلى الكويكب القريب من الأرض 1991VG.

تفكر ناسا في إرسال مهمة إلى القمر الجليدي للمشتري يوروبا في عشرينيات أو ثلاثينيات القرن الحالي. في عام 2014 ، قالت وكالة ناسا إنها تدرس إدراج مكعبات في المهمة ، والتي ستؤدي وظائف بما في ذلك 'الاستطلاع لمواقع الهبوط المستقبلية ، وحقول الجاذبية ، والمجالات المغناطيسية ، وعلوم الغلاف الجوي والعمود ، وقياسات الإشعاع.' أكدت وكالة ناسا أنه سيتم تضمين المكعبات في مايو 2018 ، وطلبت من المجتمع العلمي تقديم أفكارهم.

نظرت وكالة الفضاء الأوروبية وناسا سابقًا في مهمة مشتركة للتحقيق في الكويكب 65803 ديديموس ومحاولة تحريك القمر عبر مصادم. كانت تسمى البعثة مهمة تقييم تأثير وانحراف الكويكب (AIDA). بالنسبة للجزء الأوروبي ، فقد فكروا في تضمين اثنين من المكعبات للقيام بملاحظات تكميلية. اختار الأوروبيون عدم تمويل الجزء الخاص بهم من المهمة في عام 2016 لتقديم المزيد من الأموال لمهمة المركبة الجوالة ExoMars ، لكن ناسا تواصل التطوير من جانبها. تم تأجيل الإطلاق حتى عام 2020.

مصادر إضافية