Größtes erreichbares Aphel mit aktueller oder zukünftiger Cubesat-Antriebstechnologie?

Die Antriebstechnologie für Cubesats und Nanosatelliten befindet sich in aktiver Entwicklung, aber es gibt zumindest einige, die auf soliden Prinzipien basieren und wahrscheinlich in den nächsten Jahren getestet werden. Es gibt auch einige bewährte Triebwerkstechnologien, die jetzt auf Hunderten von Satelliten verwendet werden und die im Prinzip so konstruiert werden könnten, dass sie in einen CubeSat eingebaut werden können.

Frage: Was wäre der beste Weg, um einen (sagen wir) 3U-CubeSat zu entwerfen, der von der ISS oder einem LEO-Fahrzeug mit ähnlicher Höhe eingesetzt wird, so dass mindestens ein 1U-Abschnitt davon eine heliozentrische Umlaufbahn mit dem höchstmöglichen Aphel erreichen könnte (nicht mehr gebunden zum Erde/Mond-System) mit aktueller oder in naher Zukunft CubeSat-kompatibler Antriebstechnologie?

Wenn es zum Beispiel hilfreich ist, könnte es bereits in der Mikrogravitationsumgebung der ISS zusammengebaut und von dort aus sanft eingesetzt werden, um strukturelle Masse einzusparen, die benötigt worden wäre, um den Start von der Erde zu überleben. Teile könnten dort auch 3D-gedruckt werden. Das Budget für Artikel vom COTS -Typ ist groß, und "das Regal" ist ein paar Jahre in der Zukunft, um Dinge zu berücksichtigen, die noch nicht ganz fertig sind, aber wahrscheinlich sein werden.

Eine geschickte Nutzung der Schwerkraft des Mondes ist natürlich erlaubt und erwünscht. Ich bin gerade auf diese Antwort gestoßen , die auf diese NASA-Seite verweist: http://stereo.gsfc.nasa.gov/orbit.shtml . Das erste Video ist eine schöne Illustration, wie praktisch der Mond sein kann.

Hier ist ein GIF, das aus den Frames dieser .movDatei erstellt wurde:

STEREO-PHASING-ANIMATION

Der 'mindestens 1U'-Teil sollte ein minimales Stromversorgungssystem haben, damit er etwas messen kann, um seine Aphelentfernung zu überprüfen, einen Starcam-Schnappschuss einiger Planetenpositionen oder nur eine Messung des 1 / r ^ 2-Abfalls der Sonnenintensität oder etwas anderes.

Wenn die Spin-Stabilisierung hilft, gehen Sie davon aus, dass die Ausbringungsmethode die Fluglage festlegen (ausrichten) und bei Bedarf drehen kann.

Wenn Sie es auf der ISS zusammenbauen, sollte es als sicher angesehen werden , es auf der ISS zusammenzubauen. Andernfalls müssen Sie auf altmodische Weise von der Erde starten.

Es gibt kleine Ionentriebwerke, die für Cubesats geeignet sind. Ich denke, ein 3U-Sat mit Sonnenkollektoren kann etwa 40 W liefern, was ausreicht, um einen Busek BIT-1 zu fahren im Vergleich zu chemischen Reaktionstreibstoffen.
Engineering-Maximum-Fragen sind im Allgemeinen nicht zu beantworten, ohne einschränkende Annahmen zu treffen. Überlegen Sie: "Wie schnell ist das schnellste Auto, das möglicherweise gebaut werden könnte?"
Sieht so aus, als ob Sie mit einem Isp von 2000 nur 30% Ihrer Masse benötigen, um der Erde zu entkommen, der Rest ist Spaß!
@RussellBorogove Ihr Punkt ist gut getroffen - die "mindestens 1U" und "COTS innerhalb der nächsten Jahre" sollen versuchen, das Dilemma "so weit wie möglich" anzugehen. Ich denke, es kann eine vernünftige Antwort geben, und ich werde Stellen Sie sicher, dass Sie einen geben, wenn sonst niemand einen postet.
+1 für eine gezielte technische Frage anstelle von "Ist ____ möglich? Warum oder warum nicht?"

Antworten (1)

Wenn wir den Weg der "nahen Zukunft" einschlagen, gibt es einige Lichtsegelprojekte, die im Prinzip ein nahezu unbegrenztes asymptotisches Aphel haben:

  • LightSail 2 ist ein 3U-Cubsat-Demonstrator. Es wird in der Erdumlaufbahn bleiben.

  • UltraSail sind zwei 1U-Cubsats mit einem gemeinsamen Bandsegel, die ebenfalls in der Erdumlaufbahn bleiben.

  • Near-Earth Asteroid Scout ist eine geplante NASA-Mission zu einem Asteroiden, obwohl sie sich möglicherweise nicht für diese Frage qualifiziert, da sie (wahrscheinlich) 6U sein wird und im cis-Mondraum beginnt. Es hat jedoch einige der inspirierendsten Bilder:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Keine davon ist bisher geflogen, und keine dieser Missionen entspricht genau dem Standard "von der ISS oder einem LEO-Fahrzeug mit ähnlicher Höhe eingesetzt, so dass mindestens ein 1U-Abschnitt davon eine heliozentrische Umlaufbahn mit dem höchstmöglichen Aphel erreichen könnte". Aber in Erwartung des Erfolgs deuten sie darauf hin, dass es möglicherweise eine Technologie gibt, die (langsam) ein 3U-Fahrzeug auf den Weg bringen könnte.

Wunderbar! Dies ist nicht die Lösung, die ich mir ursprünglich vorgestellt hatte, aber die Verwendung eines Sonnensegels vermeidet die Notwendigkeit, eine Reaktionsmasse zu tragen und zu beschleunigen. Gibt es eine Möglichkeit abzuschätzen, in welcher Höhe ein Sonnensegel mehr Schub als Luftwiderstand haben würde? Würden die ~400 km der ISS ausreichen oder müsste sie in größerer Höhe stationiert werden?
Leichter Druck und Widerstandsdruck auf einem senkrechten Quadratmeter sind bei 700-800 km ungefähr gleich, obwohl der Widerstand aufgrund verschiedener Faktoren sicherlich variiert. Die Planetary Society hat einige Missionsplanungsarbeiten durchgeführt, um Wege zu finden, den Unterschied zwischen Licht- und Widerstandsorientierung zu nutzen, um von einem echten LEO-Einsatzpunkt aus starten zu können. Ich bin mir über den endgültigen Status dieser nicht sicher, aber eine höhere Bereitstellung ist definitiv besser.
Aha. Um von 400 auf 800 km Höhe zu gelangen, ist nur ein Δv von etwa 220 m/s erforderlich. Bei einem Isp von 200 Sekunden (nur zum Beispiel) ist das nur ein Massenanteil von 10 %, also wäre es keine große Antriebsherausforderung , zuerst 800 km zu erreichen .
E-Mail mit einem Kollegen: Anscheinend habe ich mich falsch an die Arbeit der Planetary Society erinnert. Es ging darum, die Segellage zu verwenden, um die Verwendung von leichtem Druck gegenüber Sonnenwind zu optimieren, nicht von Luftwiderstand. Sorry für die Verwirrung. Ein höherer Einsatz (sicherheitshalber vielleicht 1000 km) scheint für eine Fluchtbahn notwendig zu sein.
Größtes erreichbares Aphel mit aktueller oder zukünftiger Cubesat-Antriebstechnologie?
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