W tym wpisie na blogu przyjrzymy się, w jaki sposób małe, ale wydajne nanosatelity zmieniły obserwację kosmosu i jak bardzo rewolucyjne były pod względem kosztów i technologii.
Ludzie zawsze obserwowali swoje otoczenie. Dzięki tym obserwacjom zdobyliśmy nową wiedzę, którą wykorzystaliśmy do rozwoju cywilizacji i poprawy jakości naszego życia. Zakres ludzkich obserwacji wykracza poza Ziemię, na której żyjemy, na otaczający ją wszechświat, w tym ruchy gwiazd, słońca i księżyca. Te obserwacje pogłębiły nasze zrozumienie zjawisk naturalnych i doprowadziły do innowacyjnych osiągnięć w różnych dziedzinach, takich jak rolnictwo, nawigacja i architektura. Jednak w porównaniu do Ziemi wszechświat jest tak rozległy, że jego obserwowanie jest znacznie trudniejsze niż obserwowanie środowiska powierzchni Ziemi. Z tego powodu do obserwacji kosmosu niezbędne są dobre narzędzia obserwacyjne. W przeszłości Galileusz obserwował kosmos za pomocą zbudowanego przez siebie teleskopu, ale dziś obserwujemy kosmos za pomocą sztucznych satelitów, które są znacznie cenniejszymi narzędziami niż teleskopy.
Jednak ponieważ przestrzeń jest tak ogromna, wiele osób może sądzić, że sztuczne satelity używane do obserwacji kosmosu muszą być duże. Moi koledzy z klasy i ja, którzy studiujemy inżynierię mechaniczną i lotniczą, również mieliśmy ten pomysł, dopóki nie wzięliśmy udziału w kursie wprowadzającym do inżynierii lotniczej. Istnieją jednak małe sztuczne satelity zwane „nanosatelitami”, które wydają się małe i niepasujące do ogromu kosmosu. Czym są te nanosatelity i w jaki sposób obserwują kosmos?
Satelita to ciało niebieskie, które krąży wokół planety pod wpływem sił grawitacyjnych, a sztuczny satelita to satelita, który został sztucznie wystrzelony przez ludzi. Te sztuczne satelity są zazwyczaj klasyfikowane według ich rozmiaru, a ich funkcje również są różne. W zależności od rozmiaru sztuczne satelity są klasyfikowane na duże satelity (1,000 kg lub więcej), średnie satelity (500 do 1,000 kg), małe satelity (100 do 500 kg) i nanosatelity, które zostaną wyjaśnione w tym artykule. Duże satelity są najczęściej używane do celów komunikacyjnych, pogodowych i wojskowych, podczas gdy średnie satelity są używane jako praktyczne satelity obserwacji Ziemi w celu weryfikacji technologii. Małe satelity to głównie satelity, które krążą po niskiej orbicie okołoziemskiej i są również używane do eksploracji księżycowej i planetarnej.
Czym więc są nanosatelity? Chociaż nie ma jasnych standardów dla nanosatelitów, są one ogólnie definiowane jako satelity ważące mniej niż 10 kg. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary nanosatelity mają wiele zalet i funkcji, które wykorzystują te zalety. Największą zaletą jest to, że są niedrogie. Wystrzelenie typowego satelity kosztuje od 100 do 300 milionów dolarów. Biorąc pod uwagę, że budżet Korei Południowej na przemysł kosmiczny w 2023 r. wynosi około 450 milionów dolarów, wystrzelenie satelity wiąże się z ogromnym obciążeniem ekonomicznym. Jednak w przypadku nanosatelitów koszt wystrzelenia jednego z nich wynosi zaledwie około 1 do 3 milionów dolarów. Innymi słowy, można wystrzelić o wiele więcej nanosatelitów za cenę wystrzelenia jednego konwencjonalnego satelity.
W nauce, gdy obserwujemy fakty lub znajdujemy dowody na poparcie twierdzenia, im więcej danych, tym bardziej są one wiarygodne. Dlatego możliwość wielokrotnego wystrzeliwania nanosatelitów przy niskich kosztach ma tę zaletę, że zwiększa niezawodność obserwacji nanosatelitarnych. Na przykład, główną misją nanosatelitów jest badanie termosfery, która jest górną warstwą atmosfery, a konkretnie dolnej termosfery na wysokości od 90 do 300 km. Podczas obserwacji atmosfery, sztuczne satelity generują ciepło z powodu tarcia z powietrzem, niezależnie od ich rozmiaru, co powoduje, że po pewnym czasie ulegają spaleniu. Dlatego, stosując niedrogie nanosatelity zamiast drogich konwencjonalnych satelitów, możliwe jest uzyskanie większej ilości danych w bardziej ekonomiczny sposób.
Ponadto, ponieważ są niedrogie, istnieje mniejsze ryzyko awarii w porównaniu do konwencjonalnych satelitów, co jest korzystne dla rozwoju i weryfikacji technologii. Na przykład, załóżmy, że opracowałeś technologię, którą można zastosować do innych satelitów. Ze względu na grawitację na Ziemi, nie można określić, czy ta technologia może być stosowana w środowisku nieważkości. W takim przypadku możesz użyć niedrogiego nanosatelity, aby zainstalować technologię na pokładzie i wystrzelić ją w kosmos, aby zweryfikować jej skuteczność. Ponadto nanosatelity są małe i lekkie, więc ich struktura nie jest skomplikowana i są łatwe w montażu. Obecnie części nanosatelitów są już sprzedawane w formie zestawów, dzięki czemu są łatwo dostępne nie tylko dla ekspertów, ale także dla osób niebędących ekspertami. Korzystając z tych zalet, gdy trudno jest uzyskać dane z konwencjonalnych satelitów, możliwe jest uzyskanie danych za pomocą nanosatelitów.
Jednym z najbardziej reprezentatywnych nanosatelitów jest CubeSat. CubeSat to satelita o długości, szerokości i wysokości około 10 cm. Obecnie wiele krajów na całym świecie, w tym Stany Zjednoczone, Niemcy i Japonia, szeroko wykorzystuje CubeSat i koncentruje się na jego rozwoju ze względu na jego niewielkie rozmiary i niskie koszty, które pozwalają na jego wykorzystanie w różnych eksperymentach kosmicznych. Jednym z przykładów jest program obserwacji pogody kosmicznej CubeSat promowany przez Siły Powietrzne USA. Program obserwacji pogody kosmicznej CubeSat to program prowadzony przez Stany Zjednoczone w celu obserwacji pogody kosmicznej za pomocą dwóch CubeSatów, ponieważ pogoda kosmiczna (górna część atmosfery) stała się coraz ważniejsza ze względu na dużą liczbę statków kosmicznych podróżujących przez kosmos i sztuczne satelity krążące wokół Ziemi w czasach współczesnych. Oprócz Sił Powietrznych USA, CubeSaty są również aktywnie wykorzystywane w badaniach na różnych uniwersytetach, w tym w Arizonie, Stanford i MIT. Program CubeSat XI-IV na Uniwersytecie Tokijskim w Japonii to udany program, w którym CubeSat uruchomiony w 2003 r. nadal żyje i działa prawidłowo. Obecnie Korea Aerospace University i Kyung Hee University prowadzą badania nad CubeSatami, czyli nanosatelitami.
W dzisiejszych czasach przemysł lotniczy staje się coraz ważniejszy na całym świecie, a większość rozwiniętych krajów inwestuje w niego duże kwoty. W tej erze, w której przestrzeń kosmiczna jest tak ważna, nanosatelity, które są ekonomiczne i wygodne do obserwacji kosmosu, staną się jeszcze bardziej popularne w przyszłości. Celem tego artykułu jest przekazanie opinii publicznej żyjącej w tej erze znaczenia nanosatelitów w nowoczesnej erze kosmicznej i przedstawienie podstawowego wyjaśnienia, czym one są.
