ماهواره مکعبی یا کیوبست

ماهواره مکعبی یا کیوبست (CubeSat)، نوعی ماهواره کوچک با اندازه و وزن کم است که کوچکترین مدل آن در ابعاد ۱۰×۱۰×۱۰ سانتی‌متر و وزن حدود ۱ کیلوگرم طراحی می‌شود. با توجه به پیشرفت‌ها در زمینه ماهواره‌سازی، استفاده از ماهواره‌های مکعبی به عنوان ابزار مهمی برای مطالعات فضایی و ارائه خدمات ارتباطی شناخته می‌شود. در این پست با این نوع خاص از ماهواره‌ها آشنا می‌شویم.

*** آپدیت شده در تاریخ 15 اردیبهشت 1402 ***

دسته‌بندی ماهواره‌ها

ماهواره ها و فضاپیماها با قوانین خاصی دسته بندی می شود، یک گروه از فضاپیماها کوچک ماهواره‌ها (SmallSats) هستند. که بسیار گسترده اند، بعضی از SmallSats ها را می‌توانیم در دستان خود نگه داریم اما بعضی دیگر در ابعاد یک اتوبوس هستند. این دسته از فضاپیماها خود به گروه های مختلفی از نظر وزن تقسیم بندی می‌شوند که عبارتند از:

• مینی ماهواره‌ها (Minisatellite) با وزن 100 تا 180 کیلوگرم
• میکرو ماهواره‌ها (Microsatellite) با وزن 10 تا 100 کیلوگرم
• نانو ماهواره‌ها (Nanosatellite) با وزن 1 تا 10 کیلوگرم
• پیکو ماهواره‌ها (Picosatellite) با وزن 0.01 تا 1 کیلوگرم
• فمتو ماهواره‌ها (Femtosatellite) با وزن 0.01 تا 0.001 کیلوگرم

دوره این نوع فضاپیماها با پرتاب فضاپیماهای پایونر 10 و 11 (Pioneer 10 & 11) در ماه مارس 1972 و آوریل 1973 آغاز شد. این ماموریت ها بعد از پرتاب فضاپیماهای ویجر 1و 2 (voyager 1 & 2) توسعه بیشتری پیدا کردند و تا امروزه نیز اکثر سازه های ماهواره ای و فضاپیماها در همین گروه قرار گرفته‌اند.

ماهواره مکعبی

ماهواره‌های مکعبی یا کیوبست‌ها (CubeSats)؛ یک دسته خاص از نانو ماهواره‌ها هستند که از اندازه‌ها و استاندارهای مشخصی پیروی می کنند. اندازه استاندارد یک تاسواره^* با 1U که مخفف One Unit می باشد تعریف می شود، 1U با ابعاد ۱۰×۱۰×۱۰ سانتی‌متری کوچکترین عضو خانواده کیوبست ها است و دیگر اعضای این خانواده در اندازه‌ها 1.5U ، 2U ، 3U ، 6U و 12U تعریف می‌شوند. همچنین هر واحد (1U) دارای وزن تقریبی 1.33 hsj. این استاندارد ابعادی توسط دانشگاه پلی تکنیک کالیفرنیا و دانشگاه استنفورد در سال 1999 تدوین و ارائه شده است تا زمینه‌ برای آموزش، آزمایش و اکتشاف آسان و کم هزینه در فضا (معمولا مدارهای نزدیک به مدار LEO) را فراهم کند.

توسعه ماهواره‌های مکعبی با ارتباط بین دولت، صنعت و دانشگاه می تواند کمک شگرفی در راستای توسعه فناوریهای کم هزینه فضایی شود دلایل استفاده از این پلتفرم فضایی بسیار گسترده است، نظیر تست فناوریهای جدید یا استفاده در پروژه های با ریسک بالا از نظر هزینه، زیرا هزینه راه‌اندازی این نوع ماهواره‌ها بسیار پایین تر از دیگر فضاپیماها خواهد بود.

تاسواره ها معمولا بعد از انتقال به ایستگاه فضایی بین المللی در فضا رها می شوند و یا این که به عنوان یک جزء کوچک به فضاپیماهای بزرگتر متصل می شوند تا بعد از خارج شدن از جو زمین، در فضا رها شوند.

افزایش استفاده از کیوبست ها

جالب است بدانید که تا سال 2013 اکثر پروژه های مربوط به کیوبست ها توسط شرکتهای دولتی شکل می گرفتند اما از سال 2014 و با توسعه و در دسترس بودن فناوریهای مورد استفاده در این ماهواره‌های مکعبی پروژه های آکادمیک و دانشگاهی در این عرصه از فناوری فضایی پیشتاز دیگر مراکز علمی و دولتی شدند. و هم اکنون نیز تا سال 2018 تعداد بسیار زیادی از تاسواره ها ساخته و ماموریتی شده اند.

از کیوبست می‌توان برای آزمایش‌های کوچکی مانند تصویر برداری از زمین، تست رادیوهای آماتور، راه اندازی و آزمایش فناوریهای کوچک فضایی، طیف سنجی امواج صوتی و … در خارج از جو زمین استفاده کرد. همچنین برای کاهش هزینه آزمایشهای علمی که برای اثبات یک نظریه باید در فضا انجام شود نیز کاربرد فراوانی دارند، زیرا هزینه کم آنها می تواند ریسک بالایی را توجیه کند. همچنین تستهای مورد نیاز برای تحقیقات بیولوژیکی نیز به راحتی با این دسته از فضاپیماها قابل انجام می باشند.

پایگاه های اینترنتی Nanosatellite و cubeSat لیست بیش از 2000 ماهواره مکعبی از سال 1998 که برنامه ریزی یا پرتاب شده اند را در خود دارند.

مزایای مهم ماهواره‌های مکعبی

ماهواره‌های مکعبی یا CubeSat ها، به دلیل سایز کوچک و وزن سبک خود، برخی مزایای منحصر به فرد نسبت به سایر ماهواره‌ها دارند. پنج مزیت اصلی آنها عبارتند از:

1. هزینه کمتر: به دلیل ابعاد کوچک و استفاده از تکنولوژی‌های جدید، قیمت ساخت و پرتاب ماهواره‌های مکعبی نسبت به سایر ماهواره‌ها کمتر است.
2. دسترسی آسان‌تر: به دلیل وزن کم و ابعاد کوچک، ماهواره‌های مکعبی می‌توانند با راکت‌های کوچکتری پرتاب شده و از ایستگاه‌های فضایی ساده‌تری کنترل شوند.
3. قابلیت توسعه‌پذیری بالا: ماهواره‌های مکعبی به دلیل ساختار ماژولارشان، قابلیت توسعه‌پذیری بالایی دارند و می‌توان به راحتی ماژول‌های جدید را به آنها اضافه کرد.
4. زمان ساخت کوتاه: به دلیل سادگی ساختار و ابعاد کوچک، زمان ساخت ماهواره‌های مکعبی نسبت به سایر ماهواره‌ها کوتاه‌تر است.
5. پایداری بالا: با در نظر گرفتن نیازمندی‌های حداقلی در مورد قابلیت‌های ماهواره، ماهواره‌های مکعبی به دلیل ساختار ساده و ماژولار، پایداری بالایی دارند.

اولین کیوبست‌هایی که به طور جدی در یک ماموریت بزرگ فضایی که مخصوص سیاره های دیگر خواهد بود نیز متعلق به ماموریت Insight ناسا می باشند، در این ماموریت دو تاسواره با نام MarCO نیز حضور دارند.

*تاسواره معادل فارسی مشخص شده برای واژه انگلیسی CubeSat می باشد.