CubeSats : ฝูงบินดาวเทียมขนาดเล็กที่กำลังปฏิวัติโลก

กระทู้คำถาม

อวกาศ เทคโนโลยี หน้าต่างโลก ภาพถ่ายขั้นสูง

(หลายปีที่ผ่านมา ดาวเทียมขนาดเล็กที่เรียกว่า CubeSats ได้เขย่าวงการอวกาศ ทำให้การเข้าถึงพื้นที่ง่ายขึ้นและราคาถูกลง)

ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา การปฏิวัติอย่างเงียบ ๆได้เกิดขึ้นในอาณาเขตของอวกาศ นำไปสู่สิ่งที่เรียกว่า "New Space" ในปัจจุบัน จากนั้น ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1990 นักวิจัยและวิศวกรในมหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัยหลายแห่งที่ทำงานในภาคอวกาศได้เริ่มพัฒนาการแทรกแซง โดยเริ่มจากการออกแบบเพื่อต้นทุนในการสำรวจอวกาศและการค้า จากการพัฒนานี้ได้อธิบายภารกิจใหม่ด้วยข้อจำกัดด้านต้นทุนและกำหนดเวลา แม้จะตอบสนองในเชิงบวกต่อข้อจำกัดเหล่านี้ แต่วัตถุประสงค์ของภารกิจกลับมีอย่างเดียวคือ ลดความซับซ้อนในภารกิจดาวเทียม

กุญแจสำคัญสู่แนวทางใหม่นี้คือการถือกำเนิดของดาวเทียมขนาดเล็กในปี 1999 ได้แก่ picosatellites มีน้ำหนักมากถึง 1 กก. nanosatellites มีน้ำหนักระหว่าง1 กก.-10 กก. microsatellites มีน้ำหนักระหว่าง10 กก.-100 กก. และ mini-satellites ที่มีน้ำหนักระหว่าง 100 กก.-1,000 กก.รวมถึงCubeSats ซึ่งเป็น nanosatellites ประเภทหนึ่ง

โดย picosatellites และ microsatellites ที่มีอยู่ทั้งหมดในวงโคจรในปัจจุบันจะเกี่ยวข้องกับปฏิบัติการรักษาความปลอดภัยทางทะเลในอวกาศ ส่วน nanosatellites และ CubeSats ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการสำรวจอวกาศซึ่งตอนนี้มีภารกิจที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก จนถึงปัจจุบัน 64 ประเทศได้เปิดตัวดาวเทียมนาโนไปแล้วทั้งหมดถึง1,186 ดวง ส่วนใหญ่ถูกปล่อยออกจากสถานีอวกาศนานาชาติ โดยดาวเทียมนาโนสองดวง (MarCO-1 และ MarCO-2) ถูกนำไปใช้ในภารกิจระหว่างดาวเคราะห์

Cr.https://www.intechopen.com/chapters/69962

เหตุผลส่วนหนึ่งสำหรับการเพิ่มจำนวนของภารกิจ nanosatellites ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือ nano เหล่านี้มีข้อจำกัดความตามกำหนดมาตรฐานข้างต้น เมื่อขนาดเล็กลงจึงมีความไวต่อรังสี ไม่สามารถบรรทุกสิ่งของขนาดใหญ่ได้ และใช้งานได้เพียงไม่กี่สัปดาห์ เดือนหรือไม่กี่ปีก่อนจะหยุดปฏิบัติการ (ในวงโคจรต่ำของโลก จะตกลงสู่ชั้นบรรยากาศ) ในจำนวน 1,186 nanosatellite ที่เปิดตัวจนถึงปัจจุบัน 1,088 เป็นกลุ่มดาว CubeSats

CubeSat นั้นได้รับการออกแบบโดยศาสตราจารย์ Jordi Puig-Suari และ Bob Twiggs จากมหาวิทยาลัย California Polytechnic State (CalPoly) และมหาวิทยาลัย Stanford พวกเขาต้องการออกแบบยานอวกาศที่นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสามารถใช้เพื่อทำการทดลองในอวกาศภายในระยะเวลา
ที่เหมาะสมเพื่อสำเร็จการศึกษา ถูกสร้างขึ้นจากหน่วยลูกบาศก์มาตรฐาน ซึ่งแต่ละหน่วยมีขนาด 10 ซม. x 10 ซม. x 10 ซม. น้ำหนักไม่เกิน 1.33 กก. กล่องขนาดเล็กเหล่านี้สามารถบรรจุระบบหลักทั้งหมดที่ดาวเทียมขนาดใหญ่ใช้ และมีราคาเท่ากับดาวเทียมแบบดั้งเดิม แต่สามารถสร้างขึ้นด้วยฮาร์ดแวร์ที่ขายตามร้านเชิงพาณิชย์ได้

รุ่นแรกของ CubeSat ที่เปิดตัวระหว่างปี 1999 และ 2013 ได้รับการเผยแพร่โดยนักวิทยาศาสตร์ที่ Earth Observation (EO) ซึ่งใช้พวกมันเพื่อปฏิบัติภารกิจขนาดเล็กโดยมีเป้าหมายเดียวคือลดต้นทุนในการเปิดตัวภารกิจด้วยการขับเคลื่อนด้วยจรวดที่มีอยู่ การเปิดตัวกลุ่มดาวขนาดใหญ่กว่า 100 nano นี้ เพื่อรวบรวมข้อมูลที่ช่วยให้เราเข้าใจโลกของเราได้ดีขึ้น ข้อมูลนี้เป็นเครื่องมือในการวิจัยสภาพภูมิอากาศและสิ่งแวดล้อมในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา

Cr.https://letsgo2space.com/cubesats-101/

อย่างไรก็ตาม ในปี 2013 Planet Labs และ Spire Global ได้เปิดตัวภารกิจ CubeSat เชิงพาณิชย์ชุดแรกเช่นกัน ตั้งแต่นั้นมา ภารกิจทางการค้าได้เห็นการใช้ CubeSat มากที่สุด โดย Planet Labs เป็นรายแรกที่เปิดตัวกลุ่มดาว CubeSat เชิงพาณิชย์ที่ใหญ่ที่สุดจนถึงปัจจุบันด้วยดาวเทียม 355 ดวง ในขณะที่ Spire Global อยู่ในอันดับที่สองด้วยดาวเทียมมากกว่า 110 ดวงในกลุ่มดาวเดียว

Cubesats เป็นดาวเทียมขนาดเล็กที่ใช้เฉพาะในวงโคจรต่ำของโลกมาเป็นเวลากว่า 15 ปีแล้ว และขณะนี้กำลังถูกใช้สำหรับภารกิจระหว่างดาวเคราะห์ด้วย แม้ในตอนแรก พวกมันถูกใช้โดยทั่วไปสำหรับการใช้งานเช่นการสำรวจระยะไกลหรือการสื่อสาร แต่ในช่วงกลางปี 2018 ยาน CubeSat คู่หนึ่งถูกนำไปใช้ในภารกิจที่บินไปยังดาวอังคาร และอีกหลายๆ CubeSat กำลังได้รับการพิจารณาสำหรับดวงจันทร์และดาวพฤหัสบดี

มีการบุกเบิกเทคโนโลยีใหม่ ๆ เพื่อปรับปรุงการใช้ CubeSat เช่น โครงการร่มชูชีพของนาซาในปี 2017 ที่สามารถลงจอดดาวเทียมขนาดเล็กโดยไม่ต้องใช้เครื่องเร่งความเร็ว และอีกหลายโครงการที่ได้รับการประกาศในภาครัฐรวมทั้ง 'Swarms' ดาวเทียมสำรวจโลกขนาดเล็กของ NASA ในปี 2016 ตามรายงานของ nanosats.eu ตั้งแต่กลางปี 2018 พบว่ามีดาวเทียม CubeSat และ nanosatellites มากกว่า 2,100 ดวง

นอกจากนั้น CubeSats ได้สร้างโอกาสทางธุรกิจใหม่ในอวกาศ หนึ่งในหน่วยงานดังกล่าวคือ Planet ในซานฟรานซิสโก ก่อตั้งโดยอดีตวิศวกรของNasa สามคนในปี 2010 ที่ดำเนินการกลุ่มดาวเทียมส่วนตัวที่ใหญ่ที่สุดในโลก ซึ่งโคจรรอบโลกและถ่ายภาพทุกวันของทุกจุดบนโลก จากนั้นก็ขายภาพพื้นที่หรือให้ใช้ฟรีกับองค์กรนอกภาครัฐและนักวิจัยบางองค์กร

Lunar Flashlight คือ CubeSat หกหน่วยที่จะค้นหาน้ำแข็งบนพื้นผิวของดวงจันทร์

Cr.ภาพ NASA/JPL-CALTECH

แม้ CubeSat เป็นดาวเทียมขนาดเล็กแต่เป็นเทคโนโลยีที่ทรงพลังในระดับหนึ่ง จากกลุ่มดาวเทียม 180 CubeSats ของ Planet ที่ถ่ายภาพโลกอย่างต่อเนื่อง ทำให้มีการทำงานร่วมกันระหว่างนักวิจัยหลายกลุ่มรวมทั้งรัฐบาลในหลายประเทศ นำเสนอโครงการที่น่าสนใจหกโครงการที่เกี่ยวข้องกับCubeSats ที่พยายามจะเปลี่ยนแปลงโลกนั่นคือ

1. หยุดการตัดไม้ทำลายป่า : รัฐบาลนอร์เวย์ได้ร่วมมือกับ Planet บริษัทผลิตดาวเทียม ในการจัดการกับปัญหาตัดไม้ทำลายป่าทั่วโลก โดยจ่ายค่าข้อมูลในการแกะรอยการตัดไม้ทำลายป่าใน 64 ประเทศเขตร้อน จากนั้น Planet จะแจ้งว่ากำลังมีการตัดไม้ทำลายป่าเกิดขึ้นที่ไหน

2. แกะรอยสัตว์ป่าเสี่ยงสูญพันธุ์ : เมื่อต้นปี 2021 ทีมนักศึกษาจากอิตาลีและเคนยาได้เปิดตัวดาวเทียม WildtrackCube-Simba CubeSat คอยตรวจสอบนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมของอุทยานแห่งชาติเคนยา และข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของสัตว์ล่วงหน้า เพื่อป้องกันและเคลื่อนย้ายพวกมันก่อนจะเกิดอันตรายหรือความเสียหาย

และในปี 2022 จะมีแผนฝังแท็กความถี่วิทยุในสัตว์เพื่อสามารถติดตามพวกมันได้ทุกที่ รวมทั้งสามารถตรวจสอบการเต้นของหัวใจและตรวจจับเมื่อสัตว์ตาย จากการเก็บเกี่ยวงาช้างและนอแรดอย่างผิดกฎหมาย ซึ่งเป็นปัญหาที่พบบ่อยในเคนยา สำหรับภารกิจของ WildtrackCube-Simba คือสามปี (โดยทั่วไปแล้ว CubeSats จะใช้เวลา 2 - 5 ปีก่อนที่จะถูกเผาในบรรยากาศ ขึ้นอยู่กับความสูงของวงโคจร)

Cr.ภาพ wildlabs.net/

3. เปิดโปงการค้าทาสยุคใหม่ : ห้องปฏิบัติการสิทธิมนุษยชน Rights Lab มหาวิทยาลัยนอตทิงแฮมในสหราชอาณาจักร ใช้ภาพถ่ายดาวเทียมในการช่วยค้นข้อมูลการบังคับใช้แรงงานที่ถูกปิดบังเป็นความลับ โดยข้อมูลจากดาวเทียมจะช่วยให้เราเห็นความเปลี่ยนแปลงของที่ตั้งค่ายพักพิงแรงงานอพยพ เมื่อมีการเคลียร์พื้นที่หรือมีการตั้งค่ายที่พักใหม่ขึ้น และยืนยันได้จริงว่ามีค่ายพักพิงผู้อพยพในพื้นที่นี้

4. กำจัดขยะอวกาศ : เมื่อไม่นานนี้ รัสเซียได้สร้างความไม่พอใจให้แก่นานาประเทศ หลังจากที่ยิงขีปนาวุธทำลายดาวเทียมสอดแนมดวงเก่าของตัวเองดวงหนึ่ง ทำให้เศษซากของดาวเทียมหลายหมื่นชิ้นกระจัดกระจายเข้าไปสู่วงโคจรระดับต่ำเหนือผิวโลก เครือข่ายระดับโลกหลายแห่งได้แกะรอยขยะอวกาศเกือบ 30,000 ชิ้น ขณะที่พวกมันโคจรรอบโลก แม้เศษชิ้นส่วนมากมายที่เล็กเกินกว่าที่จะแกะรอยได้ แต่ก็ใหญ่พอที่จะทำอันตรายต่อดาวเทียม
หรือมนุษย์อวกาศบนยานอวกาศได้

ด้วยการใช้ CubeSat จำลองเป็นขยะในการทดลองในอวกาศ ทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใกล้การแก้ปัญหาในทางปฏิบัติที่จะเก็บขยะที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วในอวกาศได้มากขึ้น เช่นในปี 2018 ดาวเทียม RemoveDEBRIS ของยุโรปสามารถปล่อยและจับ CubeSat 2 ดวงได้จากการใช้ฉมวกและตาข่ายและในปีนี้ Astroscale บริษัทของญี่ปุ่นได้ปล่อยยานอวกาศ ELSA-d ที่สามารถปล่อยและจับ CubeSat ดวงหนึ่งได้สำเร็จด้วยการใช้ระบบแม่แหล็ก ส่วนการทดสอบในอนาคต CubeSat จะถูกสร้างขึ้นให้เคลื่อนที่ไปมาเหมือนกับขยะอวกาศทั่วไป ก่อนจะทดลองจับมัน

กลุ่มดาวเทียม SkySat ความละเอียดสูงของ Planet เพื่อรวบรวมภาพโลก

Cr.ภาพ https://spaceflight101.com/

5. ซ่อมกังหันลม : ปัจจุบันฝูง CubeSat จำนวนมากกำลังทำงานร่วมกันเพื่อทำให้เกิด "อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง" ต้นทุนต่ำขึ้น เครือข่ายนี้เชื่อมต่อผู้คนกับวัตถุที่มีการติดอุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณในพื้นที่ห่างไกลทั่วโลก ในการเฝ้าดูโดยไม่ต้องเดินทางไปด้วยตัวเอง ทั้งยังสามารถนำมาใช้ในการเพิ่มประสิทธิภาพของพลังงานหมุนเวียนได้ด้วย เช่น บริษัท Ping Services ได้สร้างอุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณที่เฝ้าสังเกตเสียงที่เกิดจากกังหันลมที่กำลังหมุน มันสามารถตรวจจับความเปลี่ยนแปลงในเสียงที่บ่งบอกว่าใบพัดได้รับความเสียหายได้ และจะแจ้งไปยังผู้ดูแลกังหันลมผ่านทางเครือข่ายของ CubeSat ทำให้สามารถทำการซ่อมแซมได้เร็วขึ้น

6. สำรวจอวกาศลึก : ขณะที่ CubeSat ส่วนใหญ่สำรวจโลก แต่ก็มีบางส่วนที่มีการสำรวจดวงดาวต่าง ๆ เช่น MarCO-A และ B ที่สลับกันส่งข้อมูลสำคัญจากยาน Insight Lander ขณะลงจอดบนดาวอังคาร ส่วนปีหน้า นาซาจะส่ง CubeSat อีก 10 ดวงขึ้นไปกับจรวด Artemis1 เพื่อปฏิบัติภารกิจหลายอย่างรวมถึง การทดสอบผลกระทบของการแผ่รังสีในอวกาศลึกที่ส่งผลต่อสิ่งมีชีวิต และศึกษาแหล่งน้ำสำรองที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์ ซึ่งจะเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่มีเป้าหมายว่าสักวันหนึ่ง มนุษย์จะได้กลับไปเหยียบดวงจันทร์อีกครั้ง

Hera และ CubeSats