Cubesats: Οι μικροσκοπικοί δορυφόροι που αλλάζουν τα πάντα στην εξερεύνηση του Διαστήματος [Video]

Οι περισσότεροι κυβικοί δορυφόροι (cubesats) ζυγίζουν λιγότερο από μια μπάλα του μπόουλινγκ και μερικοί είναι αρκετά μικροί ώστε να τους κρατάτε στο χέρι σας. Όμως ο αντίκτυπος που έχουν αυτά τα όργανα στην εξερεύνηση του Διαστήματος είναι γιγαντιαίος. Οι Cubesats - μικροσκοπικοί, ευέλικτοι και φθηνοί δορυφόροι - φέρνουν επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες μελετούν το Σύμπαν.

Ένας cubesat κανονικού μεγέθους είναι μικροσκοπικός, περίπου 2 κιλά. Ορισμένοι είναι μεγαλύτεροι, ίσως τέσσερις φορές μεγαλύτεροι από το τυπικό μέγεθος, αλλά άλλοι δεν ξεπερνούν το ένα κιλό. Γενικότερα, οι cubesats είναι ένας απλούστερος και πολύ λιγότερο δαπανηρός τρόπος για να φτάσει κανείς σε άλλους κόσμους.

Αντί να μεταφέρουν πολλά όργανα με ένα τεράστιο εύρος εφαρμογών, αυτοί οι δορυφόροι μικρού μεγέθους συνήθως επικεντρώνονται σε έναν μόνο, συγκεκριμένο επιστημονικό στόχο, είτε πρόκειται για τον εντοπισμό εξωπλανητών είτε για τη μέτρηση του μεγέθους ενός αστεροειδούς. Είναι προσιτοί σε όλη τη διαστημική κοινότητα, ακόμη και σε μικρές νεοσύστατες, ιδιωτικές εταιρείες και πανεπιστημιακά εργαστήρια.

Τα πλεονεκτήματα των Cubesats έναντι των μεγαλύτερων δορυφόρων είναι σημαντικά. Η ανάπτυξη και η δοκιμή τους είναι φθηνότερη και αυτό μεταφράζεται σε πιο συχνές και ποικίλες αποστολές μαζί με λιγότερο ρίσκο. Αυτό και μόνο αυξάνει το ρυθμό των ανακαλύψεων και της εξερεύνησης του Διαστήματος.

Οι Cubesats δεν ταξιδεύουν με τη δική τους ισχύ, αλλά γίνονται μέρος του ωφέλιμου φορτίου ενός μεγαλύτερου διαστημικού σκάφους. Τοποθετημένοι σε δοχεία, εκτοξεύονται στο Διάστημα μέσω ενός μηχανισμού ελατηρίου που συνδέεται με τους διανομείς τους. Μόλις βρεθούν στο Διάστημα, ενεργοποιούνται. Οι Cubesats συνήθως ολοκληρώνουν τις αποστολές τους με την καύση τους κατά την είσοδό τους στην ατμόσφαιρα μετά την αργή αποκλιμάκωση της τροχιάς τους.

Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι αυτό μιας ομάδας φοιτητών του Πανεπιστημίου Brown, η οποία κατασκεύασε έναν cubesat σε λιγότερο από 18 μήνες με κόστος λιγότερο από 10.000 δολάρια. Ο δορυφόρος, που έχει μέγεθος περίπου όσο μια φρατζόλα ψωμί και αναπτύχθηκε για να μελετήσει το αυξανόμενο πρόβλημα των διαστημικών σκουπιδιών, αναπτύχθηκε από έναν πύραυλο της SpaceX τον Μάιο του 2022.

Η αποστολή ενός δορυφόρου στο Διάστημα δεν είναι φυσικά κάτι καινούργιο. Η Σοβιετική Ένωση έθεσε τον Sputnik 1 σε τροχιά γύρω από τη Γη το 1957. Σήμερα, υπάρχουν περίπου 10.000 ενεργοί δορυφόροι εκεί έξω, και σχεδόν όλοι ασχολούνται με τις επικοινωνίες, την πλοήγηση, τη στρατιωτική άμυνα, την τεχνολογική ανάπτυξη ή τις μελέτες της Γης. Μόνο λίγοι - λιγότερο από το 3% - εξερευνούν το Διάστημα.

Αυτό αλλάζει τώρα. Οι μεγάλοι και μικροί δορυφόροι γίνονται γρήγορα η ραχοκοκαλιά της διαστημικής έρευνας. Αυτά τα διαστημικά σκάφη μπορούν πλέον να ταξιδέψουν σε μεγάλες αποστάσεις για να μελετήσουν πλανήτες και αστέρια, μέρη όπου οι ανθρώπινες εξερευνήσεις ή οι προσεδαφίσεις ρομπότ είναι δαπανηρές, επικίνδυνες ή απλώς αδύνατες με την τρέχουσα τεχνολογία.

Αλλά το κόστος κατασκευής και εκτόξευσης των παραδοσιακών δορυφόρων είναι αρκετά υψηλό. Το Lunar Reconnaissance Orbiter της NASA, που εκτοξεύτηκε το 2009, έχει περίπου το μέγεθος ενός μίνι βαν και κόστισε σχεδόν 600 εκατομμύρια δολάρια. Το Mars Reconnaissance Orbiter, με άνοιγμα φτερών όσο το μήκος ενός σχολικού λεωφορείου, κόστισε περισσότερα από 700 εκατομμύρια δολάρια. Ο ηλιακός orbiter του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, ένας ανιχνευτής 1.800 κιλών σχεδιασμένος για τη μελέτη του Ήλιου, κόστισε 1,5 δισεκατομμύριο δολάρια. Και το Europa Clipper - που έχει μήκος όσο ένα γήπεδο μπάσκετ και εκτοξεύθηκε πριν από μερικές ημέρες με προορισμό να μελετήσει τον δορυφόρο Ευρώπη του Δία - κόστισε τελικά 5 δισεκατομμύρια δολάρια.

Αυτοί οι δορυφόροι, σχετικά μεγάλοι και εντυπωσιακά πολύπλοκοι, είναι ευάλωτοι σε πιθανές αστοχίες, ένα όχι σπάνιο φαινόμενο. Σε μια στιγμή, χρόνια εργασίας και εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια θα μπορούσαν να χαθούν στο Διάστημα.

Επειδή είναι τόσο μικροί, οι cubesats μπορούν να απελευθερωθούν σε μεγάλους αριθμούς με μία μόνο εκτόξευση, μειώνοντας περαιτέρω το κόστος. Η ανάπτυξη τους σε παρτίδες - γνωστές ως αστερισμοί - σημαίνει ότι πολλές συσκευές μπορούν να κάνουν παρατηρήσεις των ίδιων φαινομένων.

Για παράδειγμα, στο πλαίσιο της αποστολής Artemis 1 τον Νοέμβριο του 2022, η NASA εκτόξευσε 10 cubesats. Οι δορυφόροι προσπαθούν τώρα να ανιχνεύσουν και να χαρτογραφήσουν το νερό στη Σελήνη. Τα ευρήματα αυτά είναι ζωτικής σημασίας, όχι μόνο για τις επερχόμενες αποστολές Artemis, αλλά και για την προσπάθεια διατήρησης μιας μόνιμης ανθρώπινης παρουσίας στη σεληνιακή επιφάνεια. Το κόστος των cubesats ανέρχεται σε 13 εκατομμύρια δολάρια.

Οι cubesats της MarCO συνόδευσαν την προσεδάφιση Insight της NASA στον Άρη το 2018. Χρησίμευσαν ως αναμεταδότης επικοινωνιών σε πραγματικό χρόνο πίσω στη Γη κατά τη διάρκεια της εισόδου, της καθόδου και της προσεδάφισης του Insight στην επιφάνεια του Άρη. Ως μπόνους, κατέγραψαν εικόνες του πλανήτη με ευρυγώνιες κάμερες. Κόστισαν περίπου 20 εκατομμύρια δολάρια.

Οι Cubesats έχουν επίσης μελετήσει κοντινά αστέρια και εξωπλανήτες, οι οποίοι είναι κόσμοι εκτός του Ηλιακού Συστήματος. Το 2017, το Jet Propulsion Laboratory της NASA ανέπτυξε τον ASTERIA, έναν cubesat που παρατήρησε τον 55 Cancri e, γνωστό και ως Janssen, έναν εξωπλανήτη οκτώ φορές μεγαλύτερο από τη Γη, σε τροχιά γύρω από ένα άστρο 41 έτη φωτός μακριά από εμάς. Επιβεβαιώνοντας εκ νέου την ύπαρξη αυτού του μακρινού κόσμου, το ASTERIA έγινε το μικρότερο διαστημικό όργανο που έχει ανιχνεύσει ποτέ έναν εξωπλανήτη.

Δύο ακόμη αξιοσημείωτες διαστημικές αποστολές με cubesat είναι οι εξής: Ο Hera, που βρίσκεται ήδη καθ' οδόν για το σύστημα αστεροειδών Δίδυμος, θα αναπτύξει τους πρώτους διαστημικούς cubesats του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος για να επισκεφθεί το σύστημα που περιστρέφεται μεταξύ του Άρη και του Δία στη ζώνη των αστεροειδών. Και ο δορυφόρος M-Argo, με προγραμματισμένη εκτόξευση για το 2025, θα μελετήσει το σχήμα, τη μάζα και τα επιφανειακά ορυκτά ενός αστεροειδούς που θα ονομαστεί σύντομα. Στο μέγεθος μιας βαλίτσας, ο M-Argo θα είναι ο μικρότερος cubesat που θα εκτελέσει τη δική του ανεξάρτητη αποστολή στο διαπλανητικό διάστημα.

Η ταχεία πρόοδος και οι σημαντικές επενδύσεις που έχουν ήδη γίνει στις αποστολές των cubesats θα μπορούσαν να βοηθήσουν να γίνει ο άνθρωπος ένα πολυπλανητικό είδος. Αλλά αυτό το ταξίδι θα είναι μακρύ και εξαρτάται από την επόμενη γενιά επιστημόνων που θα εξελίξει αυτό το όνειρο.