Nanosateliţii şi importanţa lor in activitatea spaţiala actuală şi de perspectivă

(Satelitii artificiali ai Pamantului- partea a III-a)

Pe scurt

O categorie aparte de sateliţi artificiali sânt nanosateliţii. Aceştia au dimensiuni mici, de ordinul a câţiva zeci de centimetri şi au, asemenea organismelor unicelulare, dotările minime necesare funcţionării lor. Construirea şi plasarea lor pe orbite circumterestre implică costuri relativ scăzute. Nanosateliţi specializaţi pot fi interconectaţi pe orbită în vederea obţinerii unor structuri complexe a căror detectare şi distrugere este extrem de dificilă. Dar simplificarea echipamentelor orbitale complică echipamentele aferente aflate la sol. Avantajele oferite de această noua tehnologie justifica interesul arătat de marile organisme aeronautice pentru micii sateliţi.

Nanosateliţii, o categorie aparte de sateliţi artificiali

În articolele precedente din ciclul dedicat sateliţilor artificiali ai Pământului, care au fost publicate în StiintaAzi.ro şi Ştiinţă.info, am prezentat aspecte legate de utilizarea sateliţilor artificiali în telefonia globală, televiziune, transmisii de date, poziţionare globală, meteorologie, imagerie , teledetecţie sau explorarea spaţiului cosmic îndepărtat. În general, această categorie de sataliţi sunt platforme spaţiale complexe, dotate cu zeci de senzori şi antene, posibilităţi de prelucrare, stocare sau retransmisie a unor mari cantităţi de date. Implicit, dimensiunile lor sunt mari, au masa de sute sau mii de kilograme şi cheltuielile aferente construirii lor şi plasării pe orbite circumterestre sunt foarte mari. Din această cauza, numărul statelor sau organismelor internaţionale care au tehnologia şi fondurile necesare construcţiei şi exploatării acestor sateliţi este foarte mic. Dar inteligenţa umană se află într-o continuă competiţie cu tehnologiile pe care ea însăşi le crează. Această competiţie este unul din principalii factori gneratori de progres tehnologic. În cele ce urmează va voi prezenţa un episod din această competiţie, în care inteligenţa a depăşit din nou tehnologia, dezvoltând o categorie de sateliţi artificiali foarte versatili şi având dimensiuni foarte mici: nanosatelitii.

Dotările minime necesare funcţionării unui nanosatelit

Asemenea unui organism viu, un satelit artificial are nevoie de un minim de funcţii active: să poată primi şi transmite informaţii; să poată capta şi să poată utiliza în mod util energia captată iar în caz de defecţiune majoră sau funcţionare sub standarde acceptabile, să poată transmite altor unităţi similare sarcinile pe care le are de îndeplinit. Acest concept de “minimă investiţie în funcţionalitate” a dat roade în ultimii ani şi, asemeni organismelor unicelulare sau a microprocesoarelor larg utilizate în tehnologiile de vârf, au apărut elemante noi în peisajul cosmic: nanosateliţii.
Nanosatelitul poate fi considerat echivalentul celulei biologice, element structural de bază al unui sistem complex. Conform celor arătate în paragraful anterior, el trebuie să asigure câteva funcţii primare: de interconectare cu sisteme similare sau mai complexe, de minimă procesare a informaţiilor, de captare a energiei necesare funcţionării şi de transfer a sarcinilor în caz de defecţiune sau funcţionare sub standarde acceptabile.
Nanosateliţii au dotări similare cu sateliţii de dimensiuni mai mari: panouri solare; receptoare, emiţătoare şi sistemele de antene aferente comunicaţiilor radio; echipamente destinate orientării şi modificării poziţiei satelitului în raport cu Pământul; calculator de bord; sisteme de procesare şi stocare a informaţiilor şi senzori necesari îndeplinirii sarcinilor satabilite în cadrul misiunii. Dar toate acestea, la scară mică, astfel încât să funcţioneze într-un cub cu latura de 10 cm. (in foto: macheta cubesatului romanesc Goliat fotografiata de Paul Dolea la Salonul cercetarii-2009)

Nanosatelitii pot fi elemente constituente ale unui sistem complex

Nanosateliţii sunt proiectaţi şi dezvolati în aşa fel încât să se reducă continuu costurile aferente construcţiei lor. De aceea se încearcă crearea unei platforme standard pe care să se poată amplasa, în funcţie de necesităţi, alte echipamente: camere foto în cazul sateliţilor destinaţi supravegherii suprafeţei Pământului în vizibil, infraroşu sau ultraviolet; spectrometre de masă, gravimetre, magnetometre sau detectoare de radiaţii în cazul nanosateliţilor destinaţi cercetării ştiinţifice; senzori specializaţi, în funcţie de destinaţia lor, în cazul nanosateliţilor militari.
Astfel de nanosateliţi specializaţi pot fi utilizaţi pentru crearea unor sisteme complexe. Se pot cupla mecanic şi electric, ca într-un joc de “lego” spaţial, mai mulţi nanosateliţi. Se poate obţine astfel o structură de rang superior, cu costuri mici şi foarte versatilă. Iar pentru a reduce probabilitatea de scoatere din funcţiune a unui astfel de sistem complex, nanosateliţii pot fi plasaţi pe orbită în formaţie de zbor strâns, cu posibilităţi de intrconectare radio directă şi de schimb direct de informaţii, astfel încât, dacă unul este scos din funcţiune, sarcinile lui sunt preluate de ceilalţi nanosateliti din formaţie.

Simplificarea echipamentelor orbitale complică echipamentele aferente aflate la sol

Dimensiunile reduse ale nanosateliţilor limitează posibilităţile de captare a energiei solare şi, implicit, a puterii emiţătorilor radio necesari comunicării cu bazele de operare aflate la sol. De aceea, recepţia la sol se face cu antene cât mai directive, cu câştig mare şi posibilităţi de orientare rapidă către orice punct de pe cer. Nanosateliţii fac parte din categoria LEO (Low Earth Orbit) iar timpul de trecere deasupra orizontului în raport cu punctul în care se află staţia sol este de ordinul minutelor. Iar ca să se realizeze legătura radio în acest interval scurt de timp, se fac calcule predictive referitoare la traiectoria aparentă în raport cu staţia sol, la fiecare trecere, şi se determină continuu perturbaţiile orbitei datorate neuniformităţilor câmpului gravitaţional terestru sau a altor factori perturbatori. Aceste staţii sunt şi ele într-un proces continuu de perfecţionare, încercând să se obţină cele mai bune soluţii necesare unor legături radio stabile.

Vedere partiala a statiei sol pentru comunicare cu nanosateliti, de la Marisel-Romania, dezvoltata de firma BITNET din Cluj. Foto (si nu numai...) Paul Dolea

Concluzii

Exploaterea spaţiului extraatmosferic prin utilizarea nanosateliţilor se poate face cu costuri relativ mici, fiind accesibilă şi statelor sau organismelor ce alocă bugete reduse activităţilor spaţiale. Prin interconectarea nanosateliţilor pe orbită se pot obţine structuri flexibile şi foarte versatile. În cazul defectării unui element constituent, funcţiile lui pot fi preluate de celelalte elemente, nefiind afectată funcţionalitatea ansamblului. Şi nu în ultimul rând ca importantă, aceşti nanosateliti sunt greu de detectat şi prin urmare, greu de distrus. Aceste importante avantaje motivează interesul marilor agenţii aeronautice pentru micii sateliţi.

Paul Dolea
Cluj-Napoca, 12 decembrie 2009