Νανοδορυφόροι: Η περίπτωση CubeSat και ένας ελληνικός νανοδορυφόρος στο Διάστημα

Τα τελευταία χρόνια πολλά αντικείμενα τεχνολογίας χαρακτηρίζονται από μια τάση ελάφρυνσης και σμίκρυνσης. Από τους γιγαντιαίους υπολογιστές της δεκαετίας του ’50 μέχρι τους σύγχρονους προσωπικούς υπολογιστές και από τα πρώτα, δύσκολα στη χρήση, κινητά τηλέφωνα μέχρι τα σύγχρονα, μικρά αλλά ισχυρά smartphones. Την ίδια τάση ακολούθησε και η διαστημική βιομηχανία, με τους δορυφόρους να μικραίνουν χωρίς όμως να μειώνεται η λειτουργικότητά τους. Έτσι, σήμερα υπάρχει ένα ευρύ φάσμα δορυφόρων βάσει του μεγέθους τους, από τους “παραδοσιακούς” μεγάλους μέχρι τους pico και τους femto δορυφόρους (βλ. Πίνακα παρακάτω).

Το κύριο πλεονέκτημα με τη μείωση του μεγέθους των δορυφόρων είναι η μείωση του κόστους της αποστολής. Οι μεγάλοι δορυφόροι χρειάζονται πολλά χρόνια σχεδιασμού και κατασκευής, ενώ οι μικρότεροι μπορούν να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν σε ένα έως τρία χρόνια, με τη δυνατότητα χρήσης εμπορικών εξαρτημάτων. Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας μείωσης του κόστους είναι το κόστος εκτόξευσης. Οι μεγάλοι δορυφόροι απαιτούν στοχευμένες εκτοξεύσεις με μεγάλους πυραύλους, αλλά οι μικρότεροι δορυφόροι χρειάζονται μικρότερους και, συνεπώς, πιο φθηνούς εκτοξευτές. Ακόμα, οι μικρότεροι δορυφόροι μπορούν να εκτοξευθούν ως βοηθητικά φορτία σε μια μεγαλύτερη αποστολή (για παράδειγμα τροφοδότηση του διεθνούς διαστημικού σταθμού). Από την άλλη, τα κύρια μειονεκτήματα είναι η σύντομη διάρκεια ζωής και η χαμηλή χωρητικότητα φορτίου λόγω του μικρού μεγέθους. Η διάρκεια ζωής είναι σύντομη λόγω του γεγονότος ότι συνήθως αφήνονται σε χαμηλή τροχιά, και επειδή δεν έχουν χώρο για καύσιμο και προωθητήρες δεν μπορούν να διατηρήσουν σταθερή την τροχιά τους για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Ένα ακόμα βήμα προς την απλοποίηση της πρόσβασης στο διάστημα είναι το πρότυπο CubeSat. Ένα CubeSat είναι ένας τροποποιημένος νανοδορυφόρος, ο οποίος ακολουθεί συγκεκριμένα πρότυπα που καθορίζουν το σχήμα, το μέγεθος και το βάρος του. Ο δομικός λίθος ενός CubeSat είναι ένα κύβος πλευράς 10cm και μάζας περίπου 1kg που ονομάζεται 1U. Μπορούν να σχεδιαστούν CubeSats με διάφορα μεγέθη βασισμένα στον 1U κύβο, όπως 1.5U, 2U, 3U και 6U.

Τα CubeSat ξεκίνησαν το 1999 ως μια συνεργασία μεταξύ του Πολυτεχνείου της Καλιφόρνια (Cal Poly) και του Εργαστηρίου Ανάπτυξης Διαστημικών Συστημάτων (SSDL) του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ. Από τότε, πολλά πανεπιστήμια, ιδρύματα και ιδιωτικές εταιρείες είχαν την ευκαιρία να σχεδιάσουν, να κατασκευάσουν και να εκτοξεύσουν το δικό τους CubeSat.

Το Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης έχει μακροχρόνια συμμετοχή στη διαστημική επιστήμη και τεχνολογία. Υπέβαλε πρόταση για να ενταχθεί στην ομάδα QB50, ένα εκπαιδευτικό πρόγραμμα δημιουργίας 50 νανοδορυφόρων, το 2012 και εγκρίθηκε ως ένα από τα συμμετέχοντα πανεπιστήμια. 

Ο DUTHSat είναι ο πρώτος νανοδορυφόρος από το Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης. Είναι δύο κύβων (2U), σχεδιασμένος και κατασκευασμένος στο ΔΠΘ ως μέρος της αποστολής QB50. Ο DUTHSat πέρασε επιτυχώς όλες τις απαιτούμενες δοκιμές και παραδόθηκε στη NASA για εκτόξευση το Σεπτέμβριο του 2016. Εκτοξεύτηκε προς το Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) μέσω ενός πυραύλου Atlas-V εντός του αυτοματοποιημένου φορτηγού φορτίου Cygnus OA7, μαζί με περισσότερα από 3500kg επιστημονικών πειραμάτων και προμηθειών πληρώματος, από το Cape Canaveral (ΗΠΑ) στις 18 Απριλίου 2017, στις 15:11 (UTC). Μετά από ένα μήνα αναμονής στον ISS, αποκολλήθηκε από το NanoRacks CubeSat Deployer (NRCSD) στις 25 Μαΐου 2017, στις 08:45 UTC, για να τοποθετηθεί στην τροχιά του. Να αναφέρουμε ότι αντίστοιχα και το Πανεπιστήμιο της Πάτρας (UPSat) είχε εγκεκριμένη πρόταση, αλλά ο DUTHSat ήταν ο πρώτος νανοδορυφόρος που εκτοξεύθηκε από τους δύο. 

Ιδιαίτερες ευχαριστίες στον Υπ. Δρ. Στέλιο Τουργαΐδη, μέλος του εργαστηρίου του ΔΠΘ για την κατασκευή του DUTHSat για την παραχώρηση των εικόνων.