ESA – Ein Untergang von CubeSats

Vier bahnbrechende CubeSats der ESA-Technologie sind in den letzten Monaten wieder in die Erdatmosphäre eingedrungen. Jede war nur etwa so groß wie ein Schuhkarton oder kleiner, aber trotz ihrer geringen Größe hinterließen die Missionen ein übergroßes Erbe in Bezug auf die Demonstration innovativer Weltraumtechnologie, den Aufbau industrieller Kapazitäten und die Rückgabe wissenschaftlicher Daten.

„Die ESA-In-Orbit-Demonstrationsphasen dieser Missionen waren bereits abgeschlossen“, erklärt Roger Walker, Leiter der Technology CubeSats der ESA. „Die betreuenden Unternehmen betrieben sie jedoch auch nach Abschluss unseres Engagements weiter und sammelten bis zum Ende, bis zum Wiedereinstieg, zusätzliche Flugerfahrung.“

CubeSats sind kleine kostengünstige Satelliten, die aus standardisierten 10-cm-Boxen aufgebaut sind. Ursprünglich für Bildungszwecke entwickelt, finden diese leistungsstarken Plattformen zunehmend Einsatzmöglichkeiten. Die ESA-Direktion für Technologie, Ingenieurwesen und Qualität setzt sie ein, um dem europäischen Raumfahrtsektor frühe Flugdemonstrationen vielversprechender Innovationen zu ermöglichen, die in der Regel gleichzeitig auf wissenschaftliche oder erdbeobachtende Ziele abzielen.

Die CubeSats wurden absichtlich in ausreichend niedrigen Höhen stationiert, damit ihre Umlaufbahnen im Laufe der Zeit auf natürliche Weise zerfallen und damit die ESA-Vorschriften für Weltraummüll erfüllten.

SIMBA verfolgte die Sonne

Der von einem von Belgien geführten Konsortium für die ESA entwickelte CubeSat SIMBA (Sun-earth IMBAlance), der im September 2020 gestartet und am 14. August wieder in Betrieb genommen wurde, nutzte ein hochpräzises Lagebestimmungs- und Kontrollsystem, das auf einer experimentellen Sternverfolgungskamera und -reaktion basiert Räder.

Dies ermöglichte es SIMBAs wichtigstem Radiometerinstrument, Messungen der gesamten Sonneneinstrahlung durchzuführen – wie viel Sonnenenergie die Erde von der Sonne empfängt – und wie viel zurückgestrahlt wird, um den Strahlungshaushalt der Erde zu bestimmen – eine wichtige Variable für Klimastudien.

„Der Einbau eines Radiometers an Bord eines solch winzigen Satelliten erwies sich als ziemliche Herausforderung“, erinnert sich Stijn Nevens vom Königlichen Meteorologischen Institut Belgiens, leitender Forscher der Mission. „Wir mussten einige Funktionen herkömmlicher Radiometer weglassen, was zusätzliche Arbeit in der Datenverarbeitungsphase erforderte, aber wir haben viel gelernt. Für mich war das ein langer und kurvenreicher Weg – es fühlt sich seltsam an, SIMBA nicht mehr am Himmel zu haben!“ ”

Tjorven Delabie vom in Belgien ansässigen Start-up ArcSec Space, das aus der KU Leuven hervorgegangen ist, fügt hinzu: „Ohne die SIMBA-Mission wäre unser Spin-off-Unternehmen höchstwahrscheinlich nicht hier. Es brauchte einen Startracker-Algorithmus, der zuvor eher ein akademisches Unterfangen war und bewies, dass unser Ansatz im Weltraum tatsächlich funktionierte, was auf dem Markt für große Anziehungskraft sorgte.

„Bisher haben wir mehr als hundert Starttracker auf der ganzen Welt verkauft, und wir folgen mit Reaktionsrädern und schließlich einem vollständigen ADCS für CubeSats. Da SIMBA ein so wichtiger Teil unserer Geschichte ist, erhalten wir die E-Mail, die es erneut eingegeben hat.“ Es war ein etwas trauriger Moment, fast so, als wäre jemand gestorben, aber wir sind an der Folgemission der ESA, CubeSpec, beteiligt.“

RadCube überwachte die Auswirkungen des Weltraumwetters auf die Erdmagnetosphäre

Sechs Tage später folgte SIMBA beim Wiedereintritt in die Atmosphäre die RadCube-Mission aus Ungarn, Polen und dem Vereinigten Königreich, deren Aufgabe es war, das Weltraumwetter zu überwachen.

Ausgestattet mit miniaturisierten Magnetometern zur Aufzeichnung von Störungen des Erdmagnetfelds sowie einem „Teleskop“-Detektor für Weltraumstrahlung war der im August 2021 gestartete CubeSat zur richtigen Zeit am richtigen Ort, als die Sonne ihren elfjährigen Höhepunkt ihrer Aktivität erreichte Aufstieg zur Wahrnehmung zahlreicher Sonnenstürme und aktiver terrestrischer Polarlichter.

Und die MAGIC-Magnetometer von RadCube, die auf handelsüblichen „magnetoresistiven“ Sensoren basieren, die typischerweise in Computerfestplatten oder Smartphones verwendet werden, werden auf einem Nachfolge-CubeSat der ESA namens HENON erneut geflogen, der über die Erde hinaus in den Weltraum vordringen wird, um das Weltraumwetter zu überwachen . Dieselben MAGIC-Sensoren sollen auch Teil einer „Weltraumwetterstation“ für das Mond-Gateway im Orbit um den Mond sein, dem European Radiation Sensors Array.

„RadCube war eine äußerst wertvolle Gelegenheit, die es uns ermöglichte, die Fähigkeiten von MAGIC zu demonstrieren“, erklärt Jonathan Eastwood vom Imperial College London.

„Zunächst haben wir die Instrumentenleistung erfolgreich validiert und gezeigt, dass diese Sensoren, die um eine Größenordnung kleiner und energieeffizienter sind als diejenigen, die für typische wissenschaftliche Missionen verwendet werden, immer noch die Anforderungen erfüllen können, die für die Überwachung von Magnetfeldstörungen im Weltraum bei niedrigen Temperaturen erforderlich sind. Erdumlaufbahn.

„Das Tüpfelchen auf dem i war, dass RadCube während des intensiven geomagnetischen Sturms im Mai 2024 in Betrieb war, dem stärksten seit 20 Jahren. Dies zeigt, dass Instrumente, die auf der MAGIC-Technologie basieren, zu den Zielen der ESA zur Überwachung der Weltraumsicherheit beitragen können. Wir freuen uns sehr, jetzt weitere Beiträge zu leisten.“ MAGIC-Instrumente für die ERSA- und HENON-Projekte der ESA.“

Sunstorms Röntgenanalyse der ausbrechenden Sonne

Am 5. September fand der Wiedereintritt von Sunstorm statt, der von einem von Finnland geführten Konsortium hergestellt und mit derselben Trägerrakete wie RadCube geflogen wurde. Es beherbergte einen neuen Typ eines solaren Röntgenspektrometers, um die starken Röntgenimpulse zu charakterisieren, die mit koronalen Massenauswürfen einhergehen – massiven Eruptionen von vielen Millionen Tonnen Material von der Sonnenoberfläche, die wiederum zu Sonnenstürmen mit dem Potenzial führen Auswirkungen auf Satelliten im Weltraum sowie auf die terrestrische Energie- und Kommunikationsinfrastruktur.

Nachdem sich die Basistechnologie im Weltraum bewährt hat, soll nun im Jahr 2029 eine vollwertige betriebsfähige Version des XFM-CS-Instruments (Röntgenflussmonitor für CubeSats) von Sunstorm auf dem US-amerikanischen NOAA-Satelliten Space Weather Next L1 geflogen werden.

Formation fliegender GOMX-4B handelte mit Krypto

Der jüngste Wiedereintritt von Technology CubeSat fand am 9. Oktober statt und markierte das Ende des von GOMSpace in Dänemark entwickelten GOMX-4B CubeSat der ESA. Gemeinsam mit der GOMX-4A des dänischen Verteidigungsministeriums im Februar 2018 geflogen, demonstrierte das Paar Formationsflug auf Basis von Kaltgastriebwerken und Datenaustausch über Intersatellitenverbindungen. GomX-4B beherbergte auch den hyperspektralen Imager HyperScout zur Erdbeobachtung, der von cosine Remote Sensing in den Niederlanden bereitgestellt wurde.

„Die GomX-4B-Mission spielte eine entscheidende Rolle bei der Demonstration der Fähigkeiten des Hypersectral-Imagers cosine HyperScout und demonstrierte erstmals sein Potenzial“, kommentiert cosine-Geschäftsführer Marco Esposito.

Nachfolgeversionen von HyperScout wurden später auf der Erdbeobachtungsmission Federated Satellite Systems (FSSCat) der ESA und der Asteroidenmission Hera geflogen, während Heras Juventas CubeSat eine Weiterentwicklung der Kaltgastriebwerke von GomX-4B von GOMSpace Schweden beinhaltete.

In der erweiterten Missionsphase konnte GOMX-4B auch mehrere zunächst ungeplante Demonstrationen durchführen, indem es seine Software und Funkgeräte im Orbit neu konfigurierte. Dazu gehörten die erste Demonstration der 5G-Internet-of-Things-Kommunikation von einem Nanosatelliten mit OQTECH aus Luxemburg und die ersten Kryptowährungstransaktionen im Weltraum mit JP Morgan.

„Die GOMX-4-Mission ist nun ein wichtiger Teil unseres Vermächtnisses, und die durch diese Mission demonstrierten Produkte, Fähigkeiten und Zuverlässigkeit sind weiterhin ein wichtiger Vermögenswert für den Vertrauensaufbau bei bestehenden und zukünftigen Kunden“, sagt Lars Krogh Alminde, Mitbegründer und Vizepräsident für Strategie und Geschäftsentwicklung.

Eine spezielle Folgemission, GOMX-5, ist in der Entwicklung.

Die Technologie CubeSats der ESA

Die ESA unterstützt Technology CubeSats durch das „Fly“-Element ihres General Support Technology Programme, viele weitere sind in Vorbereitung. Neben HENON, CubeSpec und GOMX-5, deren Start alle im Jahr 2026 geplant ist, gehören zu den weiteren Missionen die GENA-OT im nächsten Jahr, bei der eine neue 16U-Plattform von OroraTech getestet und zahlreiche Technologieexperimente durchgeführt werden. Unterdessen ist der PRETTY CubeSat der ESA für Navigationsreflektometrietests im Orbit weiter im Einsatz.

„Diese kleinen Missionen sind wie Sprungbretter in die Zukunft und demonstrieren vielversprechende Technologien und Missionsansätze auf kostengünstige Weise“, fügt Roger hinzu. „Wir arbeiten mit den ausführenden Unternehmen an der Demonstration im Orbit, aber sobald diese Arbeit abgeschlossen ist, normalerweise innerhalb eines Jahres, können sie die Missionen entweder experimentell oder kommerziell weiter nutzen und so wichtige Flugerfahrungen sammeln, die weit über ihre Erwartungen hinausgehen Lebensdauer und Maximierung der Gesamtrendite für mehrere Jahre danach.“

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