CubeSat

Un **CubeSat** es un tipo de satélite miniaturizado para la investigación espacial que generalmente tiene un volumen de exactamente un litro (cubo de 10 cm), tiene una masa de no más de 1.33 kilogramos,  y generalmente usa componentes electrónicos comerciales listos para usar. A partir de 1999, la Universidad Estatal Politécnica de California (Cal Poly) y la Universidad de Stanford desarrollaron las especificaciones de CubeSat para ayudar a las universidades de todo el mundo a realizar exploración y ciencia espacial.

La mayor parte del desarrollo proviene del mundo académico, pero varias empresas han construido CubeSats, incluido el gran fabricante de satélites Boeing . El formato CubeSat también es popular entre los constructores de satélites de radioaficionados.

## Filosofía

La especificación CubeSat cumple varios objetivos de alto nivel. La simplificación de la infraestructura del satélite permite diseñar y producir un satélite viable a bajo costo. La encapsulación de la interfaz lanzador-carga útil elimina la cantidad prohibitiva de trabajo administrativo que antes se requería para acoplar un satélite a cuestas con su lanzador. La unificación entre cargas útiles y lanzadores permite intercambios rápidos de cargas útiles y la utilización de oportunidades de lanzamiento con poca antelación.

## Diseño

El término "CubeSat" se acuñó para denotar nano-satélites que se adhieren a los estándares descritos en la especificación de diseño de CubeSat. Cal Poly publicó el estándar en un esfuerzo liderado por el profesor de ingeniería aeroespacial Jordi Puig-Suari.  Bob Twiggs , del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica de la Universidad de Stanford, y actualmente en la facultad de ciencias espaciales de la Universidad Estatal de Morehead en Kentucky,  ha contribuido a la comunidad CubeSat. Sus esfuerzos se han centrado en CubeSats de instituciones educativas.  La especificación no se aplica a otros nano-satélites en forma de cubo, como el nano-satélite "MEPSI" de la NASA, que es un poco más grande que un CubeSat.

En 2004, con su tamaño relativamente pequeño, los CubeSats podían fabricarse y lanzarse cada uno por un valor estimado de $ 65 000 a $ 80 000.  Este precio, mucho más bajo que la mayoría de los lanzamientos de satélites, ha hecho de CubeSat una opción viable para escuelas y universidades de todo el mundo. Debido a esto, un gran número de universidades y algunas empresas y organizaciones gubernamentales de todo el mundo están desarrollando CubeSats: entre 40 y 50 universidades en 2004, informó Cal Poly.

El CubeSat básico estándar de 10 × 10 × 10 cm a menudo se denomina CubeSat "1U", que significa una unidad. Los CubeSats son escalables a lo largo de un solo eje, en incrementos de 1U. Se han construido y lanzado CubeSat como un CubeSat "2U" (20 × 10 × 10 cm) y un CubeSat "3U" (30 × 10 × 10 cm).

Dado que los CubeSats miden todos 10x10 cm (independientemente de su longitud), todos pueden iniciarse y desplegarse utilizando un sistema de despliegue común. Los CubeSats generalmente se lanzan y se implementan desde un mecanismo llamado Poly-Pico Satellite Orbital Deployer (P-POD), también desarrollado y construido por Cal Poly.  P-POD están montados en un vehículo de lanzamiento.y llevar CubeSats a la órbita y desplegarlos una vez que se reciba la señal adecuada del vehículo de lanzamiento. Los P-POD han desplegado más del 90% de todos los CubeSats lanzados hasta la fecha (incluidos los lanzamientos fallidos) y el 100% de todos los CubeSats lanzados desde 2006. Sin embargo, el P-POD Mk III tiene capacidad para tres CubeSats de 1U, ya que tres CubeSats de 1U tienen exactamente el mismo tamaño que un CubeSat de 3U y dos CubeSat de 1U tienen el mismo tamaño que un CubeSat de 2U, el P-POD puede implementar CubeSats de 1U, 2U o 3U en cualquier combinación hasta un volumen máximo de 3U.

CubeSat constituye un medio rentable e independiente de poner una carga útil en órbita.  La mayoría de los CubeSats llevan uno o dos instrumentos científicos como carga útil principal de la misión . Varias empresas e institutos de investigación ofrecen oportunidades de lanzamiento periódicas en grupos de varios cubos. ISC Kosmotras y Eurokot son dos empresas que ofrecen este tipo de servicios.

## Proyectos exitosos

Uno de los primeros lanzamientos de CubeSat fue el 30 de junio de 2003 Plesetsk, Rusia, con Eurockot Launch Services 's *Misión Orbital Múltiple* . Los CubeSats se pusieron en una órbita sincrónica con el sol e incluyeron el AAU CubeSat y DTUSat daneses , el CubeSat XI-IV y CUTE-1 japonés , el Can X-1 canadiense y el Quakesat triple CubeSat estadounidense .

El 27 de octubre de 2005, un vehículo de lanzamiento Kosmos-3M lanzado desde Plesetsk puso en órbita tres CubeSats en la misión de la Iniciativa de Exploración y Tecnología Espacial para Estudiantes (SSETI) de la Agencia Espacial Europea . El satélite SSETI Express Satellite construido por estudiantes no era un CubeSat, ya que pesaba 136 libras y era del tamaño de una lavadora.  Los CubeSat que hicieron órbita marca en este lanzamiento fueron el satélite Ncube proyecto de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología y la Universidad de Tokio 's CubeSat XI-V .

Siete CubeSats se lanzaron el 17 de abril de 2007 como cargas útiles secundarias en un cohete Dnepr .  Incluyeron un proyecto colombiano de los estudiantes de la Universidad Sergio Arboleda. Su satélite, llamado Libertad 1 , fue el primero de Colombia. La Corporación Aeroespacial tenía su AeroCube 2,  CP-3 y CP-4 estaban a bordo de la Universidad Politécnica Estatal de California ,  y CAPE-1 de la Universidad de Louisiana en Lafayette .

En un lanzamiento coordinado por el Sistema de Lanzamiento de Nanosatélites , un Vehículo de Lanzamiento de Satélites Polar lanzó CubeSats el 28 de abril de 2008. Uno era un CubeSat de 3 unidades (10x10x30 centímetros) llamado Delfi-C3 de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos .

El 8 de diciembre de 2010, se informó que varios CubeSats se habían desplegado con éxito desde un cohete SpaceX Falcon 9 , el mismo que lanzó su primera nave espacial Dragon en COTS Demo Flight 1 .

El 28 de octubre de 2011, tres PPOD que contenían seis cubesats se colocaron en órbita junto con el satélite del Proyecto Preparatorio NPOESS a bordo de un cohete United Launch Alliance Delta II lanzado desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, California. Esta fue la segunda de las misiones de Lanzamiento Educativo de Nanosatélites (ELaNa) de la NASA lanzadas.

## Fallas de lanzamiento

### Dnepr

El 26 de julio de 2006, se lanzaron 14 CubeSats de 11 universidades y una empresa privada a bordo de un cohete Dnepr, el mayor despliegue planificado de CubeSats hasta la fecha.  El cohete falló y fue destruido durante el lanzamiento, destruyendo los CubeSats y otros cuatro satélites a bordo.  El lanzamiento se perdió después de que el motor de la primera etapa se apagara prematuramente.  Se cree que todas las partes del satélite están destruidas.

El comité que investigó el lanzamiento fallido concluyó que la falla fue causada por una unidad de transmisión hidráulica que funcionaba mal en la primera etapa del cohete.  El mal funcionamiento provocó perturbaciones de control que llevaron a inestabilidad de balanceo y excursiones excesivas de los ángulos de guiñada y cabeceo. La terminación del empuje se produjo a los 74 segundos después del despegue.

El lanzamiento se había pospuesto varias veces porque la carga útil principal, EgyptSat 1 , no estaba lista. Debido a preocupaciones de ITAR, los CubeSats se trasladaron a un sitio de lanzamiento diferente, siendo la carga útil principal BelKA , que iba a ser el primer satélite de Bielorrusia.

El lanzamiento llevó a Rincon 1 y SACRED, ambos de la Universidad de Arizona . Otros proyectos provinieron de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, la Universidad de Aviación Hankuk, Seúl, Corea y la Universidad Politécnica de Turín, Italia. La Aerospace Corporation, de Estados Unidos, también tenía su propio proyecto comercial a bordo.

### Falcon 1

El 3 de agosto de 2008, SpaceX lanzó Falcon 1 desde las instalaciones de lanzamiento del atolón Kwajalein (EE. UU.) Con dos CubeSats de la NASA. Eran el PREsat del Centro de Investigación Ames de la NASA y el NanoSail-D del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA y del Centro de Investigación Ames.  Estos CubeSats se perdieron debido a una falla del vehículo de lanzamiento cuando la primera etapa del cohete hizo contacto inadvertidamente con la segunda etapa después de la separación. El suelo de repuesto para NanoSail, el NanoSail-D2 cubesat, se lanzó con éxito en noviembre de 2010 y se desplegó desde el satélite FASTSAT en un lanzamiento de Minotaur IV .

### Tauro XL

El 4 de marzo de 2011, la misión Glory se perdió cuando el carenado del Taurus XL no se separó del vehículo de lanzamiento. El cohete también llevaba tres satélites CubeSat. Estos satélites universitarios incluyen Explorer-1 PRIME (E1P) del Laboratorio de Ingeniería y Ciencia Espacial desarrollado por estudiantes de la Universidad Estatal de Montana , KySat-1 de Kentucky Space que fue desarrollado por varias universidades de Kentucky además de varias organizaciones y empresas,  y el HERMES de la Universidad de Colorado-Boulder. Esta fue la primera de las misiones de Lanzamiento Educativo de Nanosatélites, o ELaNa, de la NASA.

## Proyectos planificados

### ArduSat

ArduSat es un proyecto de código abierto para el lanzamiento de la primera misión CubeSat basada en Arduino en 2013.

### Lanzamiento educativo de nanosatélites de la NASA (ELaNA)

Iniciativa de lanzamiento de CubeSat de la NASA (CSLI).

Un ejemplo de uno de los satélites ELaNa es la prueba de vuelo conceptual de la arquitectura espacial Plug-and-play (SPA) de la Universidad de Nuevo México para la misión Trailblazer. Trailblazer es un Cubesat 1U que se lanzará en 2012 bajo la misión ELaNa four.

### QB50

El objetivo del proyecto QB50 es utilizar una red internacional de 50 CubeSats para mediciones in situ multipunto en la termosfera inferior (90–300 km) e investigación de reentrada. QB50 es una iniciativa del Instituto Von Karman , la ESA y la NASA. Se prevén CubeSats de doble unidad ("2-U") (10x10x20 cm), con una unidad (la unidad 'funcional') que proporciona las funciones habituales de los satélites y la otra unidad (la unidad 'científica') que aloja un conjunto de sensores estandarizados para investigación de termosfera inferior y reingreso. Se prevé que 35 CubeSats sean proporcionados por universidades en 19 países europeos, 10 por universidades en los EE. UU., 2 por universidades en Canadá y 3 por universidades japonesas. Los 50 CubeSats se lanzarán juntos en un solo vehículo de lanzamiento, un Shtil ' -2.1 ruso . El lanzamiento está previsto para 2014.

La Solicitud de propuestas (RFP) para el QB50 CubeSat se publicó el 15 de febrero de 2012.

### Liberando CubeSats de la Estación Espacial Internacional

JAXA planea liberar CubeSats de la Estación Espacial Internacional utilizando el brazo robótico del Módulo Experimental Japonés.

Raiko de la Universidad de Wakayama, Niwaka (FITSAT-1) del Instituto de Tecnología de Fukuoka , We Wish de Meisei Electric, TechEdSat de la Universidad Estatal de San José y F-1 de la Universidad FPT se lanzaron a bordo del Kounotori 3 el 21 de julio de 2012. Es se espera que se ponga en órbita en septiembre de 2012.

## Aplicaciones

### Desarrollo de la tecnología CubeSat

* AAU CubeSat , de la Universidad de Aalborg : los estudiantes daneses de este proyecto, a partir del verano de 2001, diseñaron un satélite que evaluaría la tecnología y demostraría las capacidades del concepto CubeSat. Para mostrar con éxito la tecnología al público, el equipo instaló una cámara a bordo de la nave espacial y la equipó con un sistema de control de actitud de base magnética . Pero al llegar a la órbita, las señales de radio fueron más débiles de lo esperado y las baterías fallaron después de solo un mes de actividad semi-operativa.

* AAUSAT-II es el segundo CubeSat construido por estudiantes construido y operado por estudiantes de la Universidad de Aalborg en Dinamarca . Fue lanzado el 28 de abril de 2008 a las 05:54 UTC desde el Centro Espacial Satish Dhawan en India en un cohete PSLV. AAUSAT-II lleva un sensor de radiación .

* AAUSAT3 es el tercer CubeSat construido por estudiantes de la Universidad de Aalborg en Dinamarca . La carga útil principal es un receptor del Sistema de identificación automática (AIS) cuya tarea principal es recibir datos AIS de los barcos de Groenlandia. Lanzamiento previsto para el primer trimestre de 2011.

* PW-Sat, de la Universidad Tecnológica de Varsovia : este experimento gira en torno a los propios CubeSats. La prueba implicará el desarrollo de un método para desorbitar CubeSats mediante la activación de un dispositivo de arrastre atmosférico.  El enfoque de la misión será la prueba de este dispositivo de aluminio; su despliegue para traer intencionalmente el satélite de regreso a la porción más gruesa de la atmósfera de la Tierra para poner fin a la misión.  Si tiene éxito, el satélite será el primero de Polonia .  El satélite se puso en órbita en el vuelo inaugural del nuevo vehículo de lanzamiento de la Agencia Espacial Europea en 2012.

* OUFTI-1, de la Universidad de Lieja e ISIL (Haute École de la Province de Liège): este es un CubeSat de 1 unidad que está siendo construido por estudiantes belgas. El nombre es un acrónimo de *Orbital Utility For Telecommunication Innovation*. Se planeó el lanzamiento del satélite belga en el vuelo inaugural de Vega . El objetivo del proyecto es desarrollar experiencia en los diferentes aspectos del diseño y operación de satélites. En la parte de comunicaciones del dispositivo, el equipo académico experimentará con el modo de voz digital D-STAR y el protocolo de comunicaciones que es popular entre los radioaficionados . El satélite tiene una masa de solo 1 kilogramo y utilizará un enlace ascendente UHF y un enlace descendente VHF.

* CubeSat TestBed 1, de Boeing : Boeing completó con éxito todos sus objetivos operativos y de diseño con su primer nanosatélite. Fue construido y volado para explorar las posibilidades con el nuevo estándar CubeSat.  satélites de Boeing suelen ser mucho más grandes; un satélite Boeing 601 o 702 tiene 1.000 veces la masa de su CubeSat de 1 kilogramo.

* InnoSAT, de Astronautic Technology Sdn Bhd: este CubeSat probará tecnologías de navegación y control de actitud desarrolladas por cinco universidades de Malasia.

* XSAS, de la Universidad de Michigan : este proyecto, basado en una investigación de posgrado, albergará una matriz solar plegada en acordeón dentro de un CubeSat de 1U. La matriz se extenderá a un panel solar largo una vez que esté en órbita, lo que aumentará muchas veces la energía disponible para un CubeSat adjunto.

* Clyde Space es una empresa que inició el desarrollo de subsistemas para CubeSats en 2005, incluidos sistemas de energía eléctrica, sistemas de control de actitud y sistemas de propulsión de propulsión de plasma pulsado. Recientemente, la Agencia Espacial del Reino Unido otorgó a Clyde Space la primera misión CubeSat del Reino Unido, UKube-1, un CubeSat 3U que se lanzará a fines de 2012.

* Aerojet comenzó a desarrollar un sistema de propulsión para cubesats en 2011 que ocupa un volumen de referencia de 1U y se integra fácilmente con otras plataformas CubeSat para crear cubesats modulares y totalmente móviles. Apodado "CHAMPS", este sistema utiliza propulsión química y ofrece un impulso significativamente mayor en comparación con los sistemas de propulsión de gas frío.

* Alta SpA desarrolla sistemas de propulsión eléctrica y química adecuados para satélites de varios tamaños. En 2011, la empresa realizó un análisis crítico de diferentes sistemas de propulsión eléctrica. El propulsor IL-FEEP, un sistema de propulsión de hendidura lineal de emisión de campo basado en la herencia de FEEP, es especialmente adecuado para CubeSats y se proporciona en una versión compacta de 1U para su uso en misiones de 2U o 3U.

### Teledetección terrestre

* Quakesat, de Quakefinder: este satélite se estableció en una misión para ayudar a los científicos a mejorar la detección de terremotos. Los estudiantes esperan que la detección de señales magnéticas pueda tener valor para mostrar el inicio de un terremoto. La empresa que armó los satélites es de Palo Alto, California . Están recopilando datos sobre las fluctuaciones extremadamente bajas del campo magnético que están asociadas con los terremotos para ayudar a comprender mejor esta área de estudio que tiene sus escépticos. El despliegue de Quakesat el 30 de junio de 2003 se realizó junto con otros CubeSats universitarios y un CubeSat comercial. El lanzamiento se produjo en un cohete Rockot de Plesetsk de Rusia. sitio de lanzamiento.

* SwissCube, por École Polytechnique Fédérale de Lausanne : este proyecto ha sido seleccionado para volar a bordo de un nuevo sistema de lanzamiento prescindible que la Agencia Espacial Italiana y la Agencia Espacial Europea están desarrollando conjuntamente para Arianespace. El cohete se llama Vega y toma su nombre de la estrella. Los estudiantes suizos realizarán experimentos con el fenómeno del resplandor del aire en la atmósfera terrestre.  La radio de enlace descendente del satélite transmitirá a 437 MHz; el enlace ascendente estará a 145 MHz.Un [1]Un Un Un Un

* PLUME, de la Universidad de Leicester: planean lanzar un CubeSat que detectará polvo cósmico y será el primer CubeSat inglés que se lanzará.  Los estudiantes comenzaron su proyecto a principios de 2007 y, si tienen éxito, tendrán un método para que los científicos observen las partículas de polvo más pequeñas jamás vistas desde el espacio.  Están publicando su documentación y código libremente a través de una wiki.

* Firefly, del Goddard Space Flight Center de la NASA y Siena College - Se han detectado destellos de rayos gamma terrestres desde el Observatorio de rayos gamma de Compton después de su lanzamiento en 1991. Los científicos tienen teorías sobre sus orígenes y este nuevo CubeSat tendrá instrumentos que observarán ambos fotones y electrones simultáneamente. Esto, a su vez, permitirá a los científicos determinar mejor si los rayos son la fuente de las explosiones de rayos gamma.

### Amarre espacial

* MAST , de Tethers Unlimited: el experimento *Tether sobrevivible de múltiples aplicaciones*, con sede en los Estados Unidos, se lanzó el 17 de abril de 2007 a bordo de un cohete Dnepr. Esta atadura interconectada de múltiples hilos de 1 km ( Hoytether ) se está utilizando para probar y demostrar la capacidad de supervivencia a largo plazo de las ataduras en el espacio. Los tres pico-satélites MAST se expulsaron del P-POD con éxito, pero el sistema de comunicaciones tuvo dificultades, y el mecanismo de separación no funcionó correctamente, impidiendo el despliegue completo de la correa.  No obstante, el experimento operó durante más de un mes y descargó más de 2 MB de datos sobre la dinámica de los satélites conectados, así como imágenes de la conexión. TiempoLa Universidad de Stanford formó la parte académica del equipo, Tethers Unlimited, de Seattle, Washington, formó la parte comercial del equipo.

* STARS (Kukai) por el Proyecto de Desarrollo de Satélites Kagawa en la Universidad de Kagawa , Japón. La misión Space Tethered Autonomous Robotic Satellite (STARS) se lanzó el 23 de enero de 2009 como carga útil secundaria en un lanzamiento de H-IIA . Después del lanzamiento, el satélite recibió el nombre de KUKAI y constaba de dos subsatélites, "Ku" y "Kai",  que se unían mediante una atadura de 5 metros. Se separó con éxito del cohete y se transfirió a la órbita planificada, pero la correa se desplegó solo a una longitud de varios centímetros, "debido al problema de bloqueo de lanzamiento del mecanismo del carrete de la correa".
* Tempo3 , de The Mars Society: esta operación se denomina *Experimento anclado para* operaciones interplanetarias de Marte y está destinado a demostrar la generación de gravedad artificial. El proyecto busca mejorar el conocimiento sobre los vuelos espaciales a largo plazo.

### Biología

* GeneSat 1, del Centro de Investigación Ames de la NASA - En diciembre de 2006, un vehículo de lanzamiento Minotaur llevó este satélite a la órbita desde la Instalación de Vuelo Wallops de la NASA para llevar a cabo un experimento genético . El equipo reunió los sistemas de análisis y crecimiento biológico para realizar experimentos con la bacteria E. coli.  El proyecto no es barato para los estándares de CubeSat: el total gastado en el satélite y sus experimentos fue de $ 6 millones antes de que tuviera lugar el lanzamiento. El objetivo es establecer métodos para estudiar los cambios genéticos que se derivan de la exposición a un entorno espacial.  El satélite estaba equipado con una baliza UHF.

### Otro

* StudSat , el primer satélite indio de Pico-Category fue desarrollado por un grupo de 35 estudiantes de Andhra Pradesh y Karnataka, India, y fue lanzado el 12 de julio de 2010 por Polar Satellite Launch Vehicle.
* Cubesat ROBUSTA , de la Universidad de Montpellier 2 : una misión para probar los efectos de la radiación en la electrónica.  El objetivo es comprobar específicamente el deterioro de los componentes electrónicos basados ​​en transistores bipolares cuando se exponen al entorno de radiación espacial. Los resultados de este experimento se utilizarán para validar un método de prueba propuesto en el laboratorio. El satélite francés se lanzó en el vuelo inaugural de Vega a principios de 2012.
* TJ³Sat, de la Escuela secundaria de ciencia y tecnología Thomas Jefferson , Alexandria, Va., Que pretende ser el primer CubeSat de estudiantes de secundaria.
* Xatcobeo , de la Universidad de Vigo y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial - El objetivo de este proyecto es probar radio definido por software y experimentar con el despliegue de paneles solares.  El satélite español lanzado en el vuelo inaugural de Vega .
* CINEMA, un esfuerzo de colaboración entre el Laboratorio de Ciencias Espaciales de UC Berkeley, el Imperial College London , la Universidad Kyung Hee y la Universidad Interamericana de Puerto Rico. El objetivo del proyecto es desarrollar un cubesat que monitoree el clima espacial usando una combinación de magnetómetros y detectores de partículas.
* A CubeSat Inflatable Deorbit Device, de Old Dominion University: este estudio describe un dispositivo de arrastre aerodinámico desplegable que se puede incorporar en unidades básicas de 1U CubeSat que pueden cumplir con la restricción de vida útil orbital de 25 años para perigeos orbitales iniciales de hasta 900 km.