क्यूबसैट क्या हैं?

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अंतरिक्ष अन्वेषण के आधुनिक युग की परिभाषित विशेषताओं में से एक इसकी खुली प्रकृति है। अतीत में, अंतरिक्ष एक ऐसा फ्रंटियर था जो केवल दो संघीय अंतरिक्ष एजेंसियों - नासा और सोवियत अंतरिक्ष कार्यक्रम के लिए सुलभ था। लेकिन नई प्रौद्योगिकियों और लागत में कटौती के उपायों के उद्भव के लिए धन्यवाद, निजी क्षेत्र अब अपनी स्वयं की लॉन्च सेवाएं प्रदान करने में सक्षम है।

इसके अलावा, शैक्षणिक संस्थान और छोटे देश अब वायुमंडलीय अनुसंधान करने, पृथ्वी का अवलोकन करने और नई अंतरिक्ष प्रौद्योगिकियों का परीक्षण करने के उद्देश्यों के लिए अपने स्वयं के उपग्रह बनाने में सक्षम हैं। यह क्यूबसैट के रूप में जाना जाता है, एक लघु उपग्रह है जो लागत प्रभावी अंतरिक्ष अनुसंधान के लिए अनुमति देता है।

संरचना और डिजाइन:

नैनोसैटेलाइट्स के रूप में भी जाना जाता है, क्यूबसैट 10 x 10 x 11 सेमी (1 यू) के मानक आयामों के लिए निर्मित होते हैं और क्यूब्स (इसलिए नाम) के आकार के होते हैं। वे स्केलेबल हैं, उन संस्करणों में आ रहे हैं जो एक तरफ 1U, 2Us, 3Us, या 6U को मापते हैं, और आमतौर पर 1.33 kg (3 £) से कम वजन प्रति UU क्यूबसैट 3Us या उससे अधिक होता है, जो सबसे बड़ी हैं, तीन इकाइयों से बना है। एक सिलेंडर के साथ लंबाई उन सभी को encasing।

हाल के वर्षों में बड़े क्यूबसैट प्लेटफ़ॉर्म प्रस्तावित किए गए हैं, जिसमें एक 12U मॉडल (20 x 20 x 30 सेमी या 24 x 24 x 36 सेमी) शामिल है, जो शैक्षणिक अनुसंधान से परे क्यूबसैट की क्षमताओं का विस्तार करेगा और नई तकनीकों का परीक्षण करेगा, जिसमें और अधिक विज्ञान शामिल होंगे और राष्ट्रीय रक्षा लक्ष्य।

उपग्रहों को छोटा करने का मुख्य कारण तैनाती की लागत को कम करना है, और क्योंकि उन्हें एक लॉन्च वाहन की अतिरिक्त क्षमता में तैनात किया जा सकता है। यह उन मिशनों से जुड़े जोखिमों को कम करता है जहां अतिरिक्त कार्गो को लॉन्चर में रंजित किया जाना है, और छोटी सूचना पर कार्गो परिवर्तन के लिए भी अनुमति देता है।

उन्हें वाणिज्यिक ऑफ-द-शेल्फ (COTS) इलेक्ट्रॉनिक्स घटकों का उपयोग करके भी बनाया जा सकता है, जो उन्हें तुलनात्मक रूप से बनाने में आसान बनाता है। चूंकि क्यूबसैट मिशन अक्सर बहुत कम पृथ्वी की कक्षाओं (LEO) के लिए बने होते हैं, और कुछ दिनों या हफ्तों के बाद वायुमंडलीय रीवेंट्री का अनुभव करते हैं, इसलिए विकिरण को काफी हद तक अनदेखा किया जा सकता है और मानक उपभोक्ता-श्रेणी के इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग किया जा सकता है।

क्यूबसैट को चार विशिष्ट प्रकार के एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बनाया गया है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उनके पास लॉन्च वाहन के समान थर्मल विस्तार का गुणांक है। उपग्रहों को किसी भी सतह के साथ एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत के साथ लेपित किया जाता है, जो उन्हें अत्यधिक तनाव से जगह में ठंडा होने से रोकने के लिए लॉन्च वाहन के संपर्क में आता है।

अवयव:

क्यूबसैट अक्सर शोध को आगे बढ़ाने के लिए कई ऑन-बोर्ड कंप्यूटरों के साथ-साथ रवैया नियंत्रण, थ्रस्टर्स, और संचार के लिए प्रदान करते हैं। आमतौर पर, अन्य ऑन-बोर्ड कंप्यूटरों को यह सुनिश्चित करने के लिए शामिल किया जाता है कि मुख्य कंप्यूटर कई डेटा धाराओं द्वारा ओवरबर्ड नहीं किया जाता है, लेकिन अन्य सभी ऑन-बोर्ड कंप्यूटरों को इसके साथ हस्तक्षेप करने में सक्षम होना चाहिए।

आमतौर पर, एक प्राथमिक कंप्यूटर अन्य कंप्यूटरों को कार्य सौंपने के लिए ज़िम्मेदार होता है - जैसे रवैया नियंत्रण, कक्षीय युद्धाभ्यास के लिए गणना और शेड्यूलिंग कार्य। फिर भी, प्राथमिक कंप्यूटर का उपयोग पेलोड-संबंधी कार्यों के लिए किया जा सकता है, जैसे छवि प्रसंस्करण, डेटा विश्लेषण और डेटा संपीड़न।

लघु-घटक घटक दृष्टिकोण नियंत्रण प्रदान करते हैं, आमतौर पर प्रतिक्रिया पहियों, मैग्नेटोरक्वाइर्स, थ्रस्टर्स, स्टार ट्रैकर्स, सूर्य और पृथ्वी सेंसर, कोणीय दर सेंसर और जीपीएस रिसीवर और एंटेना से मिलकर। कमियों की भरपाई करने के लिए, और अतिरेक के स्तर प्रदान करने के लिए इनमें से कई प्रणालियों को अक्सर संयोजन में उपयोग किया जाता है।

सूर्य और स्टार सेंसर का उपयोग दिशात्मक संकेत प्रदान करने के लिए किया जाता है, जबकि पृथ्वी और इसके क्षितिज का संवेदन पृथ्वी और वायुमंडलीय अध्ययन करने के लिए आवश्यक है। सन सेंसर यह सुनिश्चित करने में भी उपयोगी होते हैं कि क्यूबसैट सौर ऊर्जा तक अपनी पहुंच को अधिकतम करने में सक्षम है, जो क्यूबसैट को शक्ति प्रदान करने का प्राथमिक साधन है - जहां सौर पैनलों को उपग्रहों के बाहरी आवरण में शामिल किया जाता है।

इस बीच, प्रणोदन कई रूपों में आ सकता है, जिनमें से सभी में छोटे आवेग शामिल होते हैं, जो छोटी मात्रा में विशिष्ट आवेग प्रदान करते हैं। उपग्रहों को सूर्य, पृथ्वी से विकिरण ताप के अधीन किया जाता है, और उनके घटकों द्वारा उत्पन्न गर्मी का उल्लेख नहीं करने के लिए, सूर्य के प्रकाश को प्रतिबिंबित किया जाता है।

इस प्रकार, क्यूबसैट भी इन्सुलेशन परतों और हीटरों के साथ आता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उनके घटक उनकी तापमान सीमा से अधिक न हों, और अतिरिक्त गर्मी का प्रसार किया जा सके। तापमान संवेदक अक्सर खतरनाक तापमान वृद्धि या बूंदों की निगरानी के लिए शामिल होते हैं।

संचार के लिए, क्यूबसैट, वीएचएफ, यूएचएफ या एल-, एस-, सी- और एक्स-बैंड में काम करने वाले एंटीना पर भरोसा कर सकता है। क्यूबसैट के छोटे आकार और सीमित क्षमता के कारण ये ज्यादातर 2W शक्ति तक सीमित हैं। वे पेचदार, द्विध्रुवीय या मोनोडायरेक्शन मोनोपोल एंटेना हो सकते हैं, हालांकि अधिक परिष्कृत मॉडल विकसित किए जा रहे हैं।

प्रोपल्सन:

क्यूबसैट प्रणोदन के कई अलग-अलग तरीकों पर भरोसा करते हैं, जिसके कारण कई प्रौद्योगिकियों में प्रगति हुई है। सबसे आम तरीकों में ठंडी गैस, रसायन, विद्युत प्रणोदन और सौर पाल शामिल हैं। एक ठंडा गैस थ्रस्टर जड़ गैस (जैसे नाइट्रोजन) पर निर्भर करता है जिसे एक टैंक में संग्रहित किया जाता है और थ्रस्ट उत्पन्न करने के लिए एक नोजल के माध्यम से छोड़ा जाता है।

जैसा कि प्रणोदन के तरीके चलते हैं, यह सबसे सरल और सबसे उपयोगी प्रणाली है जिसे क्यूबसैट उपयोग कर सकता है। यह सबसे सुरक्षित में से एक भी है, क्योंकि अधिकांश ठंडी गैसें न तो अस्थिर हैं और न ही संक्षारक हैं। हालांकि, उनके पास सीमित प्रदर्शन है और वे उच्च आवेग युद्धाभ्यास हासिल नहीं कर सकते हैं। इसलिए वे आम तौर पर दृष्टिकोण नियंत्रण प्रणालियों में उपयोग किए जाते हैं, और मुख्य थ्रस्टर्स के रूप में नहीं।

रासायनिक प्रणोदन प्रणाली उच्च-दबाव, उच्च-तापमान गैस का उत्पादन करने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर भरोसा करती है, जिसे बाद में जोर बनाने के लिए एक नोजल के माध्यम से निर्देशित किया जाता है। वे तरल, ठोस या एक संकर हो सकते हैं, और आमतौर पर एक उत्प्रेरक या ऑक्सीडाइज़र के साथ संयुक्त रसायनों के संयोजन के लिए नीचे आते हैं। ये थ्रस्टर्स सरल हैं (और इसलिए इसे आसानी से छोटा किया जा सकता है), कम बिजली की आवश्यकताएं हैं, और बहुत विश्वसनीय हैं।

विद्युत प्रणोदन आवेशित कणों को उच्च गति में लाने के लिए विद्युत ऊर्जा पर निर्भर करता है - उर्फ। हॉल-इफेक्ट थ्रस्टर्स, आयन थ्रस्टर्स, स्पंदित प्लाज़्मा थ्रस्टर्स इत्यादि यह विधि फायदेमंद है क्योंकि यह उच्च दक्षता के साथ उच्च विशिष्ट-आवेग को जोड़ती है, और घटकों को आसानी से छोटा किया जा सकता है। एक नुकसान यह है कि उन्हें अतिरिक्त शक्ति की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ या तो बड़ी सौर कोशिकाओं, बड़ी बैटरी और अधिक जटिल बिजली प्रणालियों से है।

सौर पालों को प्रणोदन के लिए एक विधि के रूप में भी उपयोग किया जाता है, जो फायदेमंद है क्योंकि इसके लिए किसी प्रणोदक की आवश्यकता नहीं है। सौर पाल को क्यूबसैट के स्वयं के आयामों तक भी बढ़ाया जा सकता है, और उपग्रह के छोटे द्रव्यमान के परिणामस्वरूप किसी दिए गए सौर पाल के क्षेत्र में अधिक त्वरण होता है।

हालांकि, उपग्रह की तुलना में सौर पाल अभी भी काफी बड़ा होना चाहिए, जो यांत्रिक जटिलता को संभावित विफलता का एक अतिरिक्त स्रोत बनाता है। इस समय, कुछ क्यूबसैट ने एक सौर पाल को नियोजित किया है, लेकिन यह संभावित विकास का एक क्षेत्र बना हुआ है क्योंकि यह एकमात्र तरीका है जिसमें किसी प्रणोदक की आवश्यकता नहीं होती है या खतरनाक सामग्री शामिल होती है।

क्योंकि थ्रस्टरों को छोटा किया जाता है, वे कई तकनीकी चुनौतियां और सीमाएँ बनाते हैं। उदाहरण के लिए, थ्रस्ट वेक्टरिंग (यानी गिंबल्स) छोटे थ्रस्टरों के साथ असंभव है। इस प्रकार, क्यूबसैट की ज्यामिति के सापेक्ष द्रव्यमान के केंद्र को बदलने के लिए, असममित रूप से जोर देने के लिए या सक्रिय घटकों का उपयोग करके कई नोजल का उपयोग करके वेक्टरिंग प्राप्त की जानी चाहिए।

इतिहास:

1999 में शुरू, कैलिफोर्निया पॉलिटेक्निक स्टेट यूनिवर्सिटी और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी ने दुनिया भर के विश्वविद्यालयों को अंतरिक्ष विज्ञान और अन्वेषण करने में मदद करने के लिए क्यूबसैट विनिर्देशों को विकसित किया। शब्द "क्यूबसैट" को नैनो-उपग्रहों को निरूपित करने के लिए तैयार किया गया था जो क्यूबसैट डिजाइन विनिर्देशों में वर्णित मानकों का पालन करते हैं।

ये स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में एयरोनॉटिक्स एंड एस्ट्रोनॉटिक्स विभाग से एयरोस्पेस इंजीनियरिंग प्रोफेसर जॉर्डन पुइग-सुरी और बॉब ट्विग्स द्वारा निर्धारित किए गए थे। तब से यह 40 से अधिक संस्थानों की अंतरराष्ट्रीय साझेदारी बन गई है जो नैनो-उपग्रहों को विकसित कर रहे हैं जिनमें वैज्ञानिक पेलोड हैं।

प्रारंभ में, उनके छोटे आकार के बावजूद, शैक्षणिक संस्थान इसमें सीमित थे कि उन्हें लॉन्च के अवसर के लिए, कभी-कभी वर्षों तक इंतजार करने के लिए मजबूर किया गया था। कैलिफ़ोर्निया पॉलिटेक्निक द्वारा पॉली-पिकोसैटेरियल ऑर्बिटल डिप्लॉयर (जिसे पी-पीओडी के रूप में जाना जाता है) के विकास के द्वारा एक हद तक इसे हटा दिया गया था। P-POD एक लॉन्च व्हीकल पर लगे होते हैं और लॉन्च व्हीकल से उचित सिग्नल मिलते ही CubeSats को ऑर्बिट में ले जाते हैं और उन्हें तैनात करते हैं।

इसका उद्देश्य, जोर्डिपुइग-सुआरी के अनुसार, "कॉलेज के छात्र के करियर के समय सीमा में उपग्रह विकास के समय को कम करना और बड़ी संख्या में उपग्रहों के साथ लॉन्च के अवसरों का लाभ उठाना था।" संक्षेप में, P-PODs यह सुनिश्चित करते हैं कि कई क्यूबसैट किसी भी समय लॉन्च किए जा सकते हैं।

कई कंपनियों ने क्यूबसैट का निर्माण किया है, जिसमें बड़े-उपग्रह-निर्माता बोइंग शामिल हैं। हालाँकि, अधिकांश विकास शिक्षाविदों से आता है, सफलतापूर्वक क्यूबसैट और असफल मिशनों के मिश्रित रिकॉर्ड के साथ। अपनी स्थापना के बाद से, अनगिनत अनुप्रयोगों के लिए क्यूबसैट का उपयोग किया गया है।

उदाहरण के लिए, उनका उपयोग समुद्री जहाजों की निगरानी के लिए ऑटोमैटिक आइडेंटिफिकेशन सिस्टम्स (एआईएस) को तैनात करने, पृथ्वी के रिमोट सेंसर को तैनात करने, स्पेस टीथर्स की दीर्घकालिक व्यवहार्यता का परीक्षण करने के लिए, साथ ही साथ जैविक और रेडियोलॉजिकल प्रयोगों का संचालन करने के लिए किया गया है।

शैक्षणिक और वैज्ञानिक समुदाय के भीतर, इन परिणामों को साझा किया जाता है और संसाधनों को अन्य डेवलपर्स के साथ सीधे संवाद करके और क्यूबसैट कार्यशालाओं में भाग लेने के लिए उपलब्ध कराया जाता है। इसके अलावा, क्यूबसैट कार्यक्रम निजी कंपनियों और सरकारों को अंतरिक्ष में उड़ान पेलोड के कम-लागत वाले तरीके प्रदान करके लाभान्वित करता है।

2010 में, नासा ने "क्यूबसैट लॉन्च इनिशिएटिव" बनाया, जिसका उद्देश्य शैक्षणिक संस्थानों और गैर-लाभकारी संगठनों के लिए लॉन्च सेवाएं प्रदान करना है ताकि वे अपने क्यूबसैट को अंतरिक्ष में प्राप्त कर सकें। 2015 में, नासा ने अपने शताब्दी खोज कार्यक्रम के भाग के रूप में अपने क्यूब क्वेस्ट चैलेंज की शुरुआत की।

$ 5 मिलियन के पुरस्कार पुरस्कार के साथ, इस प्रोत्साहन-प्रतियोगिता का उद्देश्य कम पृथ्वी की कक्षा से परे संचालन करने में सक्षम छोटे उपग्रहों के निर्माण को बढ़ावा देना था - विशेष रूप से चंद्र की कक्षा या गहरी जगह में। प्रतियोगिता के अंत में, 2018 में SLS-EM1 मिशन पर सवार अपने क्यूबसैट डिज़ाइन को लॉन्च करने के लिए तीन टीमों तक का चयन किया जाएगा।

नासा का इनसाइट लैंडर मिशन (2018 में लॉन्च होने वाला है) में दो क्यूबसैट भी शामिल होंगे। ये मंगल के एक फ्लाईबाई का संचालन करेंगे और लैंडर के प्रवेश और लैंडिंग के दौरान पृथ्वी को अतिरिक्त रिले संचार प्रदान करेंगे।

नामित मार्स क्यूब वन (मार्को), यह प्रायोगिक 6U-आकार का क्यूबसैट, क्यूबसैट तकनीक पर भरोसा करने वाला पहला गहन-अंतरिक्ष मिशन होगा। यह नासा के मार्स रिकॉनेनेस ऑर्बिटर (एमआरओ) को डेटा संचारित करने के लिए एक उच्च-लाभ, फ्लैट-पैनल वाले एक्स-बैंड एंटीना का उपयोग करेगा - जो फिर इसे पृथ्वी पर रिले करेगा।

अंतरिक्ष प्रणालियों को छोटा और अधिक किफायती बनाना नए अंतरिक्ष अन्वेषण के युग की पहचान है। यह भी एक मुख्य कारण है कि हाल के वर्षों में न्यूस्पेस उद्योग लीप और सीमा से बढ़ रहा है। और भागीदारी के अधिक स्तर के साथ, अनुसंधान, विकास और अन्वेषण की बात करें तो हम अधिक लाभ देख रहे हैं।

हमने अंतरिक्ष पत्रिका के लिए क्यूबसैट के बारे में कई लेख लिखे हैं। नासा के 2016 इनसाइट मार्स लैंडर पर लॉन्च करने के लिए तीन अलग-अलग सौर सेल, पहला इंटरप्लेनेटरी क्यूबसैट लॉन्च करने की यहां की प्लैनेटरी सोसाइटी, क्यूब्सैट को एस्ट्रॉमी करते हुए इनसाइट मार्स लैंडर को लॉन्च कर सकती है, आप क्यूब्सैट के साथ क्या कर सकते हैं ?, ये क्यूबसैट हमारे सौर मंडल को छोड़ने के लिए प्लाज्मा थ्रस्टर्स का उपयोग कर सकते हैं?

यदि आप क्यूबसैट के बारे में अधिक जानकारी चाहते हैं, तो क्यूबसैट के आधिकारिक होमपेज को देखें।

हमने अंतरिक्ष शटल के बारे में खगोल विज्ञान कास्ट का एक एपिसोड दर्ज किया है। यहां सुनें, एपिसोड 127: द यूएस स्पेस शटल।

सूत्रों का कहना है: