NASA (米国航空宇宙局) が 2017 年 6 月 22 日に世界最小の衛星である KalamSAT を打ち上げたとき、歴史が作られました。KalamSAT の名前は、元インド大統領で核科学者の A. P. J. アブドゥル カラム博士にちなんで付けられました。重さはわずか 64 です。 g.この人工衛星は、インドのタミル・ナードゥ州パラパッティの町に住む 18 歳のインド人学生リファス・シャルックと、彼のグループの他の 6 人のチームメイトによって設計されました。しかし、衛星がますます小型化するにつれて、「軌道上にある衛星の数は?」という疑問が残ります。また、数千個の超小型衛星が打ち上げられた後、軌道に乗るのは何個になるでしょうか?
NASA は、6 月 22 日の午後 3 時 (IST) に、米国バージニア州ワロップス島の飛行施設サイトから打ち上げられたテリア改良オリオン ロケットに搭載された衛星を飛行させました。ロケットの合計飛行時間は 240 分でした。ロケットから分離された後、衛星は打ち上げ後、微小重力環境の中で 125 分間宇宙に滞在し、その後海に落下しました。収集されたデータは、インドのグループによって調査されます。
KalamSAT チームと仕様
KalamSAT の背後にあるグループは、7 人のチーム メンバーで構成されています。主任科学者としてのリファス・シャルック、飛行技術者としてのタニシュク・ドウィヴェディ、設計技術者としてのヴィネイ・S・バードワジ、主任技術者としてのヤグナ・サイ、主任技術者としてのモハメッド・アブドゥル・カシフ、生物学者としてのゴビナート、およびスーパーバイザーとしてのスリマシー・ケサン博士。 KalamSAT は、Kesan 博士の自宅である T Nagar のチェンナイに設置されました。ケサン博士は、インドの学生を芸術、科学、文化の科目に引き付けるために設立された機関である Space Kidz India の創設者兼 CEO でもあります。プロジェクトの主任科学者である Sharook がニュースに登場するのはこれが初めてではありません。 15 歳のとき、彼は Space Kidz India 内のプロジェクトのために、重さ 1.13 kg のヘリウム気球を発明しました。
KalamSATのスペックは、重量64g、サイズ3.8cmと手のひらサイズ。これは、プラスチック繊維を含む非常に弾力性がありながら軽量の繊維強化プラスチックである、強化炭素繊維ポリマーを使用した 3D 印刷法を使用して構築されました。宇宙でのミッション中に放射線を測定するために使用される機器であるナノガイガーミュラーカウンターが衛星に搭載されました。また、地球の回転、温度、湿度、圧力、加速度、および磁気圏を測定するための他のいくつかのセンサーも含まれていました。 KalamSAT はフェムト衛星です。これらは、燃料とペイロードを含めて重量が 0.1 kg 未満の小型衛星です。技術的には、軌道に到達せず準軌道軌道を飛行したため、技術実証衛星として配備されました。これは、衛星が宇宙に到達したものの、完全な軌道を完了する前に地球に落下したためです。
世界記録と大会
KalamSAT は、「世界で最も軽量で最小の衛星」として、アジアの記録、アシストの世界記録、インドの記録に登場しました。 KalamSAT は世界最小の衛星であるだけでなく、宇宙で初めて 3D プリントが使用されました。衛星の主な役割は、3D プリントされた炭素繊維がそのようなミッションで実行できることを示すことでした。さらに、インドの学生による実験が NASA によって実施されたのはこれが初めてです。
KalamSAT は、NASA と I Doodle Learning (グローバルな教育に焦点を当てた組織) が主催する STEM (科学、技術、工学、芸術、数学) ベースのコンペティション Cubes in Space で優勝した後、ミッションに選ばれました。コンペの目的は、4mの立方体に収まり、宇宙に飛ばすことができる器具を設計することでした。 Cubes in Space は、11 歳から 18 歳までの学生に、NASA がロケットまたは気球で宇宙に打ち上げる実験を計画する機会を与えるために運営されています。 2014 年の開始以来、このプログラムには 40 か国近くから 5,000 人以上が参加しています。
Sharook 氏と彼のチームは、コンテストに参加する前に、重さ 1 kg の CubeSat を設計しました。 CubeSat は、10 x 10 x 10 cm の立方体で構成される小さな衛星で、各立方体の重さは 1.33 kg 以下です。しかし、その建設は予算に対して高すぎることが判明したため、競争のために小型バージョンを構築することにしました。グループがカラムサットを設計して構築した後、彼らは衛星を打ち上げる方法を調査し始め、軽量のペイロードを近くの宇宙に運ぶ方法であるバルーンサットの方法を発見しました。これを利用して、彼らは人工衛星を打ち上げるための近宇宙ロケット (NSLV) を開発しました。この NSLV はさらに Kalam 2 に発展し、NASA の Edge of Space Balloon Flight チャレンジで優勝しました。バルーンサテライトは、ナノロボットのペイロード、血液サンプル、植物、測定センサー、およびスペースプリンターで構成されています。ケサン博士は、この 2 番目のミッションの目的を、インドでの宇宙観光を促進することだと説明したと言われています。血液サンプルは、血液が宇宙でどのように反応するかを調査するために使用されます。気球は今年後半にニューメキシコ州コロンビアで打ち上げられる予定です。
小型衛星
KalamSAT は、世界中で開発されている次世代の小型衛星の一例です。世界初の人工地球衛星スプートニク 1 号の直径はわずか 58 cm でした。それ以来、人工衛星のサイズは爆発的に増加しており、たとえば、GOES (静止運用環境衛星)-16 の重量は 2,800 kg、GOES-15 の重量は 1,540 kg です。このような大型衛星は、地球だけでなく、太陽系の他の惑星の周りを回っています。しかし、過去数十年にわたって、建設と打ち上げに関連するコストを削減することを目的として、「小型」衛星が開発されてきました。これらの衛星は、質量によって分類できます。
フェムト衛星は、重さが 0.1 kg 未満の衛星です。上で詳述したように、KalamSAT はこのカテゴリに分類されます。フェムト衛星の概念は 1990 年代にさかのぼります。科学者は、温度、放射線、動き、位置を測定し、生物学的および化学物質を検出する能力を備えた超小型センサーのアイデアを思いつきました。 2011 年に、KickSAT として知られる最初のフェムト衛星プロジェクトが開始され、コーネル大学の科学者によって開発されました。
当時のプロジェクトの主任エンジニアであるメイソン・ペックは、極小の衛星について、太陽風によって運ばれるため、燃料を使わずに「宇宙を塵のように移動」し、「航行」できると説明しました。ミッションの打ち上げは 2014 年 4 月 18 日に行われました。KickSat は、サイズと質量が小さいため複数の宇宙船を同時に打ち上げることができ、低コストで宇宙探査をより身近なものにするという考えから始まりました。 KickSat スプライトは、3.5 x 3.5 cm の単一基板の宇宙船で、ラジオ、マイクロコントローラー、および太陽電池が含まれています。これらの衛星には、ジャイロスコープや温度計などのセンサーを保持する機能があります。しかし、KickSat スプライトは、クロックのリセットのために KickSat から展開されることはなく、最終的に内部で焼失しました。 KickSat 1 は、重さ 5.5 kg の CubeSat として地球を周回することができました。
これらのタイプの衛星は、主に放射線、化学、および粒子に関する情報を収集するために使用されます。そのような小さな衛星は、大きな衛星のデータ収集能力をコピーすることはできません。ただし、それらはさまざまな目的のためにまとめて使用できます。
衛星サイズの問題
そのような衛星のサイズは、それらを構築して打ち上げるためにはるかに安価になります.これにより、通常は予算の少ない大学がこれらのプロジェクトにアクセスできるようになりました。アリゾナ州立大学の Space and Terrestrial Robotic Exploration (SpaceTREx) グループは、サイズ 3 cm、重さ 35 g の SunCube として知られる独自のフェムト衛星を作成しました。彼らは、衛星を地球低軌道に打ち上げるのに約 3000 ドルかかると見積もっています。宇宙空間に到達するにはさらに費用がかかり、約 27,000 ドルになりますが、これは衛星を宇宙空間に打ち上げる標準的な費用である 1 kg あたり約 70,000 ドルよりもはるかに安価です。このグループは、小型衛星技術の進化により、個人が宇宙科学に参入しやすくなっていると説明しています。このような衛星は、太陽系の惑星に到達する能力はありませんが、数百ドルの費用で、地球や他の大型衛星の観測や学生のデータ収集には効果的です。小型センサー、カメラ、ラジオ、電源用のソーラー パネルを搭載できます。
フェムト衛星よりも大きいのはピコサテライトで、重量は 0.1 ～ 10 kg です。ピコサテライトは通常、グループ、つまり「群れ」で動作します。一部は、地上管制官と通信するために「マザー」衛星と連携するように設計されています。 CubeSat は、ピコ サテライト (および後述のナノサテライト) の例です。これらは主に、地球の上空 300 ～ 1300 km の領域内にある低軌道衛星です。しかし、それらはさらに宇宙に打ち上げられる可能性を秘めています。将来的には、NASA は CubeSat を月だけでなく火星にも打ち上げることを目指しています。
CubeSat は、2000 年代にカリフォルニア州立工科大学とスタンフォード大学の大学院生によって、宇宙科学と探査を促進することを目的としたプロジェクトで最初に作成されました。これらのキューブサットは、2003 年 6 月にロケット打上げ機で打ち上げられました。これに続いて、たとえば、NASA、国家偵察局、ボーイングが独自の CubeSat を作成して使用しています。現在、約 130 機の CubeSat が運用され、軌道上にあります。他の CubeSat には、地球の大気からの夜光を監視するために使用される SwissCube-1 が含まれます。
ナノサテライトは、重さが 10 kg 未満の衛星です。ブライト ターゲット エクスプローラー (BRITE) ミッションでは、トロント大学航空宇宙研究所の宇宙飛行研究所によって設計された複数のナノサテライトが使用されます。望遠鏡の重量は 7 kg で、各辺は約 20 cm です。このミッションで打ち上げられた望遠鏡は、さまざまな波長の光について明るい星を監視することに焦点を当てています。上記のキューブサットやフェムト衛星を含む低コストの衛星グループの一部であるナノサテライトは、開発とテストに数か月から数年かかることがあります。
これは、建設に 12 年かかったハッブル宇宙望遠鏡とは対照的です。 STRaND-1 は、3 基の CubeSat を結合した超小型衛星です。これは、2013 年に打ち上げられた、サリー大学のサリー宇宙センターで開発された、スマートフォンを搭載した宇宙に打ち上げられた最初の衛星です。システムの操作には、Android オペレーティング システムを搭載した Google Nexus One スマートフォンが使用されます。スマートフォンには、カメラ、無線リンク、高性能 CPU など、衛星に必要なほぼすべての技術が組み込まれています。スマートフォンにはない追加機能は、ソーラーパネルとプロペラです。この衛星は、たとえば、地球の磁場を監視したり、写真を記録したりするために使用されます。ナノサテライトに続いて、マイクロサテライト (10 ～ 100 kg)、ミニサテライト (100 ～ 500 kg) が続きます。
衛星技術の急速な発展とコストの削減により、Sharook のような若い学生は、他の方法では利用できない方法で宇宙科学を探求する機会を得ることができます。学生を教育する上でのこのような見通しは、宇宙科学者とエンジニア、および宇宙発見の将来にとって非常に重要です。 Cubes in Space のように、学生が宇宙科学に参加することを奨励することを目的とした多くのコンテストやプロジェクトがあります。たとえば、ナノサテライトの教育打ち上げ (ElaNa) は、科学、工学、技術、および数学のバックグラウンドを持つ学生を引き付けるために作成された NASA によるイニシアチブです。 NASA は CubeSat Launch Initiative も運営しています。
これにより、大学、学校、および NGO が、将来の打ち上げで飛ばすことができる小さな衛星ペイロードを作成する機会が提供されます。しかし、この人工衛星の進歩に関連するいくつかの懸念もあります。たとえば、衛星が一般に公開されるようになると、スペースデブリ、つまり地球を周回するスペース「ジャンク」が増加します。これにより、軌道上にある他の機器との衝突のリスクが生じます。現時点では、軌道上の小型衛星の数は問題ではありませんが、アマチュア衛星の増加が予想されるため、将来的には変化する可能性があります。このようなリスクは、例えば地球宇宙通信に関連する厳しい規制につながる可能性があります。すべての急速な技術的進歩と同様に、そのような進歩の結果に関連する利益と懸念の間でバランスをとるべきであり、若者に機会を与えることに重点を置いたままにしておく必要があります.
