소형 위성

Small satellite
ESTCube-1 1U 큐브샛

소형 위성, 소형 위성 또는 스몰샛은 보통 1,200 kg (2,600파운드)[1] 미만의 낮은 질량과 크기를 가진 위성입니다.이러한 모든 위성은 "소형"으로 언급될 수 있지만 질량에 따라 분류하는 데는 서로 다른 분류가 사용됩니다.인공위성은 발사체의 큰 경제적 비용과 건설 관련 비용을 줄이기 위해 작게 제작될 수 있다.특히 많은 수의 소형 위성은 과학 데이터나 무선 중계 등의 목적으로는 더 적은 수의 대형 위성보다 더 유용할 수 있다.소형 위성 건설의 기술적 과제로는 충분한 전력 저장 공간이나 추진 시스템을 위한 공간이 부족할 수 있다.

합리화

그룹명[2] 질량(kg)
엑스트라 헤비 위성 7,000 이상
중형 위성 5,001 ~ 7,000
대형 위성 4,201 ~ 5,000
대형 위성 4,201 ~ 5,400
중간 위성 2,501 ~ 4,200
중형 위성 1,201 ~ 2,500
소형 위성 601 ~ 1,200
미니 위성 201 ~ 600
마이크로 위성 11 ~ 200
나노 위성 1.1 ~ 10
피코 위성 0.1 ~ 1
펨토 위성 0.1 미만

인공위성을 소형화하는 한 가지 이유는 비용을 절감하기 위함이다. 무거운 인공위성은 더 큰 추진력을 가진 더 큰 로켓을 필요로 하며, 더 큰 비용을 필요로 한다.이와는 대조적으로, 작고 가벼운 위성은 더 작고 더 저렴한 발사체를 필요로 하며 때로는 여러 번 발사될 수도 있다.또한 대형 발사체에서는 잉여 용량을 사용하여 '돼지백'을 발사할 수도 있습니다.소형화된 인공위성은 저렴한 디자인과 양산을 가능하게 한다.

소형 위성을 개발하는 또 다른 주요 이유는 다음과 같은 대형 위성이 수행할 수 없는 임무를 수행할 수 있는 기회입니다.

  • 저데이터 레이트 통신을 위한 구성
  • 포메이션을 사용하여 여러 지점에서 데이터 수집
  • 대형 위성 궤도 내 검사
  • 대학 관련 연구
  • 더 비싼 우주선에서 사용하기 전에 새로운 하드웨어를 테스트 또는 검증하는 것

역사

위성 발사 산업의 나노 위성 및 마이크로 위성 부문은 최근 몇 년 동안 빠르게 성장하고 있다.1~50 kg (2.2–110.2 lb) 범위의 개발 활동은 50–100 kg (110–220 lb) [3]범위의 개발 활동을 크게 초과하고 있다.

1~50kg 범위에서만 2000년부터 2005년까지 연간 15개 미만의 인공위성이 발사되었고, 2006년에는 34개였으며, 2007년부터 2011년까지 연간 30개 미만의 인공위성이 발사되었다.2012년 34개, 2013년 [3]92개로 늘었다.

유럽 분석가 Euroconsult는 2015-2019년에 출시될 500개 이상의 소형 사트를 예상하며, 시장 가치는 74억 [4]달러로 추산된다.

2015년 중반에는 소형 위성에서 더 많은 발사 옵션을 사용할 수 있게 되었고, 보조 페이로드의 수량이 많아지고 [5]짧은 통보로 일정을 잡는 것이 쉬워짐에 따라 탑승은 더욱 쉬워졌습니다.

분류 그룹

우주기술 5호 마이크로위성 3기

소형 위성

"소형 위성"[3] 또는 때로는 "미니 위성"이라는 용어는 종종 100 - 500 kg (220 - 1,100 [6][7]lb) 사이의 젖은 질량을 가진 인공 위성을 가리키지만, 다른 용법에서는 500 kg (1,100 [4]lb) 미만의 위성을 의미한다.

소형 위성으로는[according to whom?] Demeter, Essaim, Parasol, Picard, MICROSCOPE, TARANIS, ELISA, SSOT, SMART-1, Spirale-A 및 -B, Starlink [citation needed]위성이 있다.

소형 위성 발사체

스몰샛은 전통적으로 대형 발사체의 보조 페이로드로 발사되어 왔지만, 현재 많은 기업이 스몰샛 시장을 겨냥한 발사체를 개발 중이거나 개발 중에 있습니다.특히 세컨더리 페이로드 패러다임은 고유한 궤도 및 발사 타이밍 [8]요건을 가진 많은 소형 위성에 필요한 특이성을 제공하지 않습니다.

Smallsat Launch Vehicle을 제공하는 기업은 다음과 같습니다.

마이크로 위성

"마이크로 위성" 또는 "마이크로 위성"이라는 용어는 보통 습윤 질량이 10에서 100 kg (22에서 220 lb)[3][6][7] 사이인 인공위성의 이름에 적용된다.그러나 이는 공식 협약이 아니며, 때로는 이 용어들이 그것보다 크거나 그보다 작은 인공위성을 지칭할 수 있다(예: 1 ~50 kg (2.2 ~110.2파운드)).[3]때때로 이러한 유형의 일부 위성에서 나온 설계나 제안된 설계에는 마이크로 위성이 함께 작동하거나 [12]대형으로 작동한다."소형 위성" 또는 "소형 위성"이라는 총칭도 "소형 위성"[14]과 같이 가끔 사용됩니다.[13]

예:Astrid-1 및 Astrid-2 [citation needed]및 LauncherOne용으로 현재 발표된 위성 세트(아래)[13]

2018년, 화성 큐브 원 마이크로샛 2개는 각각 13.5 kg(30파운드)에 불과하며, 행성간 우주에서 사용하기 위해 지구 궤도를 떠난 최초의 큐브샛이 되었습니다.그들은 화성 InSight 착륙선 [15]미션과 함께 화성으로 가는 길을 날았다.이 두 마이크로 위성들은 2018년 11월 화성 근접 비행을 달성했으며, 두 위성 모두 12월 말까지 지구의 지상국과 통신을 계속했다.둘 [16]다 2019년 1월 초에 침묵을 지켰다.

마이크로 위성 발사체

많은 상업 및 군사 도급업체들이 점점 더 표적화되는 마이크로 위성 발사 요건을 수행하기 위해 현재 마이크로 위성 발사체를 개발하고 있다.마이크로 위성은 대형 발사대에 탑재된 보조 페이로드로서 수년간 우주로 운반되어 왔지만, 보조 페이로드 패러다임은 고유한 궤도 및 발사 타이밍 [8]요건을 가진 점점 더 정교해지는 많은 소형 위성에 필요한 특이성을 제공하지 않는다.

2012년 7월, Virgin Galactic은 100 kg (220파운드)의 "smallsat" 1차 탑재물을 지구 저궤도로 발사하도록 설계된 궤도 발사체 LauncherOne을 발표했으며, 2016년에 발사가 시작될 것으로 예상된다.GeoOptics, Skybox Imaging, Spaceflight Industries 및 Planetary Resources를 비롯한 여러 상용 고객이 이미 출시 계약을 체결했습니다.Surrey Satellite Technology와 Sierra Nevada Space Systems는 둘 다 "LauncherOne의 설계에 최적화된"[13] 위성 버스를 개발하고 있습니다.Virgin Galactic은 2008년 [17]말부터 Launcher One의 컨셉을 연구해 왔으며, 2015년 현재 Virgin의 핵심 비즈니스 계획의 큰 부분을 차지하고 있습니다.[18]Virgin의 인간 우주 비행 프로그램은 2014년에 여러 번의 지연과 치명적인 사고를 경험했습니다.

2012년 12월, DARPA는 "1-m의 영상 해상도로 각각 24개의 초소형 위성 (최대 20 kg (44 lb) 범위)[19]의 별자리"를 발사하는 것을 목표로 하는 DARPA SeeMe 프로그램에 초소형 위성 로켓 부스터를 제공할 것이라고 발표했다.이 프로그램은 2015년 [20]12월에 취소되었다.

2013년 4월, Garvey Spacecraft는 프로스펙터 18의 준궤도 발사체 기술을 250km(160mi) 궤도에 10kg(22lb)의 페이로드를 탑재할 수 있는 궤도 나노 위성 발사체로 발전시키기 위한 미화 20만 달러의 계약을 따냈습니다.450km(280mi) 원형 [21]궤도로 20kg(44lb)의 페이로드를 확인합니다.

Boeing Small Launch Vehicle은 45kg(100lb)의 작은 페이로드를 지구 저궤도로 발사하는 것을 목적으로 하는 공중 발사형 3단 로켓이다.이 프로그램은 미군 소형 위성의 발사 비용을 발사당 30만 달러(7,000달러/kg)까지 낮추기 위해 제안되었으며, 개발 프로그램이 자금을 지원받으면 2012년까지 [22]운영될 수 있을 것으로 예상됩니다.

스위스 회사인 스위스 우주 시스템즈(S3)는 2013년에 SURWIGH라는 이름의 준궤도 우주선을 개발하여 최대 250 kg (550파운드)의 페이로드를 지구 [23]저궤도에 올릴 수 있는 마이크로 위성 발사체를 발사할 계획을 발표했다.

2011년 탄생한 스페인 PLD 스페이스는 최대 150kg(330파운드)을 [24]궤도에 올릴 수 있는 저비용 발사체 미우라 1과 미우라 5의 개발을 목표로 하고 있다.

나노위성

2021년 8월[25] 현재 나노위성 발사, 계획, 예측

"나노위성" 또는 "나노샛"이라는 용어는 습기 질량이 1 ~ 10 kg(2.2 ~ 22.0 lb)[3][6][7]인 인공위성에 적용된다.이러한 유형의 설계와 제안된 설계는 개별적으로 발사될 수도 있고, 여러 개의 나노 위성이 함께 작동하거나 형성될 수도 있으며, 이 경우 "위성 군집"[26] 또는 "분절된 우주선"이라는 용어가 적용될 수도 있다.일부 설계에서는 지상 관제사와의 통신 또는 나노 위성과의 발사 및 도킹에 더 큰 "어머니" 위성이 필요합니다.2021년 [27][25]8월 현재 1600개 이상의 나노위성이 발사되었다.

큐브샛은[28] 10cm × 10cm × 10cm의 배수를 기반으로 한 큐브 형태로 만들어진 일반적인 나노 위성 [25]유형으로,[29] 단위당 질량은 1.33kg(2.9lb) 이하입니다.CubeSat 컨셉은 캘리포니아 폴리테크닉 주립대학과 스탠포드 대학의 공동 연구팀에 의해 1999년에 처음 개발되었으며, CubeSat 스타일의 나노 위성 발사를 계획하는 모든 사람이 사용할 수 있도록 이 [29]그룹이 사양을 유지하고 있습니다.

전자 기술의 소형화와 능력의 향상과 위성 별자리 사용의 지속적인 진보로 인해, 나노 위성은 이전에 마이크로 [30]위성이 필요했던 상업적 임무를 수행할 수 있는 능력이 점점 더 커지고 있다.예를 들어, 35개의 8kg(18lb)의 지구 촬영 위성 별자리를 사용하여 동일한 미션 비용으로 156kg(344lb)의 RapidEye 지구 촬영 위성 별자리를 대체할 수 있도록 6U CubeSat 표준이 제안되었습니다. 즉, 재방문 시간이 크게 증가하여 지구상의 모든 영역을 3시간마다 촬영할 수 있습니다.RapidEye 별자리의 24시간당 1회보다 더 많습니다.RapidEye 별자리의 목적이었던 재해 대응을 수행하는 국가에서는 보다 빠른 재방문 시간이 크게 개선되었습니다.또한 나노샛 옵션을 사용하면 더 많은 국가가 오프피크(비재해) 영상 데이터 [30]수집을 위해 자체 위성을 소유할 수 있습니다.비용이 절감되고 생산 시간이 단축됨에 따라 나노 위성은 기업에 [31]있어 점점 더 실현 가능한 사업이 되고 있습니다.

nanosatellite의 예:ExoCube (CP-10), ArduSat, SPROUT[32]

Nanosatellite 개발자와 제조사는 EnduroSat, GomSpace, NanoAvionics, NanoSpace, Spire,[33] Surrey Satellite Technology,[34] NovaWurks,[35] Dauria [36]Aerospace, Planet[34] [37]Labs 및 Reaktor를 포함합니다.

나노샛 시장

2014년 이전 10년간 나노위성 [25]발사는 75나노에 불과했다.2013년 11월부터 2014년 1월까지 3개월 동안 94나노at가 [34]발사되었을 때 발사 속도가 상당히 향상되었습니다.

나노위성 사용의 한 가지 도전은 그러한 작은 인공위성을 지구 저궤도 너머 어디든지 경제적으로 전달하는 것이었다.2014년 말, 먼 [38]소행성 탐사 등 지구 궤도를 벗어난 궤도에 나노위성 무리를 보내도록 특별히 설계된 대형 우주선에 대한 제안이 개발되었습니다.

나노위성 발사체

2010년대에 소형화와 민간 우주 비행 이니셔티브를 지원하기 위한 자본의 증액이라는 기술적 진보가 등장함에 따라, 다양한 소형 페이로드 NLV(Nanosatellite Launch Vehicle) 기술을 개발하는 기회를 모색하기 위해 몇몇 스타트업이 형성되었습니다.

제안되었거나 개발 중인 NLV에는 다음이 포함됩니다.

실제 NS 부팅:

  • NASA는 2013년 4월 21일 스마트폰을 기반으로 3개의 위성을 발사했다.2대의 전화기는 PhoneSat 1.0 사양을 사용하고, 3대의 전화기는 PhoneSat 2.0 베타[42] 버전을 사용하고 있습니다.
  • ISRO는 플록-2P 프로그램에 따라 2016년 6월 22일 14개의 나노위성을 발사했으며, 인도 대학용 2개, 미국용 12개를 발사했다.이 발사는 PSLV-C34 미션 중에 수행되었습니다.
  • ISRO는 2017년 2월 15일 103나노 위성을 발사했다.이 발사는 PSLV-C37 [43]임무 중에 수행되었습니다.

피코 위성

"피코위성" 또는 "피코샛"이라는 용어는 (마이크로 위성 시리즈와 혼동하지 말 것) 일반적으로 0.1 - 1 kg(0.22 ~ 2.2 lb)[6][7]의 습식 질량을 가진 인공 위성에 적용되지만 발사 [3]질량이 1 kg 미만인 위성을 가리키는 데 사용되기도 한다.다시 말하지만, 이러한 유형의 설계와 제안된 설계에는 일반적으로 여러 개의 피코 위성들이 함께 작동하거나 형성되어 있다(때로는 "무기"라는 용어가 적용되기도 한다.일부 설계에서는 지상 관제사와의 통신이나 피코 위성과의 발사 및 도킹에 더 큰 "어머니" 위성이 필요합니다.

피코위성(Picosatellite)은 DIY 키트빌더들의 새로운 대안으로 떠오르고 있습니다.피코 새틀라이트는 현재 0.1-1kg(0.22-2.2파운드)의 전체 범위에 걸쳐 상업적으로 이용 가능하다.발사 기회는 대략 탄산음료 [44]캔 크기인 1kg 미만의 피코샛 탑재물에 대해 12,000달러에서 18,000달러에 제공되고 있습니다.

펨토 위성

"펨토사틀라이트" 또는 "펨토사트"라는 용어는 일반적으로 습기 질량이 100g(3.5온스)[3][6][7] 미만인 인공위성에 적용된다.피코 위성처럼 일부 설계에서는 지상 관제사와의 통신을 위해 더 큰 "어머니" 위성이 필요합니다.

2011년 5월 우주왕복선 엔데버호를 타고 ISS에 3개의 시제품 "칩 위성"이 발사되었다.그들은 테스트를 [45]위해 ISS 외부 플랫폼 MISSE-8에 부착되었다.2014년 4월, 나노 위성 킥샛은 104 펨토 위성 크기의 칩샛(스프라이트)[46][47]을 발사할 목적으로 팔콘 9 로켓에 실려 발사되었다.이 경우, 5그램 펨토샛을 배치하지 않고는 온보드 클럭의 고장과 [48]배치 메커니즘이 2014년 5월 14일 대기권에 재진입하여 제시간에 배치를 완료할 수 없었습니다.썸샛은 2010년대 [49]후반에 펨토 위성 발사를 목표로 하는 또 다른 프로젝트이다.썸샛은 2017년 큐브캣과 최대 1000개의 초소형 [50][needs update]위성을 발사하기로 합의했다고 발표했다.

2019년 3월, 큐브샛 킥샛-2는 "칩샛"이라 불리는 105개의 펨토사트를[clarification needed] 지구 궤도에 배치했다.인공위성은 3일 동안 시험되었고, 그 후 대기권에 재진입하여 [51]불태워졌다.

기술적인 과제

소형 위성은 대개 혁신적인 추진력, 자세 제어, 통신 및 계산 시스템을 필요로 한다.

대형 인공위성은 보통 추진과 자세 제어를 위해 모노로플란트 또는 2로플란트 연소 시스템을 사용한다. 이러한 시스템은 복잡하고 열을 방출하기 위해 표면적을 최소의 부피가 필요하다.이러한 시스템은 더 큰 소형 위성에 사용될 수 있는 반면, 다른 마이크로/나노 위성은 전기 추진, 압축 가스, 부탄이나 이산화탄소 같은 기화성 액체 또는 단순하고 저렴하며 확장 가능한 다른 혁신적인 추진 시스템을 사용해야 합니다.

소형 위성은 UHF, VHF, S-밴드 및 X 대역에서 기존의 무선 시스템을 사용할 수 있지만, 대형 위성에 비해 최신 기술을 사용하여 소형화된 경우가 많습니다.나노 위성이나 소형 마이크로 위성 같은 작은 위성은 기존의 대형 무선 트랜스폰더에 대한 전력 공급이나 질량이 부족할 수 있으며, 레이저 수신기, 안테나 어레이 및 위성 간 통신 네트워크와 같은 다양한 소형화 또는 혁신적인 통신 시스템이 제안되어 왔다.이들 중 실제로 증명된 것은 거의 없다.

전자기기는 우주환경(진공, 미소중력, 열극치 및 방사선 피폭)에 대해 "공간 경화"되거나 내성이 있도록 엄격하게 테스트 및 수정되어야 합니다.소형화된 위성을 통해 테스트 비용을 절감하면서 새로운 하드웨어를 테스트할 수 있습니다.게다가 미션의 전체적인 비용 리스크가 훨씬 낮기 때문에 리스크에 대한 욕구가 적은 대규모, 고비용 미션에 사용할 수 있는 것보다 더 최신이지만 공간적으로 입증된 기술을 마이크로 및 나노샛에 통합할 수 있습니다.

충돌 안전성

소형 위성은 지상 레이더로는 추적이 어렵기 때문에 다른 위성과 충돌할지, 사람이 탑승한 우주선과 충돌할지 예측하기 어렵다.미 연방통신위원회는 이러한 안전상의 [52]이유로 최소 한 개의 소형 위성 발사 요청을 거부했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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