Primo di molti CubeSat schierati dalla Stazione Spaziale Internazionale dalla società NanoRacks nel febbraio 2014. Il sistema di spiegamento Nanoracks contenente uno o più CubeSat al suo interno viene posizionato attraverso la camera di equilibrio del modulo Kibo di JAXA. Da qui il braccio robotico del modulo, il sistema di manipolazione remota del modulo sperimentale giapponese, posiziona il dispiegatore per un orientamento sicuro lontano dalla stazione per il dispiegamento. Attestazione:Nanoracks
Questo mercoledì 12 febbraio, L'ultima missione dell'ESA entrerà nel vuoto dello spazio, non a bordo di un razzo ma venendo rilasciato dalla Stazione Spaziale Internazionale. Il primo compito del Qarman CubeSat delle dimensioni di una scatola da scarpe è semplicemente cadere. Mentre le tipiche missioni spaziali resistono al decadimento orbitale, Qarman andrà alla deriva di mese in mese finché non rientrerà nell'atmosfera, a quel punto raccoglierà una grande quantità di dati sulla fisica infuocata del rientro.
Tecnicamente il "QubeSat per la ricerca e le misurazioni aerotermodinamiche sull'ablazione" dell'ESA, Qarman, raggiunto l'orbita il 5 dicembre, volando come cargo sulla capsula Dragon di SpaceX verso la ISS. Il nanosatellite è un CubeSat composto da scatole standardizzate da 10 cm:con soli 30 cm di lunghezza si monta facilmente a bordo, stivato all'interno del Nanoracks CubeSat Deployment System commerciale.
Ma mercoledì arriva il prossimo balzo da gigante dell'ambiziosa mini-missione. L'astronauta Andrew 'Drew' Morgan prenderà il dispiegatore Nanoracks e lo posizionerà attraverso la camera di equilibrio del modulo giapponese Kibo. Da qui il braccio robotico del modulo, il Japanese Experimental Module Remote Manipulator System, posizionerà il deployer per un orientamento sicuro lontano dalla stazione, poi Qarman sarà sparato nello spazio.
"Da lì pensiamo che ci vorranno circa sei mesi per rientrare nell'atmosfera, per scoprire con quanta precisione possiamo prevedere il decadimento orbitale di Qarman è parte del motivo per cui stiamo volando la missione, rilevanti per lo studio dei detriti spaziali, " spiega il prof. Olivier Chazot, dirigendo il dipartimento aeronautico/aerospaziale dell'Istituto Von Karman in Belgio. Questo centro di eccellenza sponsorizzato a livello internazionale per la fluidodinamica ha sviluppato la missione Qarman in collaborazione con gli specialisti tecnici dell'ESA nella Direzione della Tecnologia, Ingegneria e qualità presso ESTEC nei Paesi Bassi.
Un CubeSat a tre unità che dovrebbe essere distribuito dalla Stazione Spaziale Internazionale, Qarman è stato progettato per l'ESA dal Von Karman Institute belga. Il suo nome sta per QubeSat per ricerca aerotermodinamica e misurazioni sull'ablazione, la missione utilizzerà la temperatura interna, sensori di pressione e luminosità per raccogliere dati preziosi sulle condizioni estreme di rientro mentre i suoi bordi d'attacco sono avvolti da plasma rovente. La parte anteriore dal naso smussato di Qarman contiene la maggior parte dei suoi sensori, protetto da uno scudo termico a base di sughero. Il CubeSat dovrebbe sopravvivere al suo rientro, anche se non la sua successiva caduta sulla Terra - rendendo imperativo che i suoi risultati lo riportino indietro nel tempo intermedio, utilizzando la rete satellitare commerciale Iridium. Credito:Dott. Gilles Bailet, Università di Glasgow
La forma segue la funzione:il caratteristico profilo simile a un volano di Qarman, con il suo quartetto di pannelli ricoperti da pannelli solari dispiegabili, è progettato per aumentare la resistenza atmosferica sul piccolo CubeSat, affrettando la sua caduta sulla Terra.
"Quindi, una volta avviato il processo di rientro, a circa 90 km di altitudine, questi pannelli manterranno stabile l'orientamento del satellite, riducendo al minimo eventuali cadute, " aggiunge il prof. Chazot.
"Per la massima stabilità abbiamo bisogno di avere il baricentro davanti e il baricentro dietro, e dispiegando i pannelli si sposta il centro di pressione all'indietro.
"Questo aiuterà a concentrare il riscaldamento sul naso quadrato di Qarman, che è fatto di sughero, non il tipo che trovi nelle bottiglie di champagne ma una varietà aerospaziale accuratamente su misura, fornito dalla società portoghese Amorim e utilizzato in numerosi sistemi di protezione termica di veicoli spaziali."
La prossima missione CubeSat dell'ESA ha visto resistere il caldo torrido del rientro atmosferico simulato all'interno della più grande galleria del vento al plasma del mondo. Dotato di uno scudo termico a base di sughero, pareti laterali in titanio e pannelli dispiegabili in carburo di silicio, il CubeSat Qarman (QubeSat for Aerothermodynamic Research and Measurements on Ablation) è sopravvissuto a sei minuti e mezzo di test all'interno della galleria del vento al plasma Scirocco in Italia. Un getto ad arco che utilizza fino a 70 megawatt di potenza - sufficienti per illuminare una città di 80.000 persone - converte l'aria in plasma caldo a temperature di diverse migliaia di gradi Celsius, che sfrecciò verso Qarman a sette volte la velocità del suono. Credito:Agenzia spaziale europea
Quando il sughero si riscalda, il materiale si gonfia per la prima volta, poi i carboni poi finalmente si sfaldano, portando via con sé il calore indesiderato. È questo processo di "ablazione" che il team di Qarman vuole studiare.
"L'ablazione è un metodo di protezione termica collaudato, utilizzato ad esempio dal veicolo sperimentale intermedio dell'ESA, IXV, " afferma il prof. Chazot. "Verificheremo la nostra comprensione classica del processo rispetto alla realtà osservata utilizzando termocoppie, sensori di pressione e anche uno spettrometro incorporato sotto il tappo nel naso di Qarman. Guardando fuori con una piccola telecamera saremo in grado di misurare gli spettri della radiazione di flusso nello strato d'urto e le specie emesse dal sughero in fiamme".
La stabilità fornita dai pannelli laterali di Qarman e dal centro di gravità anteriore dovrebbe anche consentire al CubeSat di trasmettere i suoi risultati ai satelliti per telecomunicazioni commerciali Iridium, pianificando di trasmettere circa 20 minuti di dati di rientro in tre-cinque minuti.
Un CubeSat a tre unità che dovrebbe essere distribuito dalla Stazione Spaziale Internazionale, Qarman è stato progettato per l'ESA dal Von Karman Institute belga. Il suo nome sta per QubeSat per ricerca aerotermodinamica e misurazioni sull'ablazione, la missione utilizzerà la temperatura interna, sensori di pressione e luminosità per raccogliere dati preziosi sulle condizioni estreme di rientro mentre i suoi bordi d'attacco sono avvolti da plasma rovente. La parte anteriore dal naso smussato di Qarman contiene la maggior parte dei suoi sensori, protetto da uno scudo termico a base di sughero. Il CubeSat dovrebbe sopravvivere al suo rientro, anche se non la sua successiva caduta sulla Terra - rendendo imperativo che i suoi risultati lo riportino indietro nel tempo intermedio, utilizzando la rete satellitare commerciale Iridium. Credito:ESA–F. Zonno
Un "kit di sopravvivenza" interno contenente strumenti ed elettronica e rivestito con una matrice protettiva in carbonio ceramico con protezione in aerogel probabilmente sopravviverà al rientro ma non verrà recuperato, molto probabilmente sguazzare in mare.
"Abbiamo avuto un ruolo in molti programmi ESA, come l'IXV, il prossimo veicolo spaziale riutilizzabile Space Rider, così come i lanciatori Vega-C e Ariane 6, " nota il prof. Chazot, "ma fino ad ora ci siamo concentrati sul lato della modellazione e della simulazione sperimentale.
"Questo tipo di test non può dirti tutto ciò che vogliamo sapere, tuttavia, per convalidare davvero i nostri codici e comprendere la realtà della fisica coinvolta, abbiamo bisogno di volare effettivamente nello spazio.
"L'idea di progettare il nostro CubeSat è nata durante l'esecuzione del programma QB50 guidato dalla Commissione europea, che era una rete CubeSat internazionale per eseguire ricerche sulla bassa atmosfera e sul rientro. Abbiamo progettato e costruito l'intera missione, acquistare in parti e perizie secondo necessità, con un prezioso supporto tecnico e organizzativo proveniente dall'ESA. Come follow-up siamo interessati a progettare una missione di rientro "scatola nera" recuperabile".
