För ett decennium sedan, medan han fortfarande doktorerade. student vid Cornell University, Zac Manchester föreställde sig att bygga satelliter i chip-skala som skulle kunna samarbeta för att studera jorden eller utforska rymden. Den 3 juni, när NASA Ames Research Center tillkännager den framgångsrika utplaceringen av den största svärmen av ChipSats i historien, Manchester, nu biträdande professor vid Stanford, föreställer sig redan framtiden för denna teknik.

"Det här är som PC-revolutionen för rymden, sa Manchester, som började på flyg- och astronautikfakulteten förra året. "Vi har visat att det är möjligt för svärmar av billiga, små satelliter för att en dag utföra uppgifter som nu utförs av större, dyrare satelliter, vilket gör det överkomligt för nästan vem som helst att sätta instrument eller experiment i omloppsbana."

Manchesters team satte ut 105 ChipSats i låg omloppsbana om jorden den 18 mars och, nästa dag, upptäckte signalerna de skickade till varandra, visa sin förmåga att kommunicera som grupp, en förutsättning för att fungera som en svärm. Sen den tiden, forskarna har arbetat med NASA för att slutföra den första fasen av analysen av uppdragsdata.

Liten och billig

Varje ChipSat är ett kretskort något större än ett frimärke. Byggd för under $100 styck, varje ChipSat använder solceller för att driva sina väsentliga system:radion, mikrokontroller och sensorer som gör att varje enhet kan lokalisera och kommunicera med sina kamrater. I framtiden, ChipSats kan innehålla elektronik skräddarsydd för specifika uppdrag, sa Manchester. Till exempel, de kan användas för att studera vädermönster, djurvandringar eller andra terrestra fenomen. Tillämpningar för rymdfart kan innefatta kartläggning av ytegenskaper eller inre sammansättning av asteroider eller månar som kretsar kring andra planeter.

"Den största kostnaden för rymdutforskning är uppskjutningen, och vi försöker skapa den minsta, lättaste satellitplattform som kan utföra användbara uppgifter, " sa Manchester.

ChipSats var prototyper designade för det enda syftet att kretsa runt jorden i några dagar innan de brann upp när de återinträdde i atmosfären. Men data från detta experiment – ​​den största samtidiga utbyggnaden av de minsta fungerande satelliterna som någonsin byggts – bidrog till att validera Manchesters mål att ta nästa steg i miniatyriseringen av satellitteknik.

Ända sedan Sputnik lanserades 1957, nationer – och senare företag – har tävlat för att sätta satelliter i omloppsbana för både militära och civila ändamål. Dock, för $10, 000 för att sätta ett pund nyttolast i rymden, lanseringskostnaderna har alltid utgjort ett enormt hinder för inträde. Men 1999 inträffade ett genombrott när forskare vid Stanford och California Polytechnic State University definierade och populariserade CubeSat:ett ljus, 4-kubiktumsbehållare som skulle kunna bära ett småskaligt vetenskapligt uppdrag. CubeSats passade perfekt med NASA:s mål att utveckla mindre, billigare uppdrag för att ge fler forskare en chans att slå kostnadsbarriären och skicka experiment ut i rymden.

Vägen till framgång

År 2009, medan han studerade med Cornell professor Mason Peck, Manchester föreställde sig hur man konstruerar den elektroniska essensen av en satellit till en enhet som är ännu billigare och lättare att bygga än en CubeSat. Under 2011, han crowdfundade sitt projekt genom att lägga det på Kickstarter.com, snabbt samla in cirka $75, 000 från 315 bidragsgivare, och vad han från början kallade KickSat-projektet föddes. "Jag vill göra det enkelt och överkomligt nog för alla att utforska rymden" var hur Manchester uttryckte det då.

Ända sedan han har fullföljt denna vision genom forskningsuppdrag vid Harvard och NASA Ames innan han kom till Stanford. Han har haft besvikelser. Under 2014, Manchesters första KickSat-projekt lanserades i rymden med 100 ChipSats, men ett fel fick experimentsatelliterna att återinträda i atmosfären och brinna upp innan de kunde sättas in.

Oförskräckt, Manchester och medarbetare på Cornell, Carnegie Mellon och NASA Ames designade om ChipSats för det senaste uppdraget. De packade 105 ChipSats i ett CubeSat moderskepp som heter KickSat-2, som lanserades till den internationella rymdstationen den 17 november. I månader väntade Manchester på NASA:s grönt ljus för att distribuera ChipSats inuti Kick-Sat-2 i låg omloppsbana runt jorden.

Det ögonblicket kom äntligen, när utplaceringskommandona sändes från 60-fotsfatet bakom Stanford campus. Ytterligare en orolig dag gick innan Manchester fick veta att den känsliga parabolantennen hade upptäckt de svaga signalerna från ChipSats, vilket innebar att de var i drift. Manchester arbetade med kollaboratörer runt om i världen för att spåra ChipSats när de överförde data tills de kom in i atmosfären igen och brann upp den 21 mars.

Uppmuntrad av denna framgång, Manchester sa att han kommer att fortsätta arbeta mot en nära framtid där studenter, amatörer och medborgarforskare runt om i världen kan bygga och lansera sina egna små satellituppdrag lika enkelt som de nu kan flyga en drönare.