V-R3x CubeSats genomgår ett funktionellt prestandatest i ett labb vid NASAs Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley. Kredit:NASA/Ames Research Center/Dominic Hart
Ett NASA-uppdrag som planeras för uppskjutning på fredag kommer att placera tre små satelliter i låg omloppsbana om jorden, där de kommer att visa hur satelliter kan spåra och kommunicera med varandra, skapar förutsättningar för svärmar av tusentals små satelliter som kan samarbeta och självständigt.
Zac Manchester, en biträdande professor vid Carnegie Mellon Universitys Robotics Institute och uppdragets huvudutredare, sa små satelliter har vuxit i popularitet under de senaste 10 åren, eftersom vissa företag redan lanserar hundratals i omloppsbana för att utföra uppgifter som jordavbildning och väderprognoser.
Dessa satelliter styrs nu individuellt från marken. När svärmar växer sig större och mer sofistikerade, Manchester noterade, de kommer att behöva svara på kommandon nästan som en enda enhet. Det nya uppdraget, dubbad V-R3x, kommer att testa tekniker som kan göra det möjligt.
"Det här uppdraget är en föregångare till mer avancerad svärmningskapacitet och autonom formationsflygning, " sa Manchester.
NASA är också intresserad av att använda svärmar av små satelliter bortom jorden. Svärmar av satelliter runt månen, till exempel, skulle kunna tillhandahålla kommunikations- och navigeringshjälp för månutforskning, inklusive NASA:s Artemis-program. Det kommer att vara viktigt att utomjordiska svärmar fungerar autonomt, sa Manchester.
Max Holliday, en doktorand vid Stanford, rymmer en av de tre små satelliterna som kommer att skjutas upp i omloppsbana. Kredit:Carnegie Mellon University
V-R3x, ett NASA Small Spacecraft Technology-program finansierat teknikdemonstrationsuppdrag, implementeras av en liten, en dedikerad grupp ingenjörer känd som Payload Accelerator for CubeSat Endeavors (PACE) vid NASA:s Ames Research Center i Silicon Valley. Gruppen strävar efter att designa, utveckla och flyga rymdexperiment snabbt och mer kostnadseffektivt.
V-R3x kommer att distribuera tre så kallade CubeSats i låg omloppsbana om jorden. Dessa standardiserade 10-centimeterskuber väger vardera cirka ett kilogram och, en gång utplacerad, kommer att bilda ett mesh-nätverk, utbyter radiosignaler när de sakta glider isär under en period på tre till fyra månader.
Satelliterna kommer också att vara utrustade med speciella S-bandsradio som kan avstånd från flygtiden. Det är, de kan mäta hur lång tid det tar för en radiosignal att resa till en annan satellit och studsa tillbaka. Den signalens flygtid kan sedan användas för att beräkna avståndet mellan de två satelliterna inom en halv meter.
De tre satelliterna kommer att skjutas upp ombord på en SpaceX Falcon 9 från Cape Canaveral, Florida. Som ett bevis på små satelliters popularitet, denna flygning kommer att vara en "rideshare" som kommer att bära dussintals mikrosatelliter och nanosatelliter för en mängd olika kommersiella och statliga kunder.
Manchester, som gick med i CMU:s Robotics Institute i september förra året, tänkte på uppdraget medan han var biträdande professor i flygteknik och astronautik vid Stanford University. Hans doktorand vid Stanford, Max Holliday, gjorde mycket av CubeSat-konstruktionen i sitt kök på grund av covid-19-pandemin. En CMU Ph.D. student i robotik, Kevin Tracy, har utvecklat mjukvara för experimentet.
Anh Nguyen, projektledare för V-R3x-uppdraget vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley, utför ett laddningsverifieringstest av V-R3x CubeSats laddade i en Mercury-3 CubeSat-dispenser från Maverick Space Systems Inc. i ett labb i Ames. Kredit:NASA/Ames Research Center/Dominic Hart
"Det ser ut som att det finns en ljus framtid här för den här typen av saker, "Manchester sa om CMU, hänvisar till två CMU lunar rovers som nu väntar på uppskjutningar och annan rymdrelaterad forskning som pågår vid universitetet och i Pittsburgh.
Även om hans egen utbildning är inom flygteknik - V-R3x är det tredje rymduppdraget för vilket han har tjänstgjort som huvudutredare - Manchester betonade att det är helt vettigt att gå med i Robotics Institute på grund av den överlappning som finns med robotik.
"Rymdfarkoster är robotar, för, " han sa.
V-R3x CubeSats kommer att placeras i en polär bana, vilket betyder att de kommer att passera Pittsburgh ungefär två gånger om dagen, 12 timmars mellanrum. Manchester sa att han hoppas kunna sätta upp en markstation vid CMU för att kommunicera med satelliterna, även om han erkände att ingen av markstationerna som används för uppdraget har så mycket att göra.
"Satellitterna kommer att vakna upp och göra sin grej självständigt, " förklarade han. "Vi måste främst se till att vi får deras data nedladdade."
