CubeSat仕様はいくつかの高レベルの目標を達成しています。 衛星を小型化する主な理由は、配備コストを削減することです：それらは、より大きな打ち上げ機の過剰容量を使用して、多くの場合、倍数での打ち上げに適しています。 CubeSatの設計はとりわけ進水車およびペイロードの残りに危険を最小にする。 ランチャー–ペイロードインターフェイスのカプセル化は、ピギーバック衛星とそのランチャーを交配するために以前に必要とされていた作業の量を取り ペイロードとランチャー間の統一により、ペイロードの迅速な交換と短期間の打ち上げ機会の利用が可能になります。
標準的なCubesatは単位ごとの1.33kg（2.9lb）以下重量を量っている間10×10×11.35cmの単位から10×10×10cmか有用な容積の1リットルを提供するように 最小の標準サイズは1Uであり、3U+は長軸を中心とした直径6.4cmの円筒を縦に積み重ねた三つのユニットで構成され、一方の面を3.6cm延長している。 航空宇宙企業は、放射線測定と技術実証のために0.5Uの二つの小さなフォームCubesatを構築し、発売しました。
ほぼすべてのCubesatは10×10cm（長さに関係なく）であるため、Cal Polyによって開発および構築されたPoly-PicoSatellite Orbital Deployer（P-POD）と呼ばれる共通の展開システムを使用して、すべての発射および展開することができます。
CubeSatの設計仕様では、電子機器のフォームファクタや通信プロトコルは指定されていないか、または必要とされていませんが、COTSハードウェアは、多くの人がCubeSatの電子機器の標準として扱う特定の機能を一貫して利用してきました。 ほとんどのベビーベッドとカスタム設計された電子機器はPc/104の形に適合していたが、これはCubeSats用に設計されていなかったが、宇宙船の容積の大部分を占有することを可能にする90×96mmのプロファイルを提示した。 技術的には、PCI-104形式は使用されるPC/104の変種であり、使用される実際のピン配置はPCI-104規格で指定されたピン配置を反映していません。 ボード上のスタックスルーコネクタは、簡単なアセンブリと電気インターフェイスを可能にし、CubeSat電子ハードウェアのほとんどのメーカーは同じ信号配置に保持しますが、一部の製品はそうではないため、損傷を防ぐために一貫した信号と電源配置を確保するように注意する必要があります。
デバイスが存在する放射線に耐えられるように、電子機器の選択に注意を払う必要があります。 大気の再突入がわずか数日または数週間で発生する非常に低い地球軌道（LEO）では、放射線はほとんど無視でき、標準的な消費者グレードの電子機器を使 消費者の電子機器は、単一のイベントの混乱（SEU）の可能性が非常に低いため、その時間のためにレオ放射線を生き残ることができます。 数ヶ月または数年続く持続的な低地球軌道の宇宙船は危険にさらされており、照射された環境で設計され、試験されたハードウェアのみを飛行させる。 低地球軌道を超えて、または長年にわたって低地球軌道に残っているミッションは、放射線硬化装置を使用する必要があります。 昇華，アウトガス，および金属ウィスカの影響による高真空中での動作についてさらに考慮した。
このような小型衛星を質量に基づいて分類するために、さまざまな分類が使用されています。 1U CubeSatsはpicosatellitesのジャンルに属しています。
- ミニサテライト(100–500kg)
- マイクロサテライト(10–100kg)
- ナノサテライト(1-10kg)
- ピコサテライト(0.1-1kg)
- フェムトサテライト(0.01-0.1キロ)
近年、より大きなCubeSatプラットフォーム、最も一般的には6U（10×20×30cmまたは12×24×36cm）および12U（20x20x30cmまたは24x24x36cm）が開発され、cubesatの機
2014年に2機の6U Perseus-M Cubesatが海上監視のために打ち上げられましたが、これは当時最大のものでした。 2018年の火星へのインサイトランダーの打ち上げには、マーズ-キューブ-ワン（Mars Cube One）と呼ばれる2つの6U Cubesatが含まれていた。
ほとんどのCubesatは、主要なミッションのペイロードとして一つまたは二つの科学機器を運びます。
StructureEdit
結合ユニットの数は、Cubesatのサイズを分類し、CubeSatの設計仕様に従って、0.5U、1U、1.5U、2U、または3Uのフォームに合わせて一つの軸に沿ってスケーラブルであり、CubeSatの標準サイズはすべて構築され、発売されており、2015年現在、ほぼすべての発売されたCubesatのフォームファクタを表している。 構造体に使用される材料は、ジャミングを防止するために、展開器と同じ熱膨張係数を特徴とする必要があります。 具体的には、許可された材料は、7075、6061、5005、および5052の4つのアルミニウム合金である。 Pポッドに接触する構造体に使用されるアルミニウムは、冷間溶接を防止するために陽極酸化されなければならず、免除が得られた場合、他の材料 冷たい溶接を越えて、それ以上の考察は物質的な選択にすべての材料が真空で使用することができないので入ります。 構造は、多くの場合、p-ポッド内の他のCubeSatsに影響を与える影響を軽減するために、通常はゴム製の各端部に柔らかいダンパーを備えています。
最大寸法を超える突起は、標準仕様では各辺を超えて最大6.5mmまで許容されています。 どの突起も配置の柵と干渉しないかもしれないし、アンテナおよび太陽電池パネルによって普通占められる。 CubeSat設計仕様のリビジョン13では、3Uプロジェクトで使用するために余分な利用可能なボリュームが定義されました。 追加のボリュームは、通常、P-POD Mk IIIのスプリング機構に無駄なスペースによって可能になります。 スペースを利用する3U Cubesatは3U+と示され、CubeSatの一方の端部を中心とする円筒形の容積に部品を配置することができる。 円柱スペースに3Uの4つのkgの最高を越える固まりの増加を可能にしていない間6.4cmおよび3.6cmより大きくない高さの最高の直径がない。 推進システムとアンテナは、ペイロードがこのボリュームに拡張することがありますが、追加のボリュームを必要とする可能性があり、最も一般的なコンポーネ 次元および多くの条件からの偏差は進水のサービスプロバイダとの適用そして交渉の後で放棄することができる。
CubeSatの構造は、打ち上げ中に構造的にそれらをサポートする配備者の追加の利点を持っているので、より大きな衛星と同じ強度の懸念を持っていません。 それでも、いくつかのCubeSatsは、p-PODによってサポートされていないコンポーネントが打ち上げを通じて構造的に健全なままであることを確認するために、振動解析や構造解析を受けます。 大きな衛星が行うことはめったに解析を受けていないにもかかわらず、CubeSatsは機械的な問題のためにめったに失敗しません。
ComputingEdit
大型衛星と同様に、CubeSatsは姿勢制御（向き）、電力管理、ペイロード操作、一次制御タスクなど、異なるタスクを並行して処理する複数のコンピュータを備えていることが多い。 COTS姿勢制御システムは、通常、電力管理システムと同様に、独自のコンピュータを含みます。 ペイロードは、時には別の小型コンピュータの使用を必要とする、有用であるために、プライマリコンピュータとのインターフェイ これは、限られた通信プロトコルでペイロードを制御するプライマリコンピュータの能力の制限、生のデータ処理によるプライマリコンピュータの過負荷を防ぐため、または通信などの宇宙船の他のコンピューティングニーズによってペイロードの動作が中断されないようにするためである可能性がある。 それでも、一次コンピュータは、画像処理、データ分析、およびデータ圧縮を含むことができるペイロード関連のタスクのために使用され得る。 プライマリコンピュータが通常処理するタスクには、他のコンピュータへのタスクの委任、姿勢制御（向き）、軌道操縦の計算、スケジューリング、および能動熱制御部品の活性化が含まれる。 CubeSatコンピュータは放射線の影響を非常に受けやすく、建築者はECC RAMの使用のようなスペースの高い放射の適切な操作を、保障するために特別なステップ いくつかの衛星は、複数のプライマリコンピュータを実装することにより、冗長性を組み込むことができ、これはミッションの失敗のリスクを軽減す NASAのPhoneSatsのようないくつかのCubeSatsでは、消費者のスマートフォンが計算に使用されています。
CubeSatsの姿勢制御（向き）は、大幅な性能低下なしに小型化技術に依存しています。 タンブリングは、通常、非対称の展開力と他のCubesatとの衝突により、CubeSatが展開されるとすぐに発生します。 いくつかのCubesatはタンブリング中に正常に動作しますが、特定の方向を指す必要があるか、回転中に安全に動作できないものは、デタンブルする必要が 姿勢の決定および制御を行うシステムは反作用の車輪、magnetorquers、スラスター、星の追跡者、太陽センサー、地球センサー、角速度センサーおよびGPSの受信機およびアンテナを これらのシステムの組み合わせは、典型的には、各方法の利点を取り、その欠点を軽減するために見られる。 反応車輪は、一般的に、任意のエネルギー入力に対して比較的大きなモーメントを与える能力のために利用されるが、反応車輪の有用性は、車輪がより速く回転することができない点である飽和のために制限される。 CubeSat反応車輪の例としては、メリーランド-エアロスペースMAI-101やシンクレア-インタープラネタリー RW-0.03-4がある。 反作用の車輪はスラスターかmagnetorquersの使用と不飽和にすることができる。 スラスタは、宇宙船にカップルを与えることによって大きな瞬間を提供することができますが、小さな推進システムの非効率性は、スラスタが急速に燃料を使い果たす原因となります。 一般的にほぼすべてのCubeSatsで見つかった回転モーメントを生成するために地球の磁場を利用するためにソレノイドを介して電気を実行するmagnetorquersです。 姿勢制御モジュールおよび太陽電池パネルは普通作り付けのmagnetorquersを特色にする。 離反するだけのCubeSatsでは、角速度センサーや電子ジャイロスコープを超えた姿勢決定方法は必要ありません。
特定の方向を指すことは、地球観測、軌道操縦、太陽光発電の最大化、およびいくつかの科学機器に必要です。 指向性の正確さは、地球とその地平線、太陽、または特定の星を感知することによって達成することができます。 Sinclair InterplanetaryのSS-411sun sensorとST-16star trackerはどちらもCubeSats用のアプリケーションを持っており、飛行遺産を持っています。 パンプキンのコロニー Iバスは、受動的な姿勢安定のために空力翼を使用しています。 CubeSatの位置の決定は、CubeSatのために比較的高価であるオンボードGPSの使用を介して、または地球ベースの追跡システムから航空機にレーダー追跡データを中継するこ
PropulsionEdit
CubeSat propulsionは、冷たいガス、化学推進、電気推進、太陽帆などの技術を急速に進歩させました。 CubeSat推進の最大の課題は、ロケットとその主要ペイロードへのリスクを防止しながら、依然として重要な能力を提供することです。 大型衛星で一般的に使用されている部品や方法は許可されていないか制限されており、CubeSat Design Specification(CDS)は1以上の加圧の権利放棄を必要としています。貯えられた化学エネルギーの100Wh上の2つの標準的な大気、および危険物。 典型的な宇宙推進システムは、高圧、高エネルギー密度、および有害物質の組み合わせを利用するため、これらの制限はCubeSat推進システムにとって大きな課題 打ち上げサービスプロバイダーによって定められた制限を超えて、様々な技術的課題は、さらにCubeSat推進の有用性を低下させます。 ジンバル推力はジンバル機構の複雑さのために小型エンジンでは使用できないが、スラストベクタリングは、代わりに複数ノズル推進システムで非対称に推力を行うか、作動部品でCubeSatの形状に対する質量中心を変更することによって達成されなければならない。 小型モーターはまた、ランデブーなどの精密な操縦に重要な推力よりも小さいことを可能にするスロットル方法の余地を持たない場合があります。 長い寿命を必要とするcubesatはまた、推進システムの恩恵を受ける、推進システムを維持する軌道に使用すると、軌道減衰を遅らせることができます。
冷たいガスのthrustersEdit
冷たいガスのthrustersは通常加圧タンクで窒素のような不活性ガスを、貯え、推力を作り出すためにノズルを通してガスを解放します。 操作は冷たいガスに最も簡単で有用な推進力の技術をするほとんどのシステムのちょうど単一弁によって扱われる。 冷間ガス推進システムは、使用されるガスが揮発性または腐食性である必要がないため、非常に安全ですが、二酸化硫黄などの危険なガスを特徴とす 不活性ガスを使用するこの能力は、通常は危険物から制限されているため、CubeSatsにとって非常に有利です。 残念なことに、低性能のみを達成することができ、低質量Cubesatでも高いインパルス操縦を防止することができます。 この低性能のために、主推進のためのCubeSatsでの使用は限られており、設計者はより高い効率システムを選択し、複雑さはわずかに増加します。 冷たいガスシステムはCubeSatの姿勢制御の使用をより頻繁に見る。
化学推進edit
化学推進システムは、化学反応を使用して、ノズルから加速する高圧、高温ガスを生成します。 化学推進剤は、液体、固体または両方のハイブリッドすることができます。 液体推進剤は、触媒を通過する単推進剤、または酸化剤および燃料を燃焼させる二推進剤であり得る。 モノプロペラントの利点は、比較的低複雑度/高推力出力、低電力要件、および高い信頼性です。 単プロペラモーターは比較的単純でありながら高い推力を有する傾向があり、高い信頼性を提供する。 これらのモーターは簡易性がそれらが非常に小さいようにするので低い電力の条件によるCubeSatsのために実用的であり。 小型のヒドラジン燃料モーターが開発されているが、CubeSat設計仕様に記載されている有害化学物質の制限のために飛行する権利放棄を必要とする場合があ 有害化学物質の免除を必要としないより安全な化学推進剤が開発されており、AF-M315（硝酸ヒドロキシルアンモニウム）のようにモーターが設計されている。 “水電解スラスター”は、水の軌道上の電気分解によって生成される水素と酸素を燃やすため、技術的には化学推進システムです。
CubeSatの電気推進力は普通高い比推力で起因する高速に推進剤を加速するのに電気エネルギーを使用します。 これらの技術の多くは、ナノサテライトで使用するのに十分に小さくすることができ、いくつかの方法が開発されています。 現在、キューブサットで使用するために設計されている電気推進の種類には、ホール効果スラスタ、イオンスラスタ、パルスプラズマスラスタ、エレクトロスプレイスラスタ、レジストジェットなどがある。 NASAのLunar IceCubeなど、いくつかの注目すべきCubeSatミッションでは、電気推進を使用する予定です。 電気推進に関連する高効率は、CubeSatsが火星に自分自身を推進することを可能にすることができます。 電気推進システムは、より大きな太陽電池、より複雑な電力分配、および多くの場合、より大きな電池を有することをCubeSatが必要とする電力のそれらの使 さらに、多くの電気推進方法では、推進剤を貯蔵するために加圧タンクが必要な場合がありますが、これはCubeSatの設計仕様によって制限されています。
ESTCube-1は、固体材料の代わりにセイルとして機能する電磁場に依存する電気太陽風セイルを使用しました。 この技術は、推力を生成するために太陽風から陽子をそらすために電界を使用しました。 それは技術が作動するために電気を供給するだけでよいという点で電気力学のテザーに類似しています。
ソーラーセイル編集
ソーラーセイル（光セイルまたは光子セイルとも呼ばれる）は、星からの放射圧（太陽圧とも呼ばれる）を用いて、大型の超薄型ミラーを高速に押し込む宇宙船の推進の一形態であり、推進剤を必要としない。 太陽帆からの力は帆の区域と、これ作るある特定の太陽帆の区域のためのより大きい加速の小さい固まりの結果としてCubeSatsの使用のために帆をうってつけに量る。 しかし、太陽の帆はまだ衛星と比較して非常に大きくする必要があり、有用な太陽の帆を展開しなければならず、機械的な複雑さと潜在的な故障の源を追加しなければならないことを意味します。 この推進方法は高圧、危険物、または重要な化学エネルギーを要求しないのでCubeSatの設計指定によって置かれる制限に悩まされない唯一のものである。 2010年に打ち上げられた3U NanoSail-D2や2015年に打ち上げられたLightSail-1など、深い宇宙での主な推進力と安定性としてソーラーセイルを採用したCubesatはほとんどありません。
CubeSailは現在、2つのCubesatの間に延長された260メートル（850フィート）、20m2（220平方フィート）のソーラーセイルリボンを軌道上でテストしており、UltraSail heliogyroと呼ばれるはるかに大 LightSail-2は2019年にFalcon Heavy rocketに配備され、2021年にSpace Launch Systemの初飛行（Artemis1）で打ち上げられる予定の少なくとも1つのCubeSatはsolar sail：Near-Earth Asteroid Scout（NEA Scout）を使用する予定です。
CubeSatsは太陽電池を使用して太陽光を電気に変換し、日食時やピーク負荷時に電力を供給する充電式リチウムイオン電池に貯蔵します。 これらの衛星は、太陽電池組立のために外壁に限られた表面積を有し、アンテナ、光センサ、カメラレンズ、推進システム、アクセスポートなどの他の部品と効果的に共有する必要があります。 リチウムイオン電池は高いエネルギー対質量比を特徴としており、質量制限された宇宙船での使用に適しています。 バッテリの充放電は、通常、専用の電力システム（EPS）によって処理されます。 電池は時々電池および代表団の失敗を引き起こすかもしれない電池が危険なほど低温に達することを防ぐためにヒーターを特色にします。
電池が減衰する速度は、充電および放電されるサイクル数、および各放電の深さに依存します: 放電の平均深さが大きいほど、電池の劣化が速くなります。 LEOミッションでは、放電のサイクル数は数百のオーダーであることが期待できます。
宇宙船が太陽同期軌道に打ち上げられると、日食時間が短くなり、PVセルの連続太陽照射の中断が少なくなり、バッテリ容量の要件が低下します。 しかし、LEO太陽同期軌道では、宇宙船は常に日光を経験するとは限らないため、年の時間によっては、宇宙船が再び太陽の視線に入るために高度を得る必 サイズと重量の制約のために、ボディマウントされた太陽電池パネルを備えたレオで飛行する一般的なCubeSatsは、10W未満を生成しています。 より高い電力要件を持つミッションは、太陽電池パネルが太陽に向かって最も効果的な向きに残るように姿勢制御を利用することができ、展開された太陽電池アレイの追加と向きを介してさらなる電力ニーズを満たすことができる。 最近の技術革新には、衛星が解放されるとすぐに展開する追加のバネ付き太陽電池アレイと、命令されたときにパネルを展開するサーマルナイフメカ CubeSatsは発射と展開の間に動力を与えられないかもしれないしPポッドにローディングの間に操作を防ぐためにすべての力を切るremove-before-flightピンを特色にしな さらに、展開スイッチは、宇宙船がP-ポッドに装填されている間に作動し、宇宙船への電力を切断し、P-ポッドを出た後に非アクティブになる。
Cubesatの低コストは、小規模な機関や組織のためのスペースへの前例のないアクセスを可能にしていますが、ほとんどのCubeSatフォームのために、範囲と利用可能な電力は、その通信アンテナのための約2Wに制限されています。
タンブリングと低電力範囲のため、無線通信は課題です。 多くのCubesatは、市販の測定テープで構築された全方向性モノポールまたはダイポールアンテナを使用しています。 より要求の厳しいニーズのために、一部の企業はCubesat用の高利得アンテナを提供していますが、その展開とポインティングシステムは大幅に複雑です。 例えば、MITとJPLは、月に有用な範囲を持つインフレータブルディッシュアンテナを開発していますが、効率が悪いようです。 ＪＰＬは，Ｃｕｂｅｓａｔ（Ｒａｉｎｃｕｂｅ）ミッションにおけるＭａｒｃｏとレーダ用のＸバンドとＫ ａバンドの高利得アンテナの開発に成功した。
アンテナ
従来、低軌道のCubesatsはUHFとSバンドで通信目的でアンテナを使用していました。 太陽系をさらに遠くに進むためには、深宇宙ネットワーク（XバンドとKaバンド）と互換性のあるより大きなアンテナが必要です。 JPLのエンジニアは、MarCOと地球近傍小惑星スカウトのために6UクラスのCubesatと互換性のあるいくつかの展開可能な高利得アンテナを開発しました。 JPLのエンジニアはまたKaバンドで作動し、1.5U積込みの容積で折るDSNと互換性がある0.5mの網の反射器のアンテナを開発した。 MarCOのために、JPLのアンテナエンジニアは、6U Cubesatバスに収まるように折り畳まれたパネルReflectarray(FPR)を設計し、8kbit/sで1AUでXバンドの火星-地球通信をサポートした。
熱管理編集
異なるCubeSatコンポーネントは、一時的または恒久的に動作不能になる可能性のある異なる許容温度範囲を所有しています。 軌道上の衛星は、太陽から直接放出され、地球から反射された放射熱と、航空機の部品によって生成された熱によって加熱されます。 CubeSatsはまた、宇宙船よりも涼しい場合、宇宙またはより涼しい地球の表面のいずれかに熱を放射することによって冷却する必要があります。 CubeSatの軌道と食の時間が分かっている限り、これらの放射熱源とシンクはすべて一定で非常に予測可能です。
CubeSatsの温度要件を確実に満たすために使用される部品には、多層断熱材とバッテリー用ヒーターが含まれます。 小型衛星における他の宇宙船の熱制御技術には、それらの部品の予想される熱出力に基づく特定の部品配置や、ルーバーなどの配備された熱装置が含ま 宇宙船の熱モデルの解析とシミュレーションは、熱管理コンポーネントと技術を適用する上で重要な決定要因です。 特定の展開メカニズムやペイロードに関連する特別な熱的懸念を持つcubesatは、打ち上げ前に熱真空チャンバーでテストすることができます。 このような試験は、Cubesatが完全に熱真空チャンバの内部に収まるほど小さいので、フルサイズの衛星が受け取ることができるよりも大きな保証を提 温度検出器は普通異なったCubeSatの部品に行為が特定の部品に直接熱放射を避けるか、またはもたらすために技術を向き直すことのような危ない温度較差を避けるように取られるかもしれないように置かれそれにより冷却するか、または熱するようにそれがする。
CostsEdit
CubeSatはペイロードを軌道に乗せるための費用対効果の高い独立した手段を形成する。 このような眼窩間システムなどの低コストランチャーからの遅延の後、打ち上げ価格は、ユニットあたり約$100,000されているが、新しいオペレータは、低価格を提供しています。
一部のCubesatはLightSail-1のような複雑なコンポーネントや機器を持っており、建設コストを数百万ドルに押し上げていますが、基本的な1U CubeSatは建設に約50,000ドルの費用がかかるため、cubesatは一部の学校や大学にとって実行可能な選択肢であり、商業目的のためにcubesatを開発する中小企業にとっても実行可能な選択肢です。