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La nuova frontiera dello spazio: i CubeSat

Un nuovo traguardo è stato raggiunto per gli scienziati che da anni realizzano dei piccoli satelliti per studiare e raccogliere dati di ricerche che non potrebbero essere condotte sulla terra. Siamo nell'era dei CubeSat, dei piccoli satelliti che guardano il mondo da lassù nello spazio più profondo. Scopriamoli.

Lo spazio ha sempre suscitato nell’uomo un grande interesse. Chi di noi non è mai stato con il naso all’insù per vedere le stelle, oppure a caccia di qualche stella cadente o di qualche scia luminosa in grado di farci sognare ad occhi aperti ed immaginare i segreti più reconditi dell’universo.

Lo spazio nell’epoca moderna è sempre stato oggetto di grandi esplorazioni e di importanti missioni. Missioni che sono divenute così tanto entusiasmanti e popolari da essere seguite in diretta streaming su internet, grazie alle agenzie spaziali come NASA, ESA e tra le compagnie private SpaceX, che mostra i lanci e gli atterraggi di Falcon 9 e della navicella spaziale Dragon.

Sicuramente lo spazio e la sua esplorazione non sono più un tema per pochi, ma ricercatori, studiosi o semplici appassionati ora possono condividere le loro esperienze grazie alla tecnologia che si è talmente tanto evoluta da portare alla nascita dei CubeSat. Abbiamo chiesto ad esperti del settore di spiegarci cosa sono i CubeSat e quali sono i loro impieghi. A questo proposito abbiamo intervistato la Dott.ssa Chantal Cappelletti, co-fondatrice e co-titolare della società GAUSS Srl (Group of Astrodynamics for the use of Space Systems) insieme al Prof. Filippo Graziani.

Come nasce l’idea di realizzare un CubeSat?

“L’idea di realizzare un CubeSat o un satellite in generale parte da un’esigenza. Esigenza che solo un satellite può risolvere. Immaginate per esempio di voler osservare delle zone remote della terra, dove è impossibile arrivare, o voler comunicare con il cellulare nel bel mezzo di un ghiacciaio o di una foresta, o voler fornire un servizio di monitoraggio continuo di un’area particolare. Sono solo alcune delle applicazioni che si possono realizzare con satelliti, sistemi che oggi, grazie all’enorme sviluppo tecnologico degli ultimi anni, si stanno riducendo sempre di più come dimensioni e peso, aumentando allo stesso tempo le loro capacità e prestazioni”.

Quali sono i benefici nell’utilizzare un CubeSat?

“Il CubeSat è un piccolo satellite, per la precisione un nanosatellite, di circa 1Kg di peso e dimensioni ridotte ad un cubo di 10 cm. Il beneficio principale è dato dalla sua versatilità e dal costo inferiore rispetto a sistemi di più grandi dimensioni.
Il CubeSat è nato alla fine degli anni 90 da un’idea del Prof. Robert J. Twiggs, poi implementata dal Prof. Jordi Puig Suari, lo standard CubeSat ha completamente rivoluzionato il mondo dei piccoli satelliti. L’idea infatti di fissare uno standard per la realizzazione di un satellite ha fatto sì che le tecnologie sviluppate in ogni singola missione hanno contribuito a raggiungere in brevissimo tempo un grado di sviluppo tecnologico competitivo con satelliti di più grandi dimensioni, ma con un costo decisamente minore. Il fatto poi di usare uno standard ha permesso la progettazione di una piattaforma di lancio compatibile con la maggior parte dei lanciatori disponibili ad oggi sul mercato. In altre parole lo standard ha permesso di avere molte più possibilità di lancio rispetto ai satelliti tradizionali”.

Come viene realizzato? Ci sono tecnologie produttive particolari che vengono utilizzate come la stampa 3D?

“La tecnologia della Stampa 3D è una tecnologia usata solo recentemente nella produzione di satelliti poiché l’ambiente spaziale presenta delle limitazioni per l’utilizzo di determinati materiali e quindi della tecnologia stessa. La possibilità di adoperare satelliti a basso costo come i CubeSat (in particolare con i progetti KySat, CXBN, POPACS e TUPOD)  come dimostratori tecnologici in orbita, ha permesso di validare tale tecnologia per l’uso spaziale, aprendo anche a satelliti di maggiore dimensione e peso di beneficiare dei vantaggi indiscutibili dell’additive manufacturing.
Per quanto riguarda le altre tecnologie in gioco si può affermare che il CubeSat, visto il costo contenuto, ben si presta a lavorare da dimostratore tecnologico permettendo il test in orbita e quindi la qualifica di nuovi tipo di tecnologie. La tecnologia è  una scelta del singolo progettista o del team che propone la missione del satellite”.

Quali sono i componenti più importanti che sono cruciali per la buona riuscita di un CubeSat?

“Un satellite viene progettato per realizzare una missione. Normalmente la missione determina quello che è chiamato payload o carico pagante ovvero lo strumento che permette di soddisfare i requisiti della missione e che al tempo stesso vincola la progettazione del satellite. Il satellite è un insieme di sistemi che cooperano per raggiungere un fine. In un certo senso un satellite può essere paragonato al corpo umano in cui abbiamo: una struttura che sostiene i pesi e i carichi in gioco così come il nostro scheletro e i nostri muscoli, un sistema di potenza che come il nostro cuore da energia a tutto il sistema permettendo il funzionamento di ogni singola parte, il computer di bordo che è il cervello del nostro satellite, il sistema di telecomunicazioni che permette al satellite di “parlare” e “ascoltare” i comandi provenienti dalla stazione di Terra, il sistema di controllo di assetto e controllo orbitale che permettono al satellite di orientarsi e riconoscere la propria posizione in orbita.
Ognuno di questi sistemi ha una propria rilevanza e importanza per la buona riuscita della missione permettendo il corretto funzionamento del payload”.

Solitamente da chi viene progettato un CubeSat? Quali sono le figure professionali che progettano e realizzano questo tipo di sistema?

“I CubeSat nascono come strumento accademico per insegnare agli studenti come realizzare una missione spaziale completa. Dalla loro origine ad oggi non solo le applicazioni ma anche le figure professionali che stanno dietro ad una missione CubeSat sono cambiate profondamente. All’inizio si pensava al CubeSat come ad un gioco per studenti. Ora invece, visto l’enorme sviluppo e capacità che si sono sviluppate, l’attenzione di molte agenzie spaziali è concentrata su questo tipo di satellite. Anche in ambito militare si stanno cominciando a sviluppare sistemi satellitari basati su CubeSat, così come aziende della portata di Google hanno cominciato a sviluppare la propria costellazione di satelliti CubeSat.

Con uno sguardo al futuro, quali potrebbero essere gli impieghi dei CubeSat?

“Gli scopi futuri sono limitati principalmente dalla fantasia umana piuttosto che dalla tecnologia. Ci sono progetti per il monitoraggio di disastri ambientali, per lo sviluppo di studi di biomedicina, per migliorare i servizi internet in aree remote, per sviluppare tecniche di agricoltura intelligente, per la prevenzione dei terremoti. Lo sviluppo futuro di questo sistema dipende dalla fantasia dei futuri progettisti”.

Tra i progetti portati a termine con grande successo da GAUSS c’è il CubeSat TuPOD che è stato lanciato nello spazio a gennaio 2017  dalla Stazione Spaziale Internazionale ISS in collaborazione con JAXA, Japan Aerospace Exploration Agency.

Crediti delle foto del CubeSat TuPOD: GAUSS, JAXA e ESA.

Argomento
Aerospazio

Tecnologia
CubeSat

Autore
Francesca Cuoghi in collaborazione con la Dott.ssa Cappelletti, co-fondatrice e co-titolare della società GAUSS Srl, insieme al Prof. Filippo Graziani che ricopre il ruolo di Presidente.
Chantal Cappelletti è anche professore associato in sistemi aerospaziali all’Università di Brasilia in Brasile.

Altre informazioni
G.A.U.S.S. Srl è l’unica azienda italiana ad avere acquisito l’esperienza di nove lanci di satelliti di varie dimensioni e forme.  L’azienda si concentra principalmente sulla progettazione e realizzazione di microsatelliti, come CubeSat e PocketQube.
www.gaussteam.com