Можно ли отправить CubeSat на Сатурн/Энцелад?

Мне было интересно, возможно ли с технологической точки зрения отправить кубсат/наноспутники или созвездие наноспутников для исследования струй водяного пара в южной области Энцелада в планетной системе Сатурн.

Конечно, все, что нужно, это деньги и время.
Чтобы исследовать Энцелад с очень маленькими спутниками, вам нужна двусторонняя связь с ними. Но маленькие антенны и слабые передатчики этих спутников бесполезны на огромном расстоянии, скорость передачи данных (если она вообще есть) будет очень медленной и шумной.

Ответы (2)

Вряд ли

Проблема с отправкой кубсата на Сатурн — это мощность. Кубсат недостаточно велик, чтобы нести на себе ядерный тепловой генератор, и почти наверняка недостаточно велик, чтобы нести достаточное количество солнечных элементов для его питания во внешней Солнечной системе.

Рассмотрим зонд Juno к Юпитеру. Его солнечные элементы весят 340 кг, но производят всего 240 Вт энергии на Юпитере, который имеет только 4% солнечного потока, доступного на околоземной орбите. Сатурн имеет только 1/4 солнечного потока, как Юпитер, поэтому даже солнечные панели Юноны размером 8,9 футов на 29 футов будут генерировать только около 100 Вт на Сатурне.

Передатчик Кассини на Сатурне имел выходную мощность 20 Вт. Входная мощность была бы больше. Таким образом, вам понадобятся солнечные панели, возможно, в 1/3 размера Juno только для питания передатчика, не говоря уже обо всех нагревателях, научных приборах, навигации и т. д. Так что это минимум 10 футов X 10 футов солнечных панелей только для передачи.

Юнона считалась миссией небольшой внешней планеты. Он по-прежнему имел сухую массу 1353 кг и сырую массу с топливом 3625 кг.

Космический корабль Юнона

Кубсаты намного меньше этого. Самый большой предложенный дизайн кубсата, который я видел, составляет 27u (54 кг, 34 x 35 x 36 см). Он просто недостаточно велик или достаточно массивен, чтобы вместить количество солнечных панелей, необходимых на Сатурне, не говоря уже о том, чтобы нести достаточно топлива для ракетных двигателей или массы двигателя. Не было бы и близко достаточной мощности для привода электрического двигателя. У вас не было бы возможности маневрировать в системе Сатурна. Но даже солнечные элементы, необходимые для минималистской работы, превышают бюджет по размеру и весу всего кубсата.

Солнечные панели в 1/10 веса Юноны все равно будут более массивными, чем вся разрешенная масса кубсата, и будут генерировать на Сатурне только 10 ватт или около того, если вес линейно зависит от размера. Почти наверняка нет, но это достаточно хорошее предположение для приближения, поскольку мы все еще, по крайней мере, на порядок далеки от размера, достаточного для работы, и это все еще игнорирует все другие поглотители энергии в зонде для дальнего космоса.

Концепции спутников ESA Cubesat

Следует отметить, что разрабатываются ядерные источники энергии размером с кубсат. Тем не менее, я бы предпочел другой конец спектра, может быть, с мегаваттом электроэнергии.
Кроме того, даже если бы вы могли разместить ртг на кубе, разрешение на установку его на ракету, вероятно, заняло бы вечность, особенно если вы не работаете с правительственной организацией.
На вопрос «Кубсат недостаточно велик, чтобы нести ядерный тепловой генератор», см. ответы на вопрос « Возможны ли РИТЭГы весом в несколько килограммов с удельной мощностью, аналогичной современным конструкциям?» Я согласен, что для этого, вероятно, нужен радиоизотопный генератор, но, безусловно, возможно преобразование в электричество на основе термоэлектрического или двигателя Стирлинга. См. Отношение массы солнечной электроэнергии к радиоизотопной термоэлектрической энергии для движения; сверх того, сколько AU выигрывают РИТЭГи? и...
... Каково текущее состояние технологии генератора радиоизотопов на основе двигателя Стирлинга? ). Просто сказать, что «Кассини» был большим, не означает, что все будущие зонды должны быть размером с «Кассини». В будущем не все зонды для дальнего космоса должны будут быть такими большими; нет фундаментальных законов, обязывающих их быть летающими топливными баками! (ср. Летающие топливные баки! Какой космический корабль дальнего космоса имел наибольшую массовую долю топлива? )
Единственный способ заставить их не летать с топливными баками — это сделать их с высоким Isp, что требует кучи ядерной энергии.

Да, это непросто, но не невозможно. Этот ответ касается проблем со связью, упомянутых в комментариях.

Кубсаты MarCO фактически служили каналами связи между космическим кораблем, приземляющимся на Марсе, и Землей. Это была медленная связь, всего 8 кбит/с при мощности 5 Вт, и в то время расстояние составляло всего около 0,7 а.е., тогда как Сатурн будет на расстоянии 9 или 10 а.е. Это означает, что либо их антенны должны быть больше, их мощность намного больше, либо частота должна быть выше, чтобы апертура того же размера давала более узкий луч.

Конечно, оптическая связь была бы лучшим вариантом.

Подробнее об оптической связи и ее сравнении с радио:

Но если вы снабдите кубсат большой антенной, мощным передатчиком и большими солнечными панелями для Сатурна, останется ли он кубсатом?
@Uwe «cubesat» - это форм-фактор; до тех пор, пока антенна складывается без дополнительного места и имеет источник питания, который помещается внутрь и соответствует нормам, почему бы ей не стать кубсатом? Мощность, безусловно, является соображением, для него может потребоваться меньший RTG, чем MMRTG ( возможны ли несколько килограммовых RTG с такой же удельной массой мощности, что и современные конструкции? ) и батареи с глубоким разрядом, но переход на более высокую частоту и большую антенну компенсирует потребность в большем власть. Или полностью оптический, тогда вам нужно всего несколько ватт, обсуждаемых в связанных ответах выше.
Можно ли отправить CubeSat на Сатурн/Энцелад?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v