CubeSaty to nanosatelity definiowane przez masę i standaryzowane jednostki 10×10×10 cm, przy czym 1U CubeSat waży do około 1,3–2 kg.
CubeSaty różnią się rozmiarem od 1U do 16U, przy czym 3U CubeSat ma około 30 cm długości, a 6U CubeSat około 10×20×34 cm.
Wszystkie CubeSaty podążają za CubeSat Design Specification, co umożliwia modułową budowę i dopasowanie do standardowych wyrzutników, takich jak Poly-PicoSatellite Orbital Deployer (P-POD).
Pierwsze CubeSaty zostały wystrzelone w czerwcu 2003 roku na rosyjskiej rakiecie Eurockot.
Inicjatywa NASA CubeSat Launch Initiative (CSLI) rozpoczęła się w 2010 roku i wystrzeliła ponad 150 CubeSatów.
W 2014 roku Planet Labs rozmieściło konstelację Flock-1 składającą się z 28 CubeSatów z pokładu ISS.
MarCO składał się z dwóch CubeSatów 6U, które w 2018 roku poleciały na Marsa, aby przekazywać telemetrię lądownika InSight.
LightSail-2, CubeSat 3U, zademonstrował żeglowanie słoneczne w 2019 roku z żaglem o powierzchni 32 m².
Artemis I, wystrzelony w listopadzie 2022 roku, zabrał 10 CubeSatów w przestrzeń cislunarną, w tym CAPSTONE, który dotarł na orbitę Księżyca.
Do końca 2023 roku wystrzelono ponad 2 300 CubeSatów.

Czym są nanosatelity i CubeSaty?

Nanosatelity (nanosaty) to małe satelity definiowane przez masę – zazwyczaj między 1 kg a 10 kg ^[1]. Są częścią szerszej rodziny „małych satelitów”, która obejmuje mikrosatelity (10–100 kg) oraz jeszcze mniejsze klasy, takie jak picosatelity i femtosatelity ^[2]. Nanosatelity są malutkie w porównaniu do konwencjonalnych satelitów (które często ważą setki lub tysiące kilogramów), a mimo to mogą wykonywać użyteczne misje na orbicie.

CubeSaty to szczególny typ nanosatelitów definiowany nie tylko przez masę, ale przez standaryzowany rozmiar i formę. CubeSat jest zbudowany z jednej lub więcej sześciennych jednostek 10×10×10 cm (nazywanych „U” od Unit) ^[3]. 1U CubeSat to sześcian o boku około 10 cm i wadze do około 1,3–2 kg ^[4]. Większe CubeSaty powstają przez łączenie tych jednostek – na przykład 3U CubeSat ma rozmiar bochenka chleba (trzy sześciany w rzędzie, ~30 cm długości), a 6U to rozmiar dużego pudełka na buty ^[5]. Standardowe rozmiary CubeSatów dziś wahają się od malutkich wersji 0,25U do 12U, a nawet 16U, które mogą ważyć dziesiątki kilogramów ^[6]. Kluczowe jest to, że wszystkie przestrzegają CubeSat Design Specification – nieoficjalnego „standardu CubeSat” – który określa wymiary i podstawowe wymagania dla tych satelitów ^[7]. Ta standaryzacja pozwala na budowę i testowanie CubeSatów w sposób modułowy oraz na dopasowanie do wspólnych kapsuł wypuszczających.

Mówiąc najprościej, CubeSat to nanosatelita, który spełnia określony standard w kształcie sześcianu. Wszystkie CubeSaty są nanosatelitami (ze względu na masę), ale nie wszystkie nanosatelity są CubeSatami (niektóre mogą mieć niestandardowe kształty). Popularność formatu CubeSat wynika z jego prostoty i przystępności cenowej: wykorzystuje wiele gotowych komponentów z branży elektronicznej, a wiele CubeSatów można wystrzelić za pomocą tych samych, standaryzowanych mechanizmów wyrzutni ^[8]. CubeSaty sprawiły, że dostęp do przestrzeni kosmicznej stał się znacznie bardziej osiągalny dla uniwersytetów, małych firm, a nawet hobbystów niż w przypadku tradycyjnych dużych satelitów.

Historia i ewolucja CubeSatów

Koncepcja CubeSat narodziła się w 1999 roku jako projekt edukacyjny. Profesorowie Jordi Puig-Suari z Cal Poly San Luis Obispo oraz Bob Twiggs z Uniwersytetu Stanforda chcieli, aby ich studenci mogli „projektować, budować, testować i obsługiwać w kosmosie” małego, niedrogiego satelitę – zasadniczo dając studentom studiów magisterskich doświadczenie całej misji kosmicznej w ramach akademickich ^[9]. Opracowali oryginalną specyfikację CubeSat jako 10-centymetrowy sześcian będący „narzędziem dydaktycznym”^[10]. Słowami Puig-Suariego, CubeSaty stały się „piaskownicą, w której branża nauczyła się robić kosmos w inny sposób – szybciej, mniejszym kosztem, podejmując większe ryzyko i wykorzystując rozwój technologiczny branż niezwiązanych z kosmosem” ^[11]. Innymi słowy, wprowadzenie CubeSatów na początku lat 2000 umożliwiło testowanie nowych podejść, na które większe, droższe satelity nie mogły sobie pozwolić.

Pierwsze CubeSaty zostały wystrzelone w czerwcu 2003 roku, kiedy rosyjska rakieta (Eurockot) wyniosła na orbitę grupę sześciu CubeSatów zbudowanych przez studentów ^[12]. W ciągu lat 2000. kolejne uniwersytety poszły w ich ślady. Do 2012 roku na orbitę trafiło około 75 CubeSatów ^[13] – głównie projekty akademickie testujące ten nowy paradygmat. Początkowo to środowisko akademickie dominowało w wystrzeliwaniu CubeSatów, ale zaczęło się to zmieniać na początku lat 2010. W 2013 roku po raz pierwszy ponad połowa wystrzelonych CubeSatów była przeznaczona do misji nieakademickich (komercyjnych lub amatorskich), a w 2014 roku większość stanowiły przedsięwzięcia komercyjne lub nieakademickie ^[14]. Ta zmiana oznaczała początek ewolucji CubeSatów od zwykłych eksperymentów studenckich do poważnych narzędzi biznesowych i naukowych.

W ciągu następnej dekady CubeSaty rozprzestrzeniły się bardzo szybko. Tysiące studentów na całym świecie zbudowało i wystrzeliło CubeSaty, a to, co zaczęło się jako projekt studencki, „przekształciło się w przemysł wart miliardy dolarów” – według Ryana Nugenta, dyrektora Cal Poly CubeSat Lab ^[15]. CubeSaty „odegrały kluczową rolę w przywróceniu entuzjazmu wobec kosmosu, jakiego nie było od czasów lądowania na Księżycu”, zauważył Nugent ^[16]. W 2022 roku oryginalny projekt CubeSata został wprowadzony do Space Technology Hall of Fame za przełomowy wpływ na sektor kosmiczny ^[17]. Nawet Jordi Puig-Suari przyznał, że był „przytłoczony” tym, jak bardzo przemysł kosmiczny zmienił się dzięki CubeSatom – „kiedy zaczynaliśmy, nigdy nie spodziewaliśmy się, że będziemy mieć tak znaczący wpływ… Jestem bardzo dumny… że pomogłem zmienić świat na lepsze.” ^[18]

Kluczowe kamienie milowe i punkty ewolucji:

2003: Pierwsze CubeSaty wystrzelone, potwierdzając koncepcję ^[19].
2006–2010: Stały wzrost, głównie misje uniwersyteckie. Powstanie systemów wypuszczania, takich jak Poly-PicoSatellite Orbital Deployer (P-POD) opracowany przez Cal Poly, który stał się standardowym sposobem wynoszenia CubeSatów na orbitę.
2010: NASA uruchamia swój CubeSat Launch Initiative (CSLI), oferując bezpłatne możliwości wynoszenia edukacyjnych i non-profitowych CubeSatów. (Od początku istnienia program NASA CSLI wyniósł ponad 150 CubeSatów w ramach programu Educational Launch of Nanosatellites ^[20].)
2013: Punkt zwrotny – wystrzelono dziesiątki CubeSatów, a ponad połowa z nich nie była już wyłącznie akademicka ^[21]. Sektor prywatny i rząd zaczynają wykorzystywać CubeSaty.
Środek lat 2010.: Rozwój komercyjnych firm CubeSat i międzynarodowa adopcja. CubeSaty zaczynają przenosić bardziej zaawansowane ładunki (kamery, instrumenty naukowe). Wiele narodów wystrzeliło w tym okresie swoje pierwsze w historii satelity, często budowane przez lokalne uniwersytety ^[22].
Koniec lat 2010.: CubeSaty po raz pierwszy opuszczają orbitę Ziemi, demonstrując możliwości międzyplanetarne. (W 2018 roku NASA wysłała dwa CubeSaty na Marsa – więcej o tym poniżej.) Liczba startów rocznie gwałtownie rośnie.
Lata 2020.: CubeSaty są obecnie stałym elementem aktywności kosmicznej. Regularnie podróżują na dużych rakietach, a nawet na dedykowanych małych nośnikach. Do końca 2023 roku wystrzelono łącznie ponad 2 300 CubeSatów ^[23], a biorą udział w misjach o wysokim profilu (na przykład dziesięć CubeSatów zostało wysłanych na Księżyc podczas misji Artemis I NASA w 2022 roku). CubeSaty ewoluowały od prostych „pikostatów” przypominających Sputnika do platform zdolnych do złożonej obserwacji Ziemi, sieci komunikacyjnych i eksperymentów naukowych.

Droga CubeSatów od pomysłu z sali wykładowej do standardu branżowego pokazuje, jak innowacja może demokratyzować dostęp do kosmosu. Standaryzowane podejście „uczyniło to stosunkowo prostym i przystępnym cenowo” dla wielu organizacji spoza tradycyjnego wielkiego przemysłu kosmicznego, by uczestniczyć w badaniach kosmicznych ^[24]. Dziś praktycznie każdy – od małego startupu po szkołę średnią – może marzyć o zbudowaniu satelity, dzięki CubeSatom.

Budowa i komponenty CubeSat

Jednym z powodów sukcesu CubeSatów jest ich prosty, podejście podobne do Lego. Bloki 1U można łączyć, tworząc większe satelity, a specyfikacja konstrukcyjna narzuca pewne zasady (np. sześcian musi mieć określone cechy dla wyrzutników, takie jak szyny lub wypustki na krawędziach ^[25]). To zapewnia, że każdy CubeSat zmieści się w standaryzowanym wyrzutniku i może polecieć w kosmos bez większych problemów.

Pomimo swoich niewielkich rozmiarów, CubeSaty zawierają wszystkie podstawowe podsystemy zwykłego satelity. Podstawowy CubeSat zazwyczaj zawiera:

Struktura: Lekka rama (często aluminiowa), która odpowiada przekrojowi 10×10 cm. Ta rama chroni satelitę i zapewnia punkty montażowe dla innych komponentów.
Zasilanie: Panele słoneczne (czasem zamontowane na bokach sześcianu, lub rozkładane panele w większych CubeSatach) i akumulatory. Nawet CubeSat 1U może generować kilka watów mocy dzięki ogniwom słonecznym. System Zasilania Elektrycznego (EPS) zarządza dystrybucją energii i ładowaniem baterii.
Komputer pokładowy (OBC): Mały komputer lub mikrokontroler, który kontroluje funkcje satelity. CubeSaty często używają procesorów COTS (komercyjnie dostępnych na rynku), podobnych do tych w smartfonach lub płytkach hobbystycznych, działających na prostych systemach operacyjnych czasu rzeczywistego lub nawet kodzie podobnym do Arduino. Ten komputer obsługuje zadania takie jak zbieranie danych z czujników, zarządzanie łączem radiowym i utrzymywanie harmonogramu satelity.
Łączność: Radiowy transceiver do komunikacji ze stacjami naziemnymi. Wiele CubeSatów korzysta z amatorskich pasm radiowych UHF/VHF lub częstotliwości S-band do wysyłania telemetrii i odbierania poleceń. Antena może być rozkładaną, przypominającą taśmę miarową, lub małą anteną patch. Komunikacja jest zazwyczaj niskoprzepustowa (kilka kilobitów na sekundę), choć nowsze CubeSaty mogą używać wyższych częstotliwości dla lepszych przepływności danych.
Określanie i kontrola orientacji (ADCS): Wiele CubeSatów zawiera podstawową kontrolę orientacji – określanie i dostosowywanie swojego położenia w przestrzeni. Może to być tak proste jak magnes, który pasywnie ustawia się względem pola magnetycznego Ziemi, lub bardziej złożone systemy wykorzystujące żyroskopy, magnetorquer’y (elektromagnesy), czujniki Słońca, a nawet miniaturowe koła reakcyjne. Istnieją w pełni stabilizowane w 3 osiach CubeSaty (szczególnie w formatach 3U lub większych), aby kierować kamery lub anteny.
Ładunek: Ładunek to część CubeSata przeznaczona do realizacji konkretnej misji. Może to być kamera do obrazowania Ziemi, instrument naukowy (np. spektrometr, detektor promieniowania lub nawet miniaturowy radar), odbiornik radiowy (na przykład do zbierania danych o ruchu statków) lub demonstrator technologii (taki jak prototyp żagla słonecznego lub eksperymentalny procesor). W CubeSatach ładunki często wykorzystują zminiaturyzowane wersje czujników – np. kamera do obrazowania Ziemi w CubeSacie może być niewiele inna niż komercyjny aparat kompaktowy lub sensor z aparatu smartfona.

Pomimo użycia prostych komponentów, niektóre nowoczesne CubeSaty są bardzo zaawansowane. Inżynierowie muszą wprowadzać innowacje, aby podsystemy były bardzo małe i wydajne. Na przykład zamontowanie systemu napędowego w CubeSacie jest wyzwaniem, ale obecnie możliwe – istnieją miniaturowe napędy elektryczne i napędy na zimny gaz zaprojektowane dla CubeSatów 3U lub większych. Standard CubeSat zwykle ogranicza każdy moduł 1U do ~2 kg i określonej ilości zmagazynowanej energii ze względów bezpieczeństwa ^[26], więc projektanci muszą starannie wybierać lekkie, energooszczędne komponenty. Często budowniczowie CubeSatów kupują łatwo dostępne komponenty „CubeSat kit” (istnieje rynek firm sprzedających radia, panele słoneczne, struktury itp. do CubeSatów), co obniża koszty, ale mogą też budować części na zamówienie, aby zmaksymalizować wydajność.

W szczególności CubeSaty wykorzystują wiele technologii konsumenckich – jednym z rewolucyjnych aspektów jest to, że zawierają nowoczesne, komercyjne układy scalone i czujniki, które pierwotnie były produkowane masowo dla elektroniki użytkowej. Takie podejście było niespotykane we wczesnych statkach kosmicznych (które używały drogich, certyfikowanych komponentów kosmicznych). Dzięki zastosowaniu kamer klasy smartfonowej lub procesorów klasy laptopowej, CubeSaty poświęcają nieco niezawodności na rzecz dramatycznie niższych kosztów i nowoczesnych możliwości. Jak powiedział Puig-Suari, CubeSaty wykorzystują „rozwój technologiczny branż niezwiązanych z kosmosem, takich jak sektor elektroniki komercyjnej” ^[27]. Często można znaleźć w CubeSatach podzespoły takie jak komputer pokładowy oparty na procesorze ARM Cortex czy pamięć flash podobną do pendrive’a itd. Inżynierowie minimalizują ryzyko (np. skutki promieniowania) poprzez sprytne oprogramowanie i czasem redundancję sprzętową, ale akceptują, że CubeSaty mogą mieć krótszą żywotność lub wyższy wskaźnik awaryjności – i to jest w porządku, biorąc pod uwagę ich niski koszt.

Typowe rozmiary CubeSatów i ich zastosowania: CubeSat 1U (sześcian 10 cm) jest najprostszy, ale ma bardzo ograniczoną moc i objętość – często używany do podstawowych demonstracji technologii, projektów edukacyjnych lub prostych pomiarów naukowych. CubeSaty 3U (długość 30 cm) są popularne, ponieważ mogą mieć lepsze anteny i większe ładunki (wiele CubeSatów do obrazowania Ziemi ma rozmiar 3U ^[28]). CubeSaty 6U (około 10×20×34 cm) i 12U (20×20×34 cm) oferują jeszcze większe możliwości, zbliżając się nawet do wydajności małych tradycyjnych satelitów, i są wykorzystywane do bardziej zaawansowanych misji (niektóre księżycowe CubeSaty mają rozmiar 6U lub 12U). Największy standaryzowany format, 16U do 27U, zaciera granicę między „CubeSatem” a „małym satelitą” – przy takich rozmiarach (ponad 20–30 kg) mają znaczną moc i pojemność ładunkową, ale jak dotąd są rzadziej spotykane.

Podsumowując, konstrukcja CubeSata jest minimalistyczna, ale kompletna. Skupiając się na najważniejszych elementach i stosując standardowe jednostki rozmiaru, CubeSaty mogą być budowane szybko i służyć wielu różnym misjom, mimo swoich rozmiarów.

Budowa i wynoszenie CubeSatów

Jedną z największych zalet CubeSatów jest jak szybko i tanio można je zbudować i wynieść na orbitę w porównaniu do tradycyjnych statków kosmicznych. Tradycyjne satelity często wymagają wielu lat (5–10 lat) rozwoju i testów oraz kosztują setki milionów dolarów. Dla porównania, nanosatelita lub CubeSat może mieć cykl rozwojowy trwający od kilku miesięcy do roku i kosztować od kilkudziesięciu tysięcy do kilku milionów dolarów ^[29].

Peter Platzer, CEO firmy zajmującej się małymi satelitami Spire, podkreślił, że „tradycyjne satelity zazwyczaj kosztują kilkaset milionów dolarów… i wymagają dedykowanej rakiety. Nanosatelity, w porównaniu, kosztują mniej niż milion dolarów, mają 6-miesięczny cykl rozwoju (lub krótszy) i ‘podróżują’ jako ładunek dodatkowy” na rakietach, które i tak lecą w kosmos ^[30]. W rzeczywistości podstawowy CubeSat 1U zbudowany przez zespół uniwersytecki może kosztować około 50 000 USD przy użyciu komercyjnych części ^[31]. Wiele zespołów studenckich zdołało zbudować CubeSaty jeszcze taniej, korzystając z podarowanych komponentów lub gotowych urządzeń konsumenckich – na przykład w 2013 roku NASA zaprezentowała „PhoneSat”, CubeSat zbudowany wokół zwykłego smartfona jako komputera pokładowego, co udowodniło, że czujniki i procesory telefonu mogą sterować satelitą ^[32].

Produkcja CubeSata stała się łatwiejsza dzięki rosnącemu ekosystemowi dostawców. Firmy oferują zestawy komponentów do CubeSatów (ramy konstrukcyjne, systemy zasilania itp.), które można po prostu złożyć. Istnieją także wyspecjalizowani producenci małych satelitów, którzy budują CubeSaty „pod klucz” dla klientów. Co ciekawe jednak, wiele firm obsługujących duże konstelacje CubeSatów (takich jak Planet i Spire) projektuje i buduje swoje satelity we własnym zakresie, aby szybciej wprowadzać zmiany i kontrolować koszty ^[33]. Na przykład Planet Labs wyprodukowało setki CubeSatów „Dove” wewnętrznie, czasami budując 30–40 satelitów w ciągu jednego roku, aby odświeżyć swoją flotę do obrazowania Ziemi ^[34].

Start to kolejny obszar, w którym CubeSaty przetarły nowe szlaki. Tradycyjnie wyniesienie satelity na orbitę jest bardzo kosztowne, ale CubeSaty nie potrzebują całej rakiety tylko dla siebie. Zamiast tego dzielą lot: lecą jako ładunki dodatkowe podczas startów większych statków kosmicznych. CubeSaty są pakowane do specjalnych pojemników startowych (takich jak Cal Poly P-POD lub nowsze urządzenia firm takich jak Nanoracks czy ISISpace), które są mocowane do górnego stopnia rakiety. Gdy główna misja osiągnie orbitę, wyrzutnie CubeSatów „wystrzeliwują” małe satelity jak sprężynowe zabawki w przestrzeń kosmiczną. Ponieważ są małe i standaryzowane, dziesiątki CubeSatów mogą zostać wypuszczone podczas jednego startu bez zakłócania misji głównego satelity ^[35].

To podejście rideshare drastycznie obniża koszty. Na przykład, program Smallsat Rideshare firmy SpaceX (rozpoczęty w 2021 roku) oferuje miejsca dla małych satelitów o masie do 50 kg za stałą cenę – początkowo około 5 000 USD za kg, obecnie około 6 500 USD za kg w 2025 roku ^[36]. W praktyce CubeSat wielkości bochenka chleba (3U, ~4–5 kg) może polecieć na orbitę za około 100 000 USD. SpaceX reklamuje miejsce 50 kg na popularnej orbicie heliosynchronicznej za 275 000 USD ^[37], które może być współdzielone przez kilka CubeSatów. Nigdy wcześniej dostęp do orbity nie był tak przystępny cenowo w przeliczeniu na satelitę. W rezultacie uniwersytety, firmy, a nawet zespoły licealne mogą czasem sfinansować start. (W niektórych przypadkach edukacyjne CubeSaty lecą za darmo: program NASA CSLI lub podobne programy w innych krajach pokrywają koszt startu wybranych satelitów zbudowanych przez studentów.)

CubeSaty mogą być wynoszone praktycznie każdą rakietą z wolną pojemnością. Latały na dużych rakietach (takich jak Atlas V, Falcon 9, PSLV, Sojuz), średnich rakietach, a nawet dedykowanych małych nośnikach. W połowie lat 2010. powstała fala nowych małych pojazdów nośnych skierowanych na rynek smallsatów – takich jak Electron firmy Rocket Lab (pierwszy start w 2017 roku), który często przewozi CubeSaty. Inne małe rakiety, takie jak LauncherOne firmy Virgin Orbit (rakieta odpalana z powietrza), Firefly Alpha i rakiety firmy Astra miały zapewnić CubeSatom dedykowane loty na niestandardowe orbity. Jednak rosnąca liczba opcji rideshare na dużych rakietach (zwłaszcza regularne misje Transporter firmy SpaceX) sprawiła, że dotarcie w kosmos nie wymaga długiego oczekiwania. Na przykład w 2023 roku prawie 75% wszystkich nano-satelitów poleciało na rakietach SpaceX Falcon 9 w ramach rideshare ^[38] – co świadczy o tym, jak rutynowe stały się starty smallsatów.

Wiele CubeSatów trafia również na orbitę przez Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). NASA i JAXA mają na ISS urządzenia do wypuszczania CubeSatów (astronauci ładują je do małej śluzy, a ramię robotyczne wypycha je w przestrzeń). Te wypuszczenia odbywają się na stosunkowo niskiej wysokości (~400 km), co jest świetne dla eksperymentów krótkoterminowych. To popularna droga dla akademickich CubeSatów, ponieważ można polecieć „na gapę” na misjach zaopatrzeniowych na ISS. Planet Labs wykorzystywało ISS do wypuszczania wielu swoich wczesnych CubeSatów do obrazowania Ziemi, ponieważ na tej niskiej orbicie satelity naturalnie deorbitowały się po około roku – to forma samooczyszczającej się orbity, która ogranicza powstawanie śmieci (Planet wybrał to celowo, by być odpowiedzialnym – więcej o tym później) ^[39].

Podsumowując, wystrzelenie CubeSata nie jest już najtrudniejszą częścią misji kosmicznej – to rewolucyjna zmiana. Standaryzacja oznacza, że jeśli potrafisz zbudować CubeSata zgodnego z normami, prawdopodobnie znajdzie się gdzieś możliwość wyniesienia go na orbitę. A dzięki nowoczesnym cenom za wspólne loty, start może zmieścić się w budżecie małej firmy lub wydziału uniwersyteckiego. Ta dostępność startów jest kluczowym czynnikiem boomu na CubeSaty.

Koszty i dostępność

Niskie koszty budowy i wyniesienia CubeSata rzeczywiście zdemokratyzowały dostęp do kosmosu. Tradycyjna misja kosmiczna często kosztuje dziesiątki lub setki milionów dolarów, co w praktyce ograniczało kosmos do agencji narodowych i dużych korporacji. CubeSaty natomiast obniżyły koszt misji satelitarnej do poziomu dziesiątek lub setek tysięcy dolarów. Choć w codziennym ujęciu to wciąż niemało, jest to kwota osiągalna dla wielu uniwersytetów i startupów. W połowie lat 2020. analizy branżowe wyceniały rynek CubeSatów na około 500 milionów dolarów rocznie i prognozowały wzrost do ponad 1,5 miliarda dolarów na początku lat 30. XXI wieku ^[40] – co pokazuje, jak wielu nowych graczy dołącza do rynku.

Konkretne liczby: zbudowanie prostego CubeSata 1U z zestawu to koszt około 50 tys. dolarów ^[41]. Bardziej złożone CubeSaty 3U lub 6U z instrumentami naukowymi mogą kosztować kilkaset tysięcy (po doliczeniu testów, robocizny itd.), a najbardziej zaawansowane CubeSaty (z napędem, rozkładanymi panelami lub zaawansowanymi sensorami) mogą kosztować kilka milionów. Na przykład LightSail-2 CubeSat (statek 3U, który zademonstrował żeglowanie słoneczne) kosztował kilka milionów dolarów – głównie ze względu na innowacyjny ładunek – podczas gdy „typowy” CubeSat 3U można zrealizować za ułamek tej kwoty ^[42]. Dla porównania, nawet tania tradycyjna misja satelitarna (np. mikrosatelita) kosztowałaby co najmniej 10–20 milionów dolarów. Obniżka kosztów to jeden lub dwa rzędy wielkości.

Jeśli chodzi o starty, jak wspomniano, wyniesienie CubeSata może kosztować już od około 100 tys. dolarów w ramach wspólnego lotu, zwłaszcza jeśli dzieli się miejsce z innymi. Niektóre akademickie zespoły CubeSat zgłaszały całkowite budżety misji rzędu 100–200 tys. dolarów, łącznie z budową satelity i startem, szczególnie jeśli start był dofinansowany. Dla porównania, 10 CubeSatów po 50 tys. dolarów każdy można zbudować za cenę jednego tradycyjnego satelity w przedziale 500 milionów dolarów – to zdumiewająca różnica. W rzeczywistości raport rynkowy zauważył, że nawet na górnym pułapie „CubeSaty są zazwyczaj znacznie tańsze w produkcji” niż zwykłe satelity, czasem podaje się zakres 5 000 do 50 000 dolarów za sztukę przy produkcji masowej (nie licząc startu) ^[43]. Nawet jeśli niektóre liczby są optymistyczne, nie ma wątpliwości, że CubeSaty to samochody ekonomiczne przemysłu kosmicznego.

Kto może uzyskać dostęp do przestrzeni kosmicznej dzięki CubeSat? Odpowiedź: znacznie szersza społeczność niż kiedykolwiek wcześniej. Uniwersytety były pionierami – studenci zbudowali pierwsze CubeSaty i nadal budują je jako projekty edukacyjne. Obecnie szkoły średnie zbudowały CubeSaty (z pomocą mentorów), które poleciały w kosmos. Małe kraje wykorzystały programy CubeSat, aby zdobyć przyczółek w badaniach kosmicznych; jak wspomniano, w wielu przypadkach CubeSat był pierwszym satelitą kraju – na przykład pierwszy satelita Estonii (ESTCube-1 w 2013 roku) był CubeSatem zbudowanym przez studentów ^[44], a podobne historie dotyczą krajów od Ghany po Nepal i Filipiny w latach 2010. Organizacje Narodów Zjednoczonych i agencje takie jak JAXA mają programy (np. KiboCUBE z ONZ), które umożliwiają krajom rozwijającym się wystrzelenie CubeSata z ISS, obniżając barierę wejścia dla państw, które nigdy wcześniej nie miały programu kosmicznego.

Prywatne firmy, nawet bardzo małe startupy, mogą sobie pozwolić na zbudowanie prototypu CubeSata, aby przetestować pomysł biznesowy na orbicie. W latach 2020 obserwujemy wzrost liczby startupów kosmicznych dzięki temu – przedsiębiorcy mogą zebrać kilkaset tysięcy dolarów od inwestorów lub poprzez crowdfunding i faktycznie umieścić satelitę na orbicie, aby zademonstrować usługę, co było niemożliwe w starym paradygmacie. To zjawisko nazwano „demokratyzacją” kosmosu. Jak napisał Peter Platzer, „tak jak komputer osobisty udostępnił moc obliczeniową masom… nanosatelity udostępniają kosmos światu, obniżając koszty i zwiększając dostępność o rzędy wielkości.” ^[45] Kosmos nie jest już wyłączną domeną supermocarstw czy programów za miliardy dolarów; zmotywowana grupa ludzi w laboratorium (a nawet w garażu) może wziąć udział.

To wszystko nie oznacza, że CubeSaty są łatwe – nadal wymagają specjalistycznej wiedzy do budowy i obsługi, a wiele rzeczy może pójść nie tak. Jednak możliwość spróbowania i uczenia się na błędach jest znacznie większa, gdy cena jest niska. Uniwersytet może zaakceptować porażkę satelity zbudowanego przez studentów za 50 tys. dolarów na orbicie; nigdy nie mógłby podjąć próby z satelitą za 50 milionów dolarów. Ta tolerancja na ryzyko jest w rzeczywistości wpisana w filozofię CubeSat: szybko popełniaj błędy, ucz się i próbuj ponownie. I rzeczywiście, wiele wczesnych CubeSatów zawiodło lub miało krótką żywotność, ale każdy z nich przekazał cenne lekcje, które ulepszyły kolejną generację. Teraz, dzięki dojrzalszej technologii, nawet zespoły ze szkół średnich zdołały zbudować działające CubeSaty.

Krótko mówiąc, CubeSaty drastycznie obniżyły barierę kosztową wejścia w kosmos. To umożliwiło innowacje, praktyczną edukację i wejście nowych podmiotów na arenę kosmiczną na całym świecie. Efektem jest bardziej dynamiczny i inkluzywny sektor kosmiczny niż kiedykolwiek wcześniej.

Zastosowania w różnych sektorach

Mimo niewielkich rozmiarów, CubeSaty okazały się zdolne do szerokiego zakresu zastosowań. Początkowo wykorzystywane głównie do eksperymentów technologicznych, obecnie realizują rzeczywiste misje w dziedzinie nauki, komunikacji, obserwacji Ziemi i innych. Niedawny, kompleksowy przegląd misji CubeSat zauważył, że rozszerzyły się one od „podstawowych demonstracji technologii do złożonych możliwości misji, w tym obserwacji Ziemi, telekomunikacji, badań astronomicznych, eksperymentów biologicznych i eksploracji przestrzeni kosmicznej”. ^[46] Poniżej przedstawiono niektóre z głównych obszarów zastosowań CubeSatów wraz z przykładami:

Obserwacja Ziemi i teledetekcja: To jedno z najbardziej udanych zastosowań CubeSatów. Konstelacja CubeSatów może dostarczać częste, niskokosztowe obrazy Ziemi. Planet Labs zapoczątkowało to, wystrzeliwując flotę 3U CubeSatów „Dove” wyposażonych w kamery. Obsługują oni największą w historii konstelację do obrazowania Ziemi, z dziesiątkami CubeSatów codziennie obrazujących całą planetę w rozdzielczości ~3–5 metrów. Do 2023 roku Planet wystrzeliło ponad 450 CubeSatów obrazujących (72 z nich tylko w 2023 roku) ^[47], umożliwiając naukowcom, firmom i rządom codzienne pozyskiwanie zdjęć dowolnej lokalizacji – przydatnych w rolnictwie, monitoringu środowiska, reagowaniu na katastrofy i innych. Inne firmy wykorzystują podobne małe satelity do monitorowania gazów cieplarnianych (np. nanosatelity śledzące emisje firmy GHGSat) oraz zjawisk pogodowych. Nawet prognozowanie pogody może na tym skorzystać: NASA i NOAA wdrożyły konstelacje CubeSatów do zbierania profili temperatury i wilgotności poprzez pomiar zniekształceń sygnału GPS (np. misja TROPICS z 3U CubeSatami w 2023 roku do monitorowania burz tropikalnych). Zdolność CubeSatów do przenoszenia kamer wielospektralnych, radiometrów, a nawet radaru z syntetyczną aperturą (z rozkładanymi antenami) oznacza, że coraz częściej mogą wykonywać zadania zarezerwowane niegdyś dla dużych satelitów obserwacyjnych Ziemi, choć przy niższych kosztach i rozdzielczości.
Komunikacja i IoT: Komunikacja to kolejny sektor, który wykorzystuje małe satelity. Choć pojedynczy CubeSat ma ograniczoną przepustowość i moc, duże ich liczby mogą tworzyć sieci. Spire Global obsługuje konstelację ponad 100 CubeSatów (głównie 3U), które zbierają dane globalne i pełnią także pewne funkcje komunikacyjne ^[48]. Ich CubeSaty Lemur, na przykład, zbierają sygnały AIS (Automatic Identification System) ze statków oraz sygnały ADS-B z samolotów na całym świecie, co stanowi zarówno formę zdalnego monitoringu, jak i przekaźnika komunikacyjnego. Swarm Technologies (przejęte przez SpaceX) rozmieszcza miniaturowe satelity SpaceBEE 1/4U, tworząc sieć Internetu Rzeczy (IoT), będącą w istocie orbitalną usługą przesyłania wiadomości tekstowych dla bardzo niskich przepływów danych z podłączonych urządzeń z dowolnego miejsca na Ziemi. Satelita Swarm jest tak mały jak 11×11×2,8 cm (naprawdę „wielkości kęsa”), a jednak dzięki ich flocie zapewniają globalny zasięg do śledzenia zasobów lub przekazywania danych z czujników. Te przykłady pokazują, jak CubeSaty umożliwiają „internet z kosmosu” przy minimalnych kosztach. Dodatkowo, niektóre CubeSaty służą jako satelity radioamatorskie, działając jako przekaźniki lub nadając obrazy i telemetrię, które mogą odbierać krótkofalowcy – kontynuując długą tradycję edukacyjnych i amatorskich eksperymentów komunikacyjnych.
Nauka i eksploracja: Naukowcy zaczęli wykorzystywać CubeSaty jako mini sondy kosmiczne i instrumenty badawcze. Na niskiej orbicie okołoziemskiej wiele CubeSatów bada atmosferę Ziemi, pogodę kosmiczną i pole magnetyczne. Na przykład grupa CubeSatów może badać, jak plazma oddziałuje z magnetosferą Ziemi lub mierzyć promieniowanie kosmiczne niskim kosztem. Niektóre z nich przenoszą miniaturowe teleskopy lub detektory do obserwacji astronomicznych (choć niewielka apertura ogranicza ich możliwości). Warto zauważyć, że badania biomedyczne były prowadzone na CubeSatach – na przykład jeden CubeSat zawierał kolonie drożdży do badania uszkodzeń DNA spowodowanych promieniowaniem kosmicznym (misja BioSentinel). CubeSaty sprawdzają się także jako demonstratory technologii do eksploracji: misja NASA MarCO w 2018 roku wysłała dwa CubeSaty (każdy o rozmiarze 6U) w podróż na Marsa. Stały się one pierwszymi CubeSatami działającymi w głębokiej przestrzeni kosmicznej, przekazując na żywo dane z lądowania sondy InSight na Marsie z powrotem na Ziemię ^[49]. MarCO udowodnił, że nawet mini-satelity mogą sprostać trudom podróży międzyplanetarnej i pełnić kluczowe funkcje przekaźników komunikacyjnych z odległości 150 milionów kilometrów. Następnie NASA wysłała CubeSaty w kierunku Księżyca – w 2022 roku CubeSat CAPSTONE (rozmiar 12U) został wysłany na Księżyc, aby zbadać nową orbitę i stał się pierwszym CubeSatem na orbicie Księżyca ^[50]. CubeSaty były również częścią misji Artemis I: NASA i partnerzy umieścili 10 CubeSatów na rakiecie Artemis I, aby przeprowadzić różne eksperymenty księżycowe i głębokokosmiczne ^[51]. Choć nie wszystkie zakończyły się sukcesem, podkreśla to, że nawet flagowe programy eksploracyjne uwzględniają dziś CubeSaty jako misje pomocnicze do zbierania dodatkowych danych naukowych. Możemy się spodziewać, że przyszłe misje na Marsa lub asteroidy zabiorą ze sobą CubeSaty jako towarzyszy do zwiadu lub równoległego zbierania danych z większymi statkami.
Edukacja i szkolenia: To był pierwotny cel CubeSatów i pozostaje ich kluczowym zastosowaniem. Uniwersytety na całym świecie włączają projekty CubeSat do programów nauczania inżynierii lotniczej lub nauk ścisłych, dając studentom praktyczne doświadczenie. Wiele CubeSatów przenosi proste eksperymenty naukowe lub testy technologiczne opracowane przez studentów. Wpływ edukacyjny jest ogromny – całe pokolenie młodych inżynierów zbudowało już sprzęt, który poleciał w kosmos, co jest niezwykle inspirujące. Programy takie jak „Fly Your Satellite!” ESA oraz inicjatywy edukacyjne NASA wyraźnie wspierają te misje budowane przez studentów. Nawet gdy głównym celem jest edukacja, CubeSaty często dostarczają przydatnych danych do badań naukowych (np. pomiar właściwości dolnej termosfery lub testowanie nowych czujników). Niektóre CubeSaty są budowane przez międzynarodowe zespoły studentów, co sprzyja globalnej współpracy. Dostępność CubeSatów sprawia, że nawet szkoły z ograniczonymi zasobami lub kraje dopiero rozpoczynające przygodę z kosmosem mogą uczestniczyć w tych projektach, budując lokalny kapitał ludzki w dziedzinach STEM.
Zastosowania wojskowe i obronne: Organizacje obronne również badają możliwości wykorzystania CubeSatów do swoich potrzeb. Ich niskie koszty i szybki rozwój są atrakcyjne do testowania nowych taktycznych zdolności kosmicznych. Na przykład wojsko wystrzeliwało CubeSaty z eksperymentalnymi ładunkami komunikacyjnymi, sensorami do obserwacji Ziemi/rozpoznania przy ograniczonym budżecie lub jako cele kalibracyjne i do szkolenia w zakresie nadzoru kosmicznego. Armia i Siły Powietrzne USA sponsorowały programy CubeSat (takie jak obrazujący CubeSat Kestrel Eye do taktycznego wsparcia obrazowania naziemnego czy różne wyzwania smallsat DARPA). CubeSaty nie zastąpią dużych satelitów szpiegowskich do obrazowania o wysokiej rozdzielczości czy bezpiecznej komunikacji, ale mogą je uzupełniać i zapewniać redundancję. Na przykład grupa tanich CubeSatów obrazujących mogłaby zostać szybko rozmieszczona, aby uzyskać „wystarczająco dobre” zdjęcia wybranego obszaru, a rój CubeSatów mógłby potencjalnie wykrywać starty rakiet lub zakłócać radary przeciwnika w przyszłości. Ten obszar wciąż się rozwija, ale obrona stanowi rosnącą część bazy użytkowników CubeSatów. Warto zauważyć, że początkowo agencje wywiadowcze i wojsko były sceptyczne wobec CubeSatów, ale wraz z dojrzewaniem technologii dostrzegły ich wartość; obecnie nawet amerykańskie Narodowe Biuro Rozpoznania (NRO) regularnie wystrzeliwuje ładunki CubeSat do rozwoju technologii.
Rozwój technologii i usługi komercyjne: Wreszcie, same CubeSaty często są aplikacją – to znaczy, firmy wykorzystują CubeSaty do testowania i udowadniania nowych technologii kosmicznych (takich jak zminiaturyzowane sensory, napędy czy AI na chipie w przestrzeni kosmicznej), które później można skalować. Coraz częściej oferują też bezpośrednie usługi: przedsięwzięcia komercyjne wykorzystują CubeSaty do codziennego obrazowania (Planet), danych pogodowych (Spire), śledzenia statków i samolotów (Spire, HawkEye 360), dwukierunkowej komunikacji dla IoT (Swarm), globalnego śledzenia statków AIS (exactEarth przez małe satelity Orbcomm), a nawet potencjalnie do przetwarzania danych w chmurze w kosmosie lub reklamy (niektóre startupy proponowały wykorzystanie małych satelitów do wyświetlania billboardów lub przetwarzania danych ponad atmosferą). Można powiedzieć, że jesteśmy w erze „usług smallsat”, z których wiele opiera się na sprzęcie klasy CubeSat. Usługi te są często sprzedawane przedsiębiorstwom lub agencjom rządowym, które doceniają niższe koszty i możliwość częstej modernizacji sieci satelitarnej dzięki nowym technologiom (ponieważ CubeSaty mają krótszą żywotność, konstelacje można stale aktualizować ulepszonymi modelami).

Warto zauważyć, że CubeSaty mają swoje ograniczenia: ich niewielki rozmiar ogranicza moc i aperturę, więc nie mogą robić wszystkiego, co potrafi duży satelita. Jednak częścią innowacji jest dostosowywanie misji do tego, co CubeSaty potrafią robić dobrze. Latając w większej liczbie, można przezwyciężyć indywidualne ograniczenia (to idea rozdzielania zadań na konstelację). Wraz z postępem technologii w małych urządzeniach (lepsze kamery, lepsze radia, rozkładane struktury itp.), granica możliwości CubeSatów stale się przesuwa. W 2025 roku widzieliśmy już CubeSaty odkrywające egzoplanety (CubeSat ASTERIA użył małego teleskopu do wykrycia tranzytów egzoplanet), mierzące chmury lodowe (NASA IceCube 3U mierzył lód atmosferyczny), testujące żagle słoneczne (LightSail-2), a nawet podejmujące próby spotkań z asteroidami (japońskie CubeSaty OMOTENASHI i ArgoMoon zostały wystrzelone w kierunku Księżyca na Artemis I). Zakres zastosowań stale rośnie.

Cytując Petera Platzera ze Spire, „Małe, tanie satelity mają moc zmieniania biznesu i ratowania życia.” ^[52] Od śledzenia nielegalnych połowów po ulepszanie prognoz pogody w odległych regionach, CubeSaty bezpośrednio przyczyniają się do rozwiązywania rzeczywistych problemów w sposób, który wcześniej był niepraktyczny. A dzięki zwiększeniu dostępności przestrzeni kosmicznej, uwolniły kreatywność w różnych sektorach – od rolnictwa, przez logistykę, po nauki o klimacie – dając początek nowym zastosowaniom, które wykorzystują aktualne, globalne dane z orbity.

Główni gracze i organizacje zaangażowane

Biorąc pod uwagę powyższe różnorodne zastosowania, nie dziwi fakt, że w obszarze CubeSatów zaangażowanych jest wiele podmiotów. Poniżej przedstawiamy główne kategorie i przykłady kluczowych organizacji:

Agencje kosmiczne (NASA, ESA itd.): Rządowe agencje kosmiczne były jednymi z pierwszych zwolenników i użytkowników CubeSatów. NASA w szczególności zaangażowała się w CubeSaty poprzez programy takie jak CubeSat Launch Initiative (który, jak wspomniano, wyniósł na orbitę ponad 150 edukacyjnych CubeSatów) i zintegrowała CubeSaty z misjami naukowymi (np. MarCO na Marsie, Lunar Flashlight, BioSentinel itd.). NASA wykorzystuje CubeSaty do „wypełniania strategicznych luk w wiedzy” oraz jako tanie platformy testowe dla nowych technologii ^[53]. ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) również prowadzi programy CubeSat, często poprzez swoje Biuro Edukacji (program „Fly Your Satellite!” dla zespołów uniwersyteckich) oraz jako część misji demonstracyjnych technologii. Zarówno NASA, jak i ESA finansują rozwój zaawansowanych technologii CubeSat (takich jak mini napędy, komunikacja między-satelitarna itd.), aby poszerzyć możliwości tych minisatelitów. Inne agencje narodowe – np. JAXA (Japonia), ISRO (Indie), Roskosmos (Rosja), CNSA (Chiny) – również wystrzeliły CubeSaty lub wspierały swoje uniwersytety/firmy w ich realizacji. W rzeczywistości praktycznie każde państwo prowadzące działalność kosmiczną ma obecnie jakąś aktywność związaną z CubeSatami. Nawet mniejsze agencje narodowe w krajach takich jak Korea Południowa, Australia, Kanada oraz wiele w Ameryce Południowej i Afryce inwestują w projekty CubeSat jako sposób na wzmocnienie swoich możliwości kosmicznych niskim kosztem. Dla agencji kosmicznych CubeSaty to doskonały sposób na zaangażowanie nowego pokolenia, wypełnienie niszowych potrzeb danych i szybkie testowanie najnowszych technologii. Jednak agencje zazwyczaj nie polegają na CubeSatach w przypadku krytycznych potrzeb operacyjnych (np. nie zastąpisz całkowicie dużych satelitów pogodowych NOAA CubeSatami – ale możesz je uzupełnić lub najpierw przetestować nowe sensory na CubeSatach).
Uniwersytety i instytucje badawcze: Rola środowiska akademickiego jest kluczowa. Uniwersytecki CubeSat to praktycznie osobny gatunek. Dziesiątki uniwersytetów na całym świecie posiada laboratoria lub kluby zajmujące się rozwojem CubeSatów. Cal Poly i Stanford zapoczątkowały ten trend, ale wiele innych podjęło wyzwanie: MIT, University of Michigan, Georgia Tech, UT Austin, Cornell, wśród wielu w USA, a także gracze międzynarodowi jak TU Delft (Holandia), University of Tokyo (Japonia), Surrey (Wielka Brytania), UPC Barcelona (Hiszpania) itd. Te instytucje wspólnie wystrzeliły setki CubeSatów. Często współpracują z agencjami (w zakresie startów lub finansowania), a czasem z przemysłem. Uniwersyteckie CubeSaty zazwyczaj mają na celu publikację wyników naukowych lub demonstrację nowego pomysłu (ponieważ „walutą” nauki są wyniki badań i kształcenie studentów). Warto wspomnieć, że niektóre szkoły średnie i organizacje edukacyjne non-profit również dołączyły do tego grona, inspirując uczniów przed studiami. Dominacja uniwersytetów sprawia, że CubeSaty stały się narzędziem rozwoju kadr w sektorze kosmicznym – wielu absolwentów, którzy zdobywali doświadczenie przy CubeSatach, trafia później do firm kosmicznych lub zakłada własne.
Firmy prywatne – operatorzy CubeSatów: Wiele prywatnych firm specjalizuje się w obsłudze konstelacji CubeSatów w celu świadczenia usług. Wspomnieliśmy już o kilku: Planet Labs (obrazowanie), Spire Global (pogoda, dane o statkach/samolotach, analityka danych Ziemi), Swarm (komunikacja IoT). Firmy te są w istocie dostawcami danych z kosmosu, opierającymi się na sprzęcie CubeSat. Kolejną jest GeoOptics (zbieranie danych pogodowych przez GPS radio occultation, podobnie jak Spire), oraz HawkEye 360, która wykorzystuje nieco większe satelity do monitorowania emisji radiowych (mapowanie widma, wywiad sygnałowy itp.). Istnieją także firmy takie jak AST SpaceMobile i OneWeb, które rozmieszczają małe satelity do szerokopasmowego internetu – choć są to mikrosatelity, a nie CubeSaty, pokazuje to, jak mentalność wielu satelitów w konstelacji, inspirowana CubeSatami, przeniknęła do branży. Według analiz branżowych, zaledwie kilku komercyjnych graczy odpowiada za dużą część wszystkich CubeSatów wystrzelonych w ostatnich latach. W latach 2019–2024 prawie połowa wszystkich wystrzelonych CubeSatów pochodziła zaledwie z czterech firm: Planet, Spire, Swarm (obecnie część SpaceX) oraz firmy Sitronics (która obsługuje CubeSaty do obserwacji Ziemi) ^[54]. Sama Planet wystrzeliła w tym okresie około 270 CubeSatów (średnio ~45 rocznie), aby utrzymać i rozbudować swoją flotę ^[55]. Firmy te zazwyczaj same produkują satelity (zarówno Planet, jak i Spire, jak wspomniano), ponieważ szybka iteracja projektów i wymiana satelitów po wejściu w atmosferę lub ich dezaktualizacji jest kluczowa dla ich działalności ^[56]. Ich sukces udowodnił opłacalność biznesów opartych na CubeSatach i przyciągnął inwestycje do tego sektora.
Firmy prywatne – producenci i dostawcy: Oprócz tych, którzy obsługują satelity, istnieje cały ekosystem firm, które budują CubeSaty lub dostarczają komponenty jako usługę dla innych. Przykładami są AAC Clyde Space (powstała z połączenia Clyde Space w Szkocji i ÅAC Microtec w Szwecji), GomSpace (Dania), NanoAvionics (Litwa/USA), Blue Canyon Technologies (USA), Tyvak (USA), ISISpace (Holandia), Pumpkin Inc. (jeden z pierwszych dostawców zestawów CubeSat), Sinclair Interplanetary (obecnie część Rocket Lab, znana z kół reakcyjnych i magnetotorquerów do CubeSatów) i wiele innych. Firmy te sprzedają gotowe platformy CubeSat lub budują je na zamówienie pod konkretną misję. Obsługują zarówno operatorów komercyjnych, którzy nie chcą wszystkiego budować samodzielnie, jak i klientów rządowych/akademickich, którzy mają pomysł na misję, ale potrzebują wsparcia przemysłu, by ją zrealizować. Jednak, jak zauważono w jednej analizie, muszą się mierzyć z konkurencją ze strony produkcji własnej dużych konstelacji ^[57]. Mimo to „łańcuch dostaw CubeSat” jest dobrze ugruntowany. Nawet dostawcy usług wynoszenia na orbitę, tacy jak SpaceX i Rocket Lab, mają spółki zależne lub programy integrujące wdrożenia CubeSatów (np. Rocket Lab przejął Sinclair i oferuje klientom pełną usługę „satelita jako usługa”).
Dostawcy usług wynoszenia na orbitę: Choć nie są bezpośrednio budowniczymi CubeSatów, są kluczowymi uczestnikami rynku. Firmy takie jak SpaceX (ze swoim programem rideshare) i Rocket Lab (małe dedykowane starty) w dużej mierze umożliwiły rozkwit CubeSatów, oferując przystępne cenowo miejsca startowe. Istnieją także brokerzy, tacy jak Spaceflight Industries i NanoRacks, którzy agregują starty CubeSatów. Te podmioty czasem pojawiają się w dyskusjach o CubeSatach jako „główni gracze”, ponieważ bez nich żaden z tych małych satelitów nie trafiłby na orbitę. Synergia między tanimi, wielokrotnego użytku rakietami (SpaceX) a licznymi CubeSatami to ważny element ekosystemu. W 2023 roku częste misje Transporter SpaceX ustanowiły rekordy pod względem liczby wyniesionych satelitów – pojedynczy Falcon 9 może wypuścić ponad 100 małych satelitów, z których wiele to CubeSaty. To sprawiło, że SpaceX stał się ostatnio dominującym dostawcą startów dla CubeSatów ^[58]. Tymczasem dedykowana, mniejsza rakieta Rocket Lab może umieszczać CubeSaty na orbitach, do których duże rakiety mogą nie dotrzeć (np. o określonych inklinacjach). Nowi dostawcy (Firefly, nieistniejący już LauncherOne Virgin Orbit, Astra oraz nadchodzące, takie jak Terran od Relativity czy SSLV od ISRO) również celują w ten rynek wynoszenia małych satelitów. To konkurencyjny obszar napędzany popytem, który pomogły stworzyć CubeSaty.
Organizacje i konsorcja: Warto również wspomnieć o różnych organizacjach, które utrzymują zasoby dla twórców CubeSatów. Na przykład CubeSat Project na Cal Poly aktualizuje CubeSat Design Specification i organizuje warsztaty dla deweloperów. Nanosatellite & CubeSat Database (prowadzona przez Erika Kulu) to znane publiczne źródło śledzące wszystkie starty CubeSatów ^[59]. Profesjonalne konferencje, takie jak coroczna SmallSat Conference w Utah oraz CubeSat Developers Workshop w Kalifornii, są miejscami spotkań wszystkich tych uczestników. Grupy branży kosmicznej, w tym Space Foundation (która uhonorowała CubeSaty) oraz różne krajowe towarzystwa kosmiczne, promują działalność CubeSatów.

Podsumowując, rewolucja CubeSat to wysiłek wielu graczy: NASA i ESA dały początkowy impuls i wykorzystują je do badań naukowych; firmy takie jak Planet i Spire przekształciły je w opłacalne biznesy; uniwersytety na całym świecie traktują je jako poligony szkoleniowe i testowe innowacji; a wspierający przemysł producentów i dostawców usług startowych powstał, by zaspokoić popyt. Ta powiązana sieć nieustannie przesuwa granice możliwości CubeSatów.

Wyróżniające się misje CubeSat

Aby docenić wpływ CubeSatów, przyjrzyjmy się wybranym wyróżniającym się misjom (z przeszłości i teraźniejszości), które ilustrują ich osiągnięcia:

Pierwsze CubeSaty (2003): Pierwszy start w czerwcu 2003 roku obejmował CubeSat XI-IV (zbudowany przez Uniwersytet Tokijski) oraz kilka innych z uniwersytetów takich jak Cal Poly i partnerów Stanforda ^[60]. Te CubeSaty 1U były prymitywne według dzisiejszych standardów – ich celem było często jedynie wysłanie prostego sygnału radiowego, zrobienie pojedynczego zdjęcia lub wykazanie, że elektronika zbudowana przez studentów przetrwa start. Jednak ta misja udowodniła wykonalność koncepcji i zapoczątkowała globalny ruch CubeSatów.
GeneSat-1 (2006): Jeden z pierwszych CubeSatów NASA Ames Research Center (3U), który przewoził żywe bakterie, aby badać ich reakcję na środowisko kosmiczne. GeneSat-1 był jednym z pierwszych eksperymentów biologicznych w CubeSacie i działał z powodzeniem, pokazując, że nawet badania naukowe nad życiem można prowadzić na tej małej platformie.
PhoneSat (2013): Seria małych CubeSatów 1U zbudowanych przez NASA Ames, które dosłownie wykorzystywały smartfon z Androidem jako centralną awionikę. PhoneSat 1.0 i 2.0 zostały wystrzelone w 2013 roku, aby sprawdzić, czy czujniki/kamery telefonu mogą działać w kosmosie i sterować satelitą ^[61]. Przesyłały zdjęcia i udowodniły, że telefon za 300 dolarów może być „mózgiem” satelity – to uderzająca demonstracja filozofii COTS. (Jeden z PhoneSatów, zabawnie, został nazwany „Alexander” na cześć Alexandra Grahama Bella i wysłał z orbity wiadomość „Hello, world” alfabetem Morse’a.)
Konstelacja Flock (2014–obecnie): To jest trwająca misja Planet Labs. „Flock-1” został po raz pierwszy rozmieszczony z ISS na początku 2014 roku: partia 28 CubeSatów, z których każdy był 3U satelitą obrazującym Dove, została wypuszczona na orbitę, aby rozpocząć obrazowanie Ziemi. Było to największe jednorazowe rozmieszczenie CubeSatów w tamtym czasie. Od tego czasu Planet nieprzerwanie wysyła kolejne Flocki ulepszonych Dove (w tym „SuperDoves” z lepszymi kamerami). Do ich osiągnięć należą: pierwsza prywatna firma, która codziennie obrazowała całą Ziemię, pierwsza, która jednocześnie obsługiwała ponad 100 satelitów na orbicie, oraz pokazanie, jak szybko można iterować projekt satelity (stosują zwinne podejście do rozwoju, wypuszczając nowe wersje co kilka miesięcy). W połowie lat 2020. konstelacja Planet jest wzorcowym przykładem komercyjnego sukcesu CubeSatów, charakteryzującym się wysoką niezawodnością i ogromną ilością zebranych danych. Już w 2015 roku mieli ponad 30 aktywnych CubeSatów i plany na ponad 100 ^[62], a cel ten osiągnęli w ciągu kilku lat.
ESTCube-1 (2013): Wyróżniam go jako reprezentanta „pierwszych narodowych CubeSatów”. ESTCube-1 był pierwszym satelitą Estonii (1U), zbudowanym przez studentów, który wystartował w 2013 roku ^[63]. Przewoził nowatorski eksperyment: rozwinięcie w przestrzeni kosmicznej przewodu żagla elektrycznego. Chociaż rozwinięcie przewodu częściowo się nie powiodło, satelita przesłał cenne dane i umieścił Estonię na mapie kosmicznej. Podobnie pierwsze satelity Litwy LitSat-1 i Łotwy Venta, peruwiański Chasqui, ghański GhanaSat-1 i wiele innych z lat 2014–2017 to CubeSaty. Każdy z nich jest ważny dla swojego kraju i pokazuje, że przestrzeń kosmiczna jest dostępna dla nowych uczestników dzięki CubeSatom.
MarCO – Mars Cube One (2018): Być może jedna z najbardziej dramatycznych misji CubeSat. MarCO składał się z dwóch CubeSatów 6U (o pseudonimach WALL-E i EVE) zbudowanych przez NASA JPL ^[64]. Zostały wystrzelone w maju 2018 roku razem z lądownikiem InSight zmierzającym na Marsa. Gdy InSight lądował na Marsie w listopadzie 2018 roku, CubeSaty MarCO przeleciały obok planety i odebrały telemetrię lądownika w czasie rzeczywistym, przekazując ją z powrotem na Ziemię – zasadniczo działając jako miniaturowe marsjańskie satelity komunikacyjne na orbicie. Pozwoliło to NASA na natychmiastowe potwierdzenie sukcesu lądowania InSight. Była to ryzykowna demonstracja (nigdy wcześniej CubeSaty nie działały poza orbitą Ziemi), ale zakończyła się spektakularnym sukcesem. Zrobiły nawet zdjęcia Marsa za pomocą miniaturowych kamer ^[65]. MarCO pokazał, że CubeSaty mogą odgrywać rolę w misjach dalekiego kosmosu, dodając możliwości przy stosunkowo niskich kosztach (18,5 mln USD za cały projekt MarCO) ^[66]. Jak ujął to główny inżynier JPL, Andy Klesh: „Ta misja zawsze polegała na przesuwaniu granic miniaturyzowanej technologii i sprawdzaniu, jak daleko może nas ona zaprowadzić… Postawiliśmy kamień milowy. Przyszłe CubeSaty mogą zajść jeszcze dalej.”^[67]
LightSail-2 (2019): CubeSat 3U opracowany przez The Planetary Society (organizację non-profit promującą eksplorację kosmosu), aby zademonstrować technologię żagla słonecznego. Został wystrzelony w połowie 2019 roku i z powodzeniem rozwinął dużą, odblaskową żagiel z mylaru (o powierzchni ok. 32 metrów kwadratowych) z małej ramy CubeSat. LightSail-2 zdołał podnieść swoją orbitę wykorzystując ciśnienie światła słonecznego – po raz pierwszy CubeSat (lub jakikolwiek satelita) użył żagla słonecznego do napędu na orbicie Ziemi. Misja ta zrealizowała długo wyczekiwaną wizję wykorzystania CubeSatów do testowania odważnych, nowych technik lotów kosmicznych. Zaangażowała także opinię publiczną (sfinansowana z darowizn) i udowodniła, że nawet napęd światłem jest możliwy w miniaturowym satelicie. LightSail-2 działał ponad 2 lata przed wejściem w atmosferę, znacznie przekraczając planowaną misję, co pokazało, jak solidny może być dobrze zaprojektowany CubeSat.
Misje CubeSat Artemis I (2022): Kiedy misja Artemis I NASA (pierwszy lot rakiety SLS i statku Orion) wystartowała na Księżyc w listopadzie 2022 roku, zabrała ze sobą 10 CubeSatów jako ładunki dodatkowe ^[68]. Było to bezprecedensowe – wysłanie dziesięciu CubeSatów w przestrzeń cislunarną. Misje obejmowały: CAPSTONE (który z powodzeniem osiągnął orbitę księżycową, aby zbadać planowaną orbitę dla przyszłej stacji Gateway) ^[69]; LunaH-Map (6U mapujący wodór na Księżycu – niestety jego silnik zawiódł); NEA Scout (CubeSat z żaglem słonecznym do odwiedzenia asteroidy – ale nie nawiązał kontaktu po wypuszczeniu); BioSentinel (eksperyment biologiczny z drożdżami – obecnie działa poza Księżycem); ArgoMoon (włoski CubeSat, który wykonał zdjęcia górnego stopnia rakiety i Księżyca); OMOTENASHI (mała japońska próba lądowania na Księżycu – nie udało się ustabilizować i rozbił się); oraz kilka innych ukierunkowanych na różne zadania naukowe. Nie wszystkie zakończyły się sukcesem, co podkreśla, że CubeSaty w głębokiej przestrzeni kosmicznej wciąż są wyzwaniem. Jednak sama obecność CubeSatów w misji księżycowej sygnalizuje, że są one teraz częścią narzędzi eksploracyjnych NASA, włączanych nawet do najbardziej prestiżowych misji.
SuperDove i Pelican firmy Planet (lata 2020.): Ulepszenia konstelacji Planet – CubeSaty SuperDove (3U) mają ulepszone obrazowanie z większą liczbą pasm spektralnych do monitorowania środowiska. Obecnie Planet rozwija niektóre satelity do nieco większych małych satelitów „Pelican” dla uzyskania wyższej rozdzielczości, co pokazuje trend firm CubeSat przechodzących na większe platformy dla większych możliwości, gdy ich początkowa konstelacja udowodniła istnienie rynku. To istotny trend misji: zacząć od CubeSatów, a następnie ewentualnie się rozwinąć po ugruntowaniu pozycji.
Konstelacja Spire (2010–2020): CubeSaty 3U firmy Spire, zwane LEMUR, tworzą wielozadaniową konstelację. Każdy CubeSat LEMUR posiada odbiornik AIS (do śledzenia statków), odbiornik ADS-B (do śledzenia samolotów) oraz instrument do radiookultacji GPS (do danych meteorologicznych). Wystrzelili ponad 100 takich satelitów, co czyni Spire drugim co do wielkości operatorem CubeSatów po Planet ^[70]. Warto odnotować misję Poprawa prognoz pogody: Spire dostarcza dane agencjom meteorologicznym z pomiarów CubeSatów, które uzupełniają tradycyjne satelity pogodowe, wypełniając luki, zwłaszcza nad oceanem. Pokazuje to, że konstelacja CubeSatów bezpośrednio przyczynia się do czegoś tak codziennego jak prognozowanie pogody.
Misje naukowe CubeSat: Kilka przykładów: QB50 (2017) – skoordynowany start 36 CubeSatów z 23 krajów, wszystkie badające dolną termosferę i zjawiska ponownego wejścia w atmosferę. Był to duży międzynarodowy projekt (sponsorowany przez UE), mający na celu zaangażowanie wielu uniwersytetów w jedną kampanię naukową. MinXSS – CubeSat Uniwersytetu Kolorado, który obserwował miękkie promieniowanie rentgenowskie Słońca, aby badać rozbłyski słoneczne. Dostarczył cennych danych naukowych o Słońcu. ASTERIA (2017) – CubeSat 6U JPL/MIT, który z powodzeniem dokonał precyzyjnych pomiarów światła w celu wykrywania tranzytów egzoplanet (udało mu się nawet wykryć małą egzoplanetę, za co otrzymał niewielką nagrodę NASA za osiągnięcia naukowe). Przykłady te pokazują, że poza misjami korporacyjnymi i eksploracyjnymi, CubeSaty przyczyniają się do badań naukowych na najwyższym poziomie.

Można by wymienić znacznie więcej przykładów (każdy CubeSat zwykle ma sprytny akronim i własną naszywkę misji!), ale powyższe pokazują różnorodność: od pierwszych maleńkich kostek nadających tylko sygnał dźwiękowy, po eksploratorów planetarnych i operacyjne konstelacje. Z każdym rokiem pojawiają się nowe „pierwsze razy”: pierwszy CubeSat na orbicie Marsa (MarCO), pierwszy przy Księżycu (CAPSTONE), pierwszy żagiel słoneczny, pierwszy do pomiaru tego czy innego zjawiska itd. CubeSaty stały się stałym elementem wiadomości kosmicznych ^[71] – coś dzieje się niemal co tydzień, czy to uniwersytet ogłasza gotowość swojego satelity, rakieta wynosi 50 naraz, czy nowy startup obiecuje usługę opartą na dziesiątkach CubeSatów.

Trendy w startach CubeSatów i wzroście rynku

Wzrost aktywności CubeSatów w ostatniej dekadzie był wykładniczy, a wszystko wskazuje na to, że trend ten się utrzyma (choć z pewnymi zmianami w sposobie wykorzystania CubeSatów). Kilka kluczowych statystyk i trendów do 2025 roku:

Gwałtowny wzrost liczby: „Od czasu wystrzelenia pierwszego CubeSata w 2003 roku, ich liczba rosła wykładniczo.” ^[72] Do końca 2014 roku wystrzelono około 75 CubeSatów ^[73]; przeskakując do końca 2023 roku, wystrzelono łącznie ponad 2 300 CubeSatów ^[74]. To przyspieszenie jest uderzające: tysięczny CubeSat został wystrzelony około 2018 roku – osiągnięcie 1 000 zajęło około 15 lat – ale dwutysięczny został osiągnięty na początku 2023 roku, mniej niż 5 lat później ^[75]. W rzeczywistości „pierwszy tysiąc zajęło prawie 16 lat, a drugi tysiąc tylko około 4 lata”, jak zauważa jedna z analiz ^[76]. Tempo w latach 20. XXI wieku to rząd kilkuset CubeSatów rocznie. Rok 2023 ustanowił nowy rekord z 359 CubeSatami wystrzelonymi w tym roku (z 390 wszystkich nanosatelitów) ^[77]. Oznacza to, że CubeSaty stanowiły znaczną część wszystkich satelitów wystrzelonych na świecie. Częściowo ten wzrost wynika z mega-lotów współdzielonych i rozwoju komercyjnych konstelacji.
Wzrost konstelacji vs pojedyncze misje: Wcześniej większość CubeSatów to były pojedyncze misje. Teraz widzimy, że duże konstelacje stanowią dużą część wystrzeleń. Ciągłe wdrażanie satelitów przez Planet i uzupełnianie konstelacji przez Spire oznacza dziesiątki wystrzeleń rocznie tylko od tych dwóch firm. Jednak pojawia się nowy trend: niektóre z tych firm zaczynają budować lub używać nieco większych satelitów w miarę dojrzewania ich usług (na przykład nowe satelity Pelican firmy Planet są większe niż klasa CubeSat, a niektóre firmy IoT przeszły z konstrukcji 1U na 6U, by zwiększyć możliwości). W najnowszych danych pojawia się uwaga, że „większość komercyjnych konstelacji przechodzi na większe satelity, [ale] nanosatelity nigdzie się nie wybierają.” ^[78] Sugeruje to, że choć niektóre programy CubeSat o dużej skali mogą się zmniejszyć wraz z przechodzeniem na większe satelity, nowe zastosowania CubeSatów wypełnią tę lukę. Format CubeSat prawdopodobnie pozostanie popularny dla demonstracji technologii, misji akademickich i nowych startupów, nawet jeśli dojrzałe konstelacje będą ewoluować.
Prognozy rynkowe: Rynek małych satelitów (w tym CubeSatów) jest jednym z najszybciej rozwijających się segmentów w branży lotniczej. Prognozy są różne, ale jeden z raportów oszacował wielkość rynku CubeSatów na 516 milionów dolarów w 2024 roku, z oczekiwanym rocznym wzrostem o ok. 15%, osiągającym około 1,55 miliarda dolarów do 2032 roku ^[79]. Inny sposób spojrzenia na to: do 2024 roku wystrzelono ponad 2500 CubeSatów, a prognozy wskazują, że w ciągu następnej dekady może zostać wystrzelonych ponad 10 000 CubeSatów (do połowy lat 30. XXI wieku), jeśli obecne trendy się utrzymają ^[80]. Oznaczałoby to jeszcze bardziej zatłoczoną niską orbitę okołoziemską, ale także znacznie większy przemysł. Czynnikami napędzającymi wzrost są rosnące zapotrzebowanie na dane z obserwacji Ziemi, dążenie do globalnej łączności IoT oraz zastosowania w nauce i obronności. Wzrost może jeszcze przyspieszyć, jeśli nastąpią przełomy (na przykład, jeśli CubeSaty będą zdolne do nowych misji w głębokiej przestrzeni kosmicznej lub nowych usług komercyjnych).
Trendy technologiczne: CubeSaty zmierzają także w kierunku większych możliwości. Standardowe 3U i 6U ustępują miejsca 12U+ dla niektórych misji, jak wspomniano. Obserwuje się także trend w kierunku modułowości i komponentów plug-and-play, co ułatwia nowym graczom budowę funkcjonalnych satelitów. Kolejnym trendem jest łączenie CubeSatów w koordynowane roje lub formacje – zamiast jednego satelity wykonującego wszystko, wysyła się kilka, które komunikują się ze sobą (np. do wykonywania trójwymiarowych pomiarów atmosfery Ziemi lub jako rozproszona antena). Koncepcja ta zyskuje na popularności w propozycjach naukowych. Widzimy także trend CubeSatów wykraczających poza orbitę okołoziemską: po MarCO i Artemis cubes planowane są CubeSaty do eksploracji asteroid, lądowniki księżycowe (miniaturowy lądownik to ogromne wyzwanie, ale zespoły próbują) oraz koncepcje rojów CubeSatów na Marsie lub w pasie asteroid. Pod koniec lat 20. XXI wieku może zostać podjęta pierwsza próba międzyplanetarnej sieci CubeSatów, jeśli ambitne plany NASA lub ESA się zmaterializują (na przykład ESA rozważała CubeSaty towarzyszące misji przechwytującej kometę).
Niezawodność i żywotność: Wczesne CubeSaty miały wysoki wskaźnik awaryjności (wiele nigdy nie nawiązało kontaktu lub szybko przestało działać). W miarę jak branża zdobywała doświadczenie, niezawodność się poprawia. Mimo to, akademickie CubeSaty mają opinię o ograniczonej żywotności – często 6 miesięcy do roku pracy. Komercyjne, budowane z większymi zasobami, działają dłużej (najnowsze SuperDoves firmy Planet mają projektowaną żywotność 3-4 lat na orbicie, ograniczoną głównie przez wysokość orbitalną i deorbitację). W artykule z 2024 roku zebrano dane o żywotności i zadano pytanie: czy awaryjność rośnie wraz z większą liczbą akademickich CubeSatów? Wniosek był taki, że metryki się różnią – częściowo sprawny, skomplikowany CubeSat może być naukowo cenniejszy niż prosty, który działa bez zarzutu ^[81]. W każdym razie obserwujemy powolną poprawę kontroli jakości w miarę dojrzewania projektów CubeSatów. Wiele uniwersytetów testuje teraz swoje CubeSaty w komorach termiczno-próżniowych i przeprowadza rygorystyczne kontrole, co dekadę temu nie było powszechne.
Ekonomia: Koszt jednostkowy możliwości stale spada. Obecnie rutynowo mówi się o koszcie na satelitę, a nie na misję. Niektóre firmy produkują satelity na taśmie montażowej (Planet słynęła z wykorzystania technik podobnych do produkcji elektroniki). Wraz ze skalowaniem produkcji koszty mogą dalej spadać. Jednak nowym czynnikiem jest zjawisko megakonstelacji (jak SpaceX Starlink z tysiącami satelitów o masie ~260 kg). Choć nie są to CubeSaty, wpływają na branżę małych satelitów, zajmując przepustowość startów i widmo częstotliwości. Niektóre firmy musiały zmienić plany w obliczu Starlinka lub OneWeb. Z drugiej strony, ogromny popyt na starty ze strony megakonstelacji obniżył koszty wynoszenia dla wszystkich – co przyniosło korzyści CubeSatom.

Ogólnie rzecz biorąc, trajektoria CubeSatów to wzrost i jeszcze większy wzrost, ale także ewolucja. Być może nie zawsze będziemy je nazywać „CubeSatami”, jeśli wyjdą poza kształt sześcianu, ale zasada małych, przystępnych cenowo satelitów umieszczanych w dużych ilościach nie zniknie. W najbliższej przyszłości można spodziewać się większej integracji małych satelitów z technologiami takimi jak AI (przetwarzanie danych na pokładzie w celu zmniejszenia potrzeb transmisji), łącza międzysatelitarne (CubeSaty komunikujące się ze sobą np. za pomocą łączy laserowych, tworząc sieci w kosmosie) oraz hybrydowe konstelacje (łączące duże i małe satelity).

Branżowi obserwatorzy będą także śledzić, jak rozwinie się rynek – czy nastąpi konsolidacja (fuzje) wśród licznych firm zajmujących się małymi satelitami? Czy dane z tych konstelacji stworzą nowe branże analityczne (co już dzieje się w startupach geoinformatycznych)? I jak zareagują duzi gracze – np. czy tradycyjni producenci satelitów zaczną masowo produkować mikrosatelity lub CubeSaty? W 2020 roku na przykład Airbus (znany z dużych satelitów) ogłosił plany budowy małych satelitów w stylu taśmowym, co pokazuje, że model spopularyzowany przez CubeSaty wpływa na całą branżę.

Warto zauważyć: nie wszystko jest tak różowe, niektóre wcześniejsze optymistyczne prognozy (z połowy lat 2010.) były zbyt wygórowane – przewidywano dziesiątki tysięcy CubeSatów do początku lat 2020., co nie do końca się spełniło, częściowo dlatego, że niektóre planowane konstelacje nie powstały lub przeszły na większe satelity ^[82]. Jednak w połowie lat 2020. rzeczywiście widzimy tysiące, więc być może chodziło tylko o kilka lat różnicy. Obecny konsensus jest taki, że rynek małych satelitów będzie się nadal dynamicznie rozwijał co najmniej przez następną dekadę, a CubeSaty będą stanowić jego znaczącą część.

Regulacje i obawy dotyczące śmieci orbitalnych

Drugą stroną umieszczania tak wielu małych satelitów jest pytanie: Czy zaśmiecamy przestrzeń kosmiczną i tworzymy zagrożenia? Śmieci orbitalne i zarządzanie ruchem satelitarnym stały się gorącymi tematami, gdy CubeSaty (i satelity ogólnie) się mnożą. Istnieje kilka konkretnych obaw i odpowiedzi:

Czas życia na orbicie i śmieci kosmiczne: Małe satelity, zwłaszcza te bez napędu, mogą pozostawać na orbicie przez wiele lat, potencjalnie stając się „kosmicznymi śmieciami” po zakończeniu działania. Powszechną wytyczną (ustanowioną przez NASA i przyjętą na arenie międzynarodowej) było, że każdy satelita na niskiej orbicie okołoziemskiej powinien zejść z orbity w ciągu 25 lat od zakończenia misji, aby zapobiec długoterminowemu zaśmieceniu. Wiele CubeSatów wynoszonych na wysokość do około 500 km naturalnie spada z powrotem w ciągu 25 lat dzięki oporowi atmosferycznemu. Jednak w początkowych latach niektóre CubeSaty były wysyłane na wyższe orbity (600–800 km), gdzie mogłyby pozostać przez dziesięciolecia lub nawet stulecia. Badanie NASA z 2015 roku wykazało, że spośród 231 CubeSatów wystrzelonych w latach 2000–2014, 46 (czyli około 1 na 5) pozostanie na orbicie dłużej niż 25 lat, a więc nie spełni wytycznych dotyczących ograniczania śmieci kosmicznych ^[83]. To wzbudziło alarm w społeczności kosmicznej: jeśli co roku będą wystrzeliwane setki nowych CubeSatów i wiele z nich pozostanie na orbicie przez dziesięciolecia, ryzyko kolizji wzrośnie.

CubeSaty są fizycznie małe (10–30 cm), ale w przypadku kolizji, ze względu na prędkości orbitalne, mogą zniszczyć lub poważnie uszkodzić innego satelitę. Są też trudniejsze do śledzenia niż duże satelity (choć od połowy lat 2010. amerykańska sieć śledzenia wykazała, że może śledzić praktycznie wszystkie CubeSaty aż do rozmiaru 1U ^[84]). Zatem wiedza o ich położeniu jest mniejszym problemem niż to, jak długo pozostają na orbicie i stanowią zagrożenie.

Odpowiedzialny wybór orbity: Jednym z prostych sposobów ograniczania problemu jest wynoszenie CubeSatów na niższe orbity. Wielu operatorów zaczęło robić to dobrowolnie. Jak wspomniano, Planet Labs wybrało niską orbitę przez ISS dla pierwszych misji właśnie po to, by ich satelity „same się oczyściły” w ciągu kilku miesięcy ^[85]. Chris Boshuizen, współzałożyciel Planet, powiedział w 2015 roku: „Mamy bardzo rygorystyczne zasady dotyczące ograniczania śmieci… naszą główną odpowiedzią jest wynoszenie na bardzo niskie orbity, które same się oczyszczają.” ^[86]. Dali przykład, zapewniając, że każdy niesprawny satelita szybko wejdzie ponownie w atmosferę. Boshuizen podkreślał też kulturę przejrzystości: Planet otwarcie udostępnia swoje dane o położeniu satelitów, aby wszyscy znali ich pozycje, wierząc, że „wspólne dobro przestrzeni kosmicznej musi być szanowane, a każdy jest odpowiedzialnym uczestnikiem… nie chcemy być firmą, która wszystko popsuje innym.”^[87]. To podejście jest dziś szeroko akceptowane wśród operatorów CubeSatów: nikt nie chce być znany jako źródło problemu śmieci kosmicznych.
Nowe przepisy (zasada 5 lat): W związku z narastającym zatłoczeniem, organy regulacyjne zaczęły zaostrzać przepisy. We wrześniu 2022 roku amerykańska Federalna Komisja Łączności (FCC) przyjęła znacznie surowszy wymóg: każdy satelita na niskiej orbicie okołoziemskiej, który zakończył swoją misję, musi zostać zdeorbitowany w ciągu 5 lat, a nie 25 ^[88]. Ta „zasada 5 lat” dotyczy satelitów wymagających licencji FCC (praktycznie wszystkich amerykańskich lub wystrzelonych przez USA satelitów korzystających z radia, co obejmuje większość CubeSatów). To istotna zmiana mająca na celu bezpośrednie ograniczenie przyszłych odpadów. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) podobnie zaktualizowała swoją politykę, wymagając usunięcia satelity po zakończeniu misji w ciągu 5 lat dla projektów ESA ^[89]. Te działania sygnalizują światowy trend w kierunku zaostrzania standardów ograniczania odpadów. Artykuł w Nature z 2025 roku chwalił te kroki, ale zauważył, że globalne przestrzeganie nawet starej zasady 25 lat było dotąd „luźne” ^[90] – co oznacza, że kluczowe będzie egzekwowanie przepisów. W 2023 roku FCC faktycznie nałożyła swoją pierwszą karę za nieprzestrzeganie przepisów dotyczących odpadów kosmicznych, karząc firmę (Dish Network) za niewłaściwe zdeorbitowanie satelity (był to duży satelita geostacjonarny, a nie CubeSat, ale ustanowiło to precedens, że regulatorzy podchodzą do sprawy poważnie) ^[91].

Dla producentów CubeSatów zasada 5 lat oznacza, że jeśli wystrzelisz satelitę na orbitę, na której naturalny rozpad potrwa dłużej niż 5 lat, musisz mieć plan aktywnego zdeorbitowania (np. za pomocą żagla oporowego lub napędu) na końcu życia satelity. W przeciwnym razie nie otrzymasz licencji na działanie. To skutecznie zniechęca do umieszczania CubeSatów powyżej ~600 km wysokości, ponieważ powyżej tej granicy 5-letni rozpad nie jest zapewniony bez specjalnych środków ^[92]. Można się spodziewać, że przyszłe CubeSaty na wyższych orbitach będą wyposażone w systemy takie jak rozkładane urządzenia oporowe lub małe silniki, aby spełnić ten wymóg. Już teraz niektóre firmy sprzedają żagle oporowe dostosowane do CubeSatów, które po rozłożeniu mogą znacznie przyspieszyć wejście w atmosferę.

Unikanie kolizji: Większość CubeSatów historycznie nie miała napędu, więc jeśli wykryto zagrożenie kolizją, nie mogły się poruszyć. Odpowiedzialność za unikanie zderzenia spoczywała więc na innych operatorach satelitów (zwykle większych satelitów z możliwością manewrowania), którzy musieli unikać zbliżenia (konjunkcji), jeśli było ono przewidywane. Nadal tak jest w wielu przypadkach. Jednak coraz więcej CubeSatów jest obecnie budowanych z napędem (nawet jeśli to tylko małe silniczki do drobnych korekt). W miarę kontynuowania tego trendu, możemy zobaczyć CubeSaty, które aktywnie unikają kolizji samodzielnie, co byłoby dużym plusem dla zarządzania ruchem kosmicznym. Jednak obecnie napęd w CubeSatach nie jest powszechny – występuje raczej w większych jednostkach (6U/12U) lub tych o szczególnych potrzebach misji.
Zarządzanie ruchem kosmicznym i śledzenie: Ogromna liczba małych satelitów przyspieszyła wysiłki na rzecz poprawy śledzenia i koordynacji. Wojskowa sieć nadzoru kosmicznego USA śledzi ponad 45 000 obiektów >10 cm (i miliony mniejszych fragmentów) ^[93]. CubeSaty zwiększają liczbę śledzonych obiektów, choć nadal stanowią niewielki ułamek w porównaniu do odpadów, takich jak stare fragmenty rakiet. Obawy budzi nie tylko istniejący już złom, ale także potencjalne powstawanie kolejnych, jeśli dojdzie do kolizji. Często omawianym „scenariuszem koszmaru” jest syndrom Kesslera – kaskada kolizji, która uczyni przestrzeń kosmiczną bezużyteczną ^[94]. Chociaż same CubeSaty raczej tego nie wywołają (większe ryzyko stanowią duże satelity lub zużyte człony rakiet), każdy śmieć zwiększa gęstość, a CubeSat może brać udział w kolizji generującej odłamki. Dlatego włączenie CubeSatów do przyszłych systemów zarządzania ruchem kosmicznym jest kluczowe. Instytucje takie jak FCC, NASA i partnerzy międzynarodowi pracują nad lepszym udostępnianiem danych i być może obowiązkowymi technologiami, jak aktywne transpondery na satelitach dla łatwiejszej identyfikacji.
Projektowanie pod kątem dezintegracji i ponownego wejścia: Kolejnym interesującym aspektem jest zapewnienie, że CubeSat podczas ponownego wejścia w atmosferę całkowicie się spali (aby uniknąć ryzyka obrażeń na ziemi). Zazwyczaj wszystko poniżej około 100 kg w większości wyparowuje, a CubeSaty są bardzo małe, więc zwykle nie ma problemu. Jednak jeśli CubeSat ma szczególnie wytrzymałe komponenty (np. elementy z tytanu lub stali nierdzewnej, albo gęste pakiety baterii), istnieje niewielka szansa, że fragmenty przetrwają wejście. Dlatego obecnie istnieją wytyczne dla projektantów satelitów, by używali materiałów, które dezintegrują się podczas wejścia, zwłaszcza w przypadku większych małych satelitów lub tych z dużymi elementami. CubeSaty w większości spełniają te wymagania ze względu na niewielkie rozmiary i cienkie aluminium, ale w miarę ich powiększania się (12U+) może to być brane pod uwagę. Inicjatywa ESA „Clean Space” i inne zachęcają do takich praktyk ^[95].
Inicjatywy Zero Debris: Niektóre organizacje postulują przyszłą normę „zerowej produkcji śmieci” – czyli każdy satelita powinien mieć niezawodny plan deorbitacji, a być może nawet być zaprojektowany do aktywnego deorbitowania innych satelitów lub przechwytywania odpadów. Choć to ambitne założenie, warto zauważyć, że niektóre misje CubeSat zostały nawet zaproponowane do walki z odpadami – na przykład CubeSat, który mógłby rozwinąć sieć lub linę na kawałku śmiecia (testowano to na małą skalę w misji RemoveDEBRIS, która nie była CubeSatem, lecz smallsatem). Możliwe, że w przyszłości roje CubeSatów, odpowiednio wyposażone, mogłyby nawet pomagać w sprzątaniu kosmicznych śmieci.
Odpowiedzialność prawna: Operatorzy CubeSatów podlegają tym samym międzynarodowym przepisom prawa kosmicznego co inni – państwo wynoszące satelitę ponosi odpowiedzialność za wszelkie szkody. Jeśli więc CubeSat spowodowałby kolizję, kraj, który go wystrzelił, mógłby ponieść konsekwencje. Nie zostało to jeszcze przetestowane w sądach (nie odnotowano dotąd kolizji spowodowanej przez CubeSata), ale motywuje to rządy do zapewnienia, że CubeSaty, które wystrzeliwują, są zgodne z normami bezpieczeństwa. W 2019 roku doszło do incydentu, gdy startup Swarm Tech wystrzelił cztery miniaturowe satelity bez zgody FCC (za pośrednictwem indyjskiej rakiety) – co spowodowało ostrą reprymendę ze strony FCC i zaostrzenie procedur. Te satelity były poniżej rozmiaru możliwego do śledzenia, co wzbudziło alarm. Firma poniosła konsekwencje i od tego czasu nikt nie próbował już nielegalnego wystrzelenia, co pokazuje, że nadzór regulacyjny nadążył za erą CubeSatów.

Podsumowując, społeczność aktywnie zajmuje się problemem odpadów orbitalnych związanych z CubeSatami. Wprowadzana zasada 5 lat i podobne środki to przełom, który powinien drastycznie ograniczyć przyszłe długotrwałe odpady z małych satelitów ^[96]. Od 2025 roku niemal każdy, kto wystrzeliwuje CubeSaty, jest świadomy tych obowiązków i zazwyczaj wybiera niską orbitę lub uwzględnia plan deorbitacji. Podsumowuje to cytat Chrisa Boshuizena: ustanawianie „twardych kodeksów postępowania, by zapewnić poszanowanie wspólnego dobra przestrzeni kosmicznej” ^[97]. Na arenie międzynarodowej pojawiają się wezwania do ujednolicenia tych surowszych zasad, by wszystkie kraje ich przestrzegały, zapobiegając powstaniu „wygodnych bander” jako luki prawnej ^[98].

Kolejnym ważnym krokiem jest rozwój usług Space Situational Awareness (SSA) – nawet dla CubeSatów operatorzy mogą subskrybować dane śledzące z U.S. Space Force lub firm takich jak LeoLabs (która używa naziemnych radarów do śledzenia odpadów), by wiedzieć o zbliżających się koniunkcjach. Wiele zespołów CubeSatów aktywnie monitoruje obecnie orbitę swojego satelity i planuje deorbitację na koniec życia, jeśli mają napęd.

To krzywa uczenia się: rewolucja CubeSat nastąpiła tak szybko, że przepisy przez pewien czas pozostawały w tyle, ale do połowy lat 2020. widzimy, że środowisko regulacyjne nadrabia zaległości, aby zapewnić zrównoważony rozwój. Przyszłe misje CubeSat prawdopodobnie będą musiały być jeszcze ostrożniejsze – np. być może będą musiały posiadać automatyczne systemy deorbitacji lub udowodnić żywotność <5 lat. Co napawa nadzieją, nawet przy wystrzeleniu tysięcy małych satelitów, żaden poważny incydent związany z odpadami nie został jak dotąd przypisany CubeSatom, a operatorzy są bardzo zainteresowani, aby tak pozostało, by uniknąć reakcji, która mogłaby ograniczyć całą branżę.

Podsumowując, nanosatelity i CubeSaty zmieniły nasze podejście do przestrzeni kosmicznej. W nieco ponad dwie dekady przeszliśmy od pojedynczego pomysłu CubeSat w uniwersyteckim laboratorium do tysięcy tych statków kosmicznych orbitujących wokół Ziemi i wyruszających dalej. Są przykładem „robienia więcej za mniej” – wykorzystania nowoczesnych technologii w miniaturowych urządzeniach do osiągania celów, które kiedyś wymagały satelitów ważących wiele ton. CubeSaty uczyniły kosmos bardziej dostępnym, częstszym i bardziej innowacyjnym. Jak zauważył współtwórca Jordi Puig-Suari, CubeSaty wprowadziły nowe sposoby prowadzenia działalności w kosmosie, które obecnie stanowią podstawę wielu misji w branży ^[99].

Podróż się nie kończy – w wielu aspektach dopiero się zaczyna. Możliwości CubeSatów stale rosną, a ich obecność na orbicie stanie się tak powszechna jak dużych satelitów. Będą pełnić role uzupełniające: nie zastąpią całkowicie dużych satelitów, ale wypełnią nisze i umożliwią nowe paradygmaty (takie jak rozproszone sieci sensorów czy szybka iteracja technologii na orbicie). Społeczeństwo również stało się częścią przedsięwzięć kosmicznych jak nigdy dotąd – poprzez edukacyjne projekty CubeSat, naukę obywatelską z wykorzystaniem danych CubeSat oraz finansowanie społecznościowe misji takich jak LightSail.

CubeSaty niosą ze sobą wyzwania (zarządzanie zatłoczeniem na orbicie, koordynacja częstotliwości radiowych itp.), ale globalna społeczność kosmiczna radzi sobie z nimi poprzez lepsze regulacje i rozwiązania techniczne. Efekt netto jest powszechnie postrzegany jako pozytywny: bardziej zdemokratyzowane i dynamiczne wykorzystanie przestrzeni kosmicznej.

Cytując Andy’ego Klesha z JPL po sukcesie Mars Cube One: „Wbiliśmy pal w ziemię… Przyszłe CubeSaty mogą zajść jeszcze dalej.” ^[100] Rzeczywiście, od niskiej orbity okołoziemskiej po Marsa i dalej, możemy się spodziewać, że te miniaturowe satelity (lub ich następcy) będą nadal poszerzać granice eksploracji i wykorzystania kosmosu, udowadniając, że czasem wielki wpływ mają małe pakiety.

Źródła:

Cytat Jordi Puig-Suari o wpływie CubeSat ^[101]
Wiadomości Cal Poly o historii i wpływie CubeSat ^[102]
Definicja CubeSat i liczby startów (Wikipedia/ESA) ^[103]
Dane nanosats.eu o klasach masy satelitów i rozmiarach CubeSat^[104]^[105]
Briefing NASA „Czym są CubeSaty”^[106]
Statystyki startów CubeSat (Erik Kulu, 2024)^[107]^[108]
Analiza branży CubeSat przez Ill-Defined Space (komercyjne vs akademickie) ^[109]
Peter Platzer o rewolucji nanosatelitarnej (WEF) ^[110]
SpaceNews/Spaceflight Now o odpadach i polityce Planet Labs ^[111]
Nature Communications Engineering o nowych 5-letnich zasadach deorbitacji ^[112]
Cytat Andy’ego Klesha (NASA/JPL) o misji MarCO ^[113]
Wikipedia o MarCO i CubeSatach w przestrzeni głębokiej ^[114]
NASA CAPSTONE informacja prasowa (orbita Księżyca) ^[115]
Badania rynku dotyczące wzrostu branży CubeSat ^[116]
Przegląd MDPI 2025 na temat zastosowań i wzrostu CubeSat ^[117]
Forum NASA Spaceflight / dane FCC dotyczące kosztów wspólnych lotów ^[118], ^[119]
Wiki o PhoneSats i CubeSats z ISS ^[120]
Spaceflight Now o badaniu czasu życia CubeSatów na orbicie ^[121]
Cytat Ryana Nugenta (Cal Poly CubeSat Lab) o wielkości branży ^[122]
Inne, jak cytowano powyżej. ^[123], ^[124], ^[125] itd.

References

Czym są nanosatelity i CubeSaty?

Czym są nanosatelity i CubeSaty?

Historia i ewolucja CubeSatów

Budowa i komponenty CubeSat

Budowa i wynoszenie CubeSatów

Koszty i dostępność

Zastosowania w różnych sektorach

Główni gracze i organizacje zaangażowane

Wyróżniające się misje CubeSat

Trendy w startach CubeSatów i wzroście rynku

Regulacje i obawy dotyczące śmieci orbitalnych

References

Mateusz Brzeziński

Search

Latest Posts