The current study designs the mission orbit of the lunar CubeSat spacecraft to measure the lunar local magnetic anomaly. To perform this mission, the CubeSat will impact the lunar surface over the Reiner Gamma swirl on the Moon. Orbit analyses are conducted comprising ${\Delta}V$ and error propagation analysis for the CubeSat mission orbit. First, three possible orbit scenarios are presented in terms of the CubeSat's impacting trajectories. For each scenario, it is important to achieve mission objectives with a minimum ${\Delta}V$ since the CubeSat is limited in size and cost. Therefore, the ${\Delta}V$ needed for the CubeSat to maneuver from the initial orbit toward the impacting trajectory is analyzed for each orbit scenario. In addition, error propagation analysis is performed for each scenario to evaluate how initial errors, such as position error, velocity error, and maneuver error, that occur when the CubeSat is separated from the lunar orbiter, eventually affect the final impact position. As a result, the current study adopts a CubeSat release from the circular orbit at 100 km altitude and an impact slope of $15^{\circ}$, among the possible impacting scenarios. For this scenario, the required ${\Delta}V$ is calculated as the result of the ${\Delta}V$ analysis. It can be used to practically make an estimate of this specific mission's fuel budget. In addition, the current study suggests error constraints for ${\Delta}V$ for the mission.
Characteristics of delta-V requirements for deploying an impactor from a mother-ship at different orbital altitudes are analyzed in order to prepare for a future lunar CubeSat impactor mission. A mother-ship is assumed to be orbiting the moon with a circular orbit at a 90 deg inclination and having 50, 100, 150, 200 km altitudes. Critical design parameters that are directly related to the success of the impactor mission are also analyzed including deploy directions, CubeSat flight time, impact velocity, and associated impact angles. Based on derived delta-V requirements, required thruster burn time and fuel mass are analyzed by adapting four different miniaturized commercial onboard thrusters currently developed for CubeSat applications. As a result, CubeSat impact trajectories as well as thruster burn characteristics deployed at different orbital altitudes are found to satisfy the mission objectives. It is concluded that thrust burn time should considered as the more critical design parameter than the required fuel mass when deducing the onboard propulsion system requirements. Results provided through this work will be helpful in further detailed system definition and design activities for future lunar missions with a CubeSat-based payload.
Stesina, Fabrizio;Corpino, Sabrina;Borras, Eduard Bosch;Amo, Jose Gonzalez Del;Pavarin, Daniele;Bellomo, Nicolas;Trezzolani, Fabio
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.9
no.3
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pp.195-215
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2022
The increasing interest in CubeSat platforms ant their capability of enlarging the frontier of possible missions impose technology improvements. Miniaturized electrical propulsion (EP) systems enable new mission for multi-unit CubeSats (6U+). While electric propulsion systems have achieved important level of knowledge at equipment level, the investigation of the mutual impact between EP system and CubeSat technology at system level can provide a decisive improvement for both the technologies. The interaction between CubeSat and EP system should be assessed in terms of electromagnetic emissions (both radiated and conducted), thermal gradients, high electrical power management, surface chemical deposition, and quick and reliable data exchanges. This paper shows how a versatile CubeSat Test Platform (CTP), together with standardized procedures and specialized facilities enable the acquisition fundamental and unprecedented information. Measurements can be taken both by specific ground support equipment placed inside the vacuum facility and by dedicated sensors and subsystems installed on the CTP, providing a completely new set of data never obtained before. CTP is constituted of a 6U primary structure hosting the EP system, representative CubeSat avionics and batteries. For the first test campaign, CTP hosts the ambipolar plasma propulsion system, called Regulus and developed by T4I. After the integration and the functional test in laboratory environment, CTP + Regulus performed a Test campaign in relevant environment in the vacuum chamber at CISAS, University of Padua. This paper is focused on the test campaign description and the main results achieved at different power levels for different duration of the firings.
CubeSats classified as pico-class satellite require a ground station to track the satellite, transmit a command, and receive an on-orbit data such as SOH (State-of-Health) and mission data according to the operation plan. For this, ground station system has to be properly designed to perform a communication to with the satellite with enough up- and down-link budgets. In this study, a conceptual design of the ground station has been performed for the CubeSat named as STEP Cube Lab. (Cube Laboratory for Space Technology Experimental Project). The paper includes a ground station hardware interface design, link budget analysis and a ground station software realization. In addition, the operation plan of the ground station has been established considering the STEP Cube Lab. mission requirements.
Jo, Hye Jeong;Jin, Ho;Park, Hyeonhu;Kim, Khan-Hyuk;Jang, Yunho;Jo, Woohyun
Journal of Space Technology and Applications
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v.2
no.1
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pp.41-51
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2022
CubeSat is a satellite platform that is widely used not only for earth observation but also for space exploration. CubeSat is also used in magnetic field investigation missions to observe space physics phenomena with various shape configurations of magnetometer instrument unit. In case of magnetic field measurement, the magnetometer instrument should be far away from the satellite body to minimize the magnetic disturbances from satellites. But the accommodation setting of the magnetometer instrument is limited due to the volume constraint of small satellites like a CubeSat. In this paper, we investigated that the magnetic field interference generated by the cube satellite was analyzed how much it can affect the reliability of magnetic field measurement. For this analysis, we used a reaction wheel and Torque rods which have relatively high-power consumption as major noise sources. The magnetic dipole moment of these parts was derived by the data sheet of the manufacturer. We have been confirmed that the effect of the residual moment of the magnetic torque located in the middle of the 3U cube satellite can reach 36,000 nT from the outermost end of the body of the CubeSat in a space without an external magnetic field. In the case of accurate magnetic field measurements of less than 1 nT, we found that the magnetometer should be at least 0.6 m away from the CubeSat body. We expect that this analysis method will be an important role of a magnetic cleanliness analysis when designing a CubeSat to carry out a magnetic field measurement.
The CubeSat, which was first launched to verify new technologies and for educational purposes, is now widely used as an educational tool since it makes possible development of manpower through practical training to produce the satellite at low development costs. At present, research and development on the CubSat is rapidly expanding in domestic and foreign universities. As one of the final 3 teams selected in the 2013 CUBE SATELLITE CONTEST organized by the Ministry of Science, ICT and Future Planning, Chosun University is also currently conducting R & D of STEP Cube Lab, which is a CubeSat scheduled to be launched in 2015 and whose main task is to verify space-based technologies in orbit. The present paper tries to present an overview of the CubeSat of Chosun University whose development is being led by its undergraduate students, and further, introduce the strengths of the present development program for developing space experts, based on the educational achievements from the R & D.
Jeong, Seonyeong;Lee, Hyojeong;Lee, Seongwhan;Shin, Jehyuck;Lee, Jungkyu;Jin, Ho
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.33
no.4
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pp.335-344
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2016
Scientific CubeSat with Instruments for Global Magnetic Fields and Radiations (SIGMA) is a 3-U size CubeSat that will be operated in low earth orbit (LEO). The SIGMA communication system uses a very high frequency (VHF) band for uplink and an ultra high frequency (UHF) band for downlink. Both frequencies belong to an amateur band. The ground station that communicates with SIGMA is located at Kyung Hee Astronomical Observatory (KHAO). For reliable communication, we carried out a laboratory (LAB) test and far-field tests between the CubeSat and a ground station. In the field test, we considered test parameters such as attenuation, antenna deployment, CubeSat body attitude, and Doppler frequency shift in transmitting commands and receiving data. In this paper, we present a communication performance test of SIGMA, a link budget analysis, and a field test process. We also compare the link budget with the field test results of transmitting commands and receiving data.
This paper analyzes delta-Vs to maintain an extremely low altitude on the Moon and investigates the possibilities of performing a CubeSat mission. To formulate the station-keeping (SK) problem at an extremely low altitude, current work has utilized real-flight performance proven software, the Systems Tool Kit Astrogator by Analytical Graphics Inc. With a high-fidelity force model, properties of SK maneuver delta-Vs to maintain an extremely low altitude are successfully derived with respect to different sets of reference orbits; of different altitudes as well as deadband limits. The effect of the degree and order selection of lunar gravitational harmonics on the overall SK maneuver strategy is also analyzed. Based on the derived SK maneuver delta-V costs, the possibilities of performing a CubeSat mission are analyzed with the expected mission lifetime by applying the current flight-proven miniaturized propulsion system performances. Moreover, the lunar surface coverage as well as the orbital characteristics of a candidate reference orbit are discussed. As a result, it is concluded that an approximately 15-kg class CubeSat could maintain an orbit (30-50 km reference altitude having ${\pm}10km$ deadband limits) around the Moon for 1-6 months and provide almost full coverage of the lunar surface.
Guee Won, Moon;Cheol Hea, Koo;Seongyun, Lee;In Hoi, Koo;Sang Il, Ahn
Journal of Aerospace System Engineering
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v.16
no.6
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pp.81-89
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2022
This study measured the radio environment of 10 domestic institutions with CubeSat ground stations for 24 hours in three frequency bands (VHF/UHF/S-band) allocated by the International Telecommunication Union (ITU). The impact of the RF environment around the ground stations on CubeSat downlink frequencies was analysed and compared with acceptable interference noise requirements from the CubeSat RF link. The findings indicate that not only the selection of downlink frequency but also the configuration of RF communication link design and ground station system of CubeSat should consider the S-band RF environment around the ground station due to the presence of several wireless devices.
The CubeSats is classified as a pico-class satellite which requires a ground station to track the satellite, transmit commands, and receive an on-orbit data such as SOH (State-of-Health) and mission data according to the operation plan. In order to this, the ground station system has to be properly designed to perform a communication to with the satellite with enough up- and down-link budgets. In this study, a conceptual design of the ground station has been performed for the CubeSat named as STEP Cube Lab. (Cube Laboratory for Space Technology Experimental Project). The paper includes a ground station hardware interface design, a link budget analysis and a ground station software realization. In addition, the operation plan of the ground station has been established considering the STEP Cube Lab. mission requirements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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