カナダ先端ナノスペース実験プログラム

カナダ先端ナノスペース実験 (CanX) プログラムは、トロント大学航空宇宙研究所、宇宙飛行研究所 (UTIAS/SFL)が運営するカナダのCubeSat ナノ衛星プログラムです。このプログラムの目的は、大学院生を宇宙飛行開発プロセスに参加させ、科学研究とナノスケールデバイスのテストのために低コストで宇宙へのアクセスを提供することです。CanX プロジェクトには、CanX-1、CanX-2、BRIght Target Explorer (BRITE)、CanX-4 および CanX-5 が含まれます。^[1]

CanXプログラム

カナダ先端ナノスペース実験 (CanX) プログラムは、カナダ初のナノ衛星プログラムであり、現時点では唯一のプログラムです。トロント大学航空宇宙研究所、宇宙飛行研究所 (UTIAS/SFL) の教員と大学院生によって運営されています。このプログラムは、UTIAS/SFL のマネージャーである Robert E. Zee 博士によって 2001 年に設立され、スタンフォード大学とカリフォルニア工科州立大学が開始したCubeSatプログラムに基づいています。プロジェクトには、CanX-1、CanX-2、CanX-3 (BRITE)、CanX-4 および CanX-5 があります。

このプログラムの目的は、大学院生を宇宙船開発のプロセスに参加させ、科学研究や軌道上のナノスケールデバイスのテストのために比較的低コストで宇宙へのアクセスを提供することです。2009年3月、CanX-2は軌道上で1年目を終えました。^[2]

カンX-1

Canadian Advanced Nanospace eXperiment 1 ( CanX-1、COSPAR 2003-031H) は、カナダ初のナノ衛星であり、1 ユニットのCubeSatです。質量は 1 kg 未満で、10 cm の立方体に収まり、2 ワット未満で動作します。

CanX-1は22か月で完成し、 2003年6月30日14:15 UTCにユーロコット・ローンチ・サービス社によってロシアのプレセツクから、微小変動・振動望遠鏡とともに打ち上げられた。打ち上げ後、地球との通信は途絶えた。

操作モード

CanX-1 の動作モードは次のとおりです。

セーフホールド/スリープ
デタンブリング/トルク
ペイロードアクティブ

各モードでは、OBC は常にすべてのソーラーパネルと内部回路基板に搭載された温度、電圧、電流センサーからテレメトリデータを収集しています^。2

セーフホールド

セーフホールドモードでは、OBC は最小電力を維持し、無線は受信モードになります。十分な電力が利用できる場合、無線は 1 分あたり 1 回弱の頻度でビーコンパルスを送信します。すべてのペイロード、磁気トルク、および磁力計はオフになります。CanX-1 は、緊急事態が発生するとセーフホールドモードに切り替わり、必要な修正が実行された後、通常の操作を再開するように指示されるまでこのモードのままになります。また、長期間にわたってミッションや実験を行っていないときは、地上のオペレータがセーフホールドモードにすることもできます。

デタンブリング/トルク

CanX-1 は、指示があった場合にのみデタンブリング/トルクモードに切り替わります。これは、ナノ衛星のタンブリングレートを下げて、CanX-1 の動きによって撮影された画像がぼやけないようにするためです。このモードは、CanX-1 のタンブリングレートを上げて、長い遅延なしに複数の方向から画像を撮影するためにも使用できます。3 つの磁気トルク装置と磁力計が同時にオンになっているときに最大電力を使用し、十分な電力が利用できない可能性があるため、すべてのペイロードがオフになっています。

ペイロードアクティブ

ペイロードアクティブは、CanX-1 の通常の動作モードです。ピコ衛星は、指示があるたびにこのモードに切り替わります。ペイロードアクティブモードでは、すべてのペイロードがオンになり、CanX-1 は、収集したすべてのテレメトリと画像を地上オペレータに送信するように指示されるまで、1 分ごとにビーコンパルスを送信します。

ペイロードと実験サブシステム

CanX-1 ミッションは、非常に高性能な宇宙船を実証することを目的としており、多数のペイロードと実験サブシステムが組み込まれています。1これらには^次のものが含まれます。

Agilent CMOSイメージャー
アクティブ磁気姿勢制御システム (ACS)
GPS受信機
ARM7 ベースのオンボードコンピュータ (OBC)

CMOSイメージャー

CanX-1 に搭載されたイメージャーペイロードは、2 つの Agilent CMOS イメージャーで構成されています。広角レンズと組み合わせたカラーイメージャーは主に地球の写真を撮るためのもので、狭角レンズと組み合わせたモノクロイメージャーは、姿勢の決定と制御に使用できる星、月、地平線の写真を撮る可能性をテストするためのものでした。

アクティブ磁気姿勢制御システム

CanX-1 には、アクティブ磁気姿勢制御システム (ACS) の一部として、COTS 磁力計と 3 つのカスタムビルドの磁気トルクコイルシステムが搭載されていました。磁気 ACS は、衛星の回転を補正して、CanX-1 で撮影した画像がピコ衛星の回転によってぼやけないようにするためのものです。また、CanX-1 はアクティブ粗調整を実行する予定でした。

GPS受信機

CanX-1 には、市販の (COTS) GPS 受信機も搭載されていました。全方向をカバーするために 2 つのアンテナに接続されたこの小型衛星は、宇宙空間で GPS 受信機の機能をテストし、受信機を使用して CanX-1 の軌道位置を特定できるかどうかを判断することを目的としていました。

ARMS7ベースのオンボードコンピュータ

CanX-1 は、最大 40 MHz で動作する低電力 ARM7 コアをベースにしたカスタム設計のオンボードコンピュータ (OBC) を搭載して発売されました。この OBC の機能は、CanX-1 の寿命全体にわたって監視されることになっていました。

カンX-2

重量 3.5 キログラムの CanX-2 ナノ衛星のミッションは、2009 年に CanX-4/CanX-5 デュアル衛星ミッションで使用され、宇宙での制御された編隊飛行を実証する新しい技術を評価することです。この編隊飛行技術により、高解像度の地球観測や干渉画像化のためのより大規模なミッションが可能になり、宇宙天文学にも使用できるようになることが期待されています。CanX-2 ナノ衛星でテストされる技術には、次のものが含まれます。

新しい推進システム
カスタムラジオ
姿勢センサーとアクチュエータ
市販のGPS受信機
汚染監視用の天底指向型赤外線分光計（Argus）^[3]

これらの技術を評価することに加え、衛星はカナダ全土の他の大学の研究者のために実験も行う。これらの実験には、上層大気の特性を調べるための GPS 電波掩蔽実験、ヨーク大学が開発した温室効果ガスを測定するための大気分光計 (Argus) 、ネットワーク通信実験などが含まれる。また、いくつかの宇宙材料実験も行う。

CanX-2は、2008年4月28日にサティシュ・ダワン宇宙センター（SHAR）からNLS-4衛星群の一部として、極軌道衛星打ち上げロケット（PSLV）C-9に搭載されて打ち上げられた。 ^[4]

CanX-2で使用されたリアクションホイールの製造元によると、「ホイールはオンになって回転しており、軌道上で正常に動作しています。」^[5]

CanX-3

CanX-3 は、BRIght Target Explorer ( BRITE ) としても知られ、空で最も明るい星のいくつかを測光観測して、それらの変動を調べるために計画された超小型衛星です。これらの観測は、地上での観測よりも約 10 倍正確になるはずです。

衛星は20cm立方体で、CanX-2で認定された多数の技術を採用しています。

BRITE の予備設計は ETech の支援により完了しており、ナノ衛星に統合されるコンポーネントは現在 UTIAS/SFL で評価中です。^{[更新が必要]}

CanX-4 および 5

CanX-4とCanX-5は、ナノ衛星規模の技術を使用して編隊飛行を実証するために利用される2つの衛星ペアです。^[6] これらの2つの衛星は同時に打ち上げられ、同時に運用され、その後軌道上で分離されます。検査される編隊には、1つの宇宙船がもう1つの宇宙船によって周回する軌道（投影円軌道と呼ばれる）、1つの衛星がもう1つの衛星を追いかける軌道（アロングトラック軌道と呼ばれる）、および投影円軌道からアロングトラック編隊に移行する操作が含まれます。

CanX-4とCanX-5の打ち上げは2014年6月30日にインドの極軌道衛星打ち上げロケット（PSLV）で行われた。^[7]この2機の宇宙船ミッションは、センチメートルレベルの位置制御による自律編隊飛行を実証した初の超小型衛星であった。^[8]

CanX-6

CanX-6はトロント大学と航空宇宙研究所のナノ衛星の実証実験の後継機であった。CanX-6は2007年10月に開始され、COM DEV宇宙搭載自動識別システムの重要な側面を実証するために開発された。^[9]

カンエックス7

CanX-7（COSPAR 2016-059F、SATCAT 41788）は2016年9月26日に打ち上げられ、2022年4月21日に軌道から外れた。^[10]

参照

超小型衛星打ち上げシステム

参考文献

^ Sarda, K.; Grant, C.; Eagleson, Stuart; Kekez, D.; Shah, Amee; Zee, R. (2009). Canadian Advanced Nanospace Experiment 2 軌道運用: ナノ衛星の性能限界を押し広げた 1 年間 (レポート). S2CID 118360048.
^ “ニュース”. Utias/Sfl. 2013年9月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年8月25日閲覧。
^ 「Argus Infrared Spectrometers」。Thoth Technology Inc. 2013年11月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年8月25日閲覧。
^ 「Nanosatellite Launch System 4」。2008年4月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年8月25日閲覧。
^ 「Sinclair Interplanetary」。Sinclair Interplanetary 。2013年8月25日閲覧。
^ Roth, Niels H.; Johnston-Lemke, Bryan; Damaren, Christopher J.; Zee, Robert E. (2011年1月)。「CanX-4およびCanX-5編隊飛行ミッションの編隊および姿勢制御」。IFAC Proceedings Volumes。44 ( 1 ): 3033–3038。doi : 10.3182 /20110828-6-it-1002.02870。ISSN 1474-6670 。
^ 「打ち上げと軌道上でのパフォーマンス - UTIAS 宇宙飛行研究所におけるナノ衛星ミッションの最新情報」(PDF)。Cubesat.org。2015 年 9 月 23 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2013年 8 月 25 日に取得。
^ Roth, Niels H.; Johnston-Lemke, Bryan; Damaren, Christopher J.; Zee, Robert E. (2011年1月)。「CanX-4およびCanX-5編隊飛行ミッションの編隊および姿勢制御」。IFAC Proceedings Volumes。44 ( 1 ): 3033–3038。doi : 10.3182 /20110828-6-it-1002.02870。ISSN 1474-6670 。
^ Pranajaya, Freddy M.; Zee, Robert E. (2009 年 7 月)。「汎用ナノ衛星バス: 宇宙天文学から編隊飛行デモ、そしてレスポンシブスペースまで」。2009年第一回衛星および宇宙通信の進歩に関する国際会議。pp. 134–140。doi : 10.1109/SPACOMM.2009.43。
^ 「衛星CANX-7の技術詳細」

[1] Sarda, K.; Grant, C.; Eagleson, Stuart; Kekez, D.; Shah, Amee; Zee, R. (2009). Canadian Advanced Nanospace Experiment 2 軌道運用: ナノ衛星の性能限界を押し広げた 1 年間 (レポート). S2CID 118360048.

[2] “ニュース”. Utias/Sfl. 2013年9月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年8月25日閲覧。

[3] 「Argus Infrared Spectrometers」。Thoth Technology Inc. 2013年11月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年8月25日閲覧。

[4] 「Nanosatellite Launch System 4」。2008年4月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年8月25日閲覧。

[5] 「Sinclair Interplanetary」。Sinclair Interplanetary 。2013年8月25日閲覧。

[6] Roth, Niels H.; Johnston-Lemke, Bryan; Damaren, Christopher J.; Zee, Robert E. (2011年1月)。「CanX-4およびCanX-5編隊飛行ミッションの編隊および姿勢制御」。IFAC Proceedings Volumes。44 ( 1 ): 3033–3038。doi : 10.3182 /20110828-6-it-1002.02870。ISSN 1474-6670 。

[7] 「打ち上げと軌道上でのパフォーマンス - UTIAS 宇宙飛行研究所におけるナノ衛星ミッションの最新情報」(PDF)。Cubesat.org。2015 年 9 月 23 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2013年 8 月 25 日に取得。

[8] Roth, Niels H.; Johnston-Lemke, Bryan; Damaren, Christopher J.; Zee, Robert E. (2011年1月)。「CanX-4およびCanX-5編隊飛行ミッションの編隊および姿勢制御」。IFAC Proceedings Volumes。44 ( 1 ): 3033–3038。doi : 10.3182 /20110828-6-it-1002.02870。ISSN 1474-6670 。

[9] Pranajaya, Freddy M.; Zee, Robert E. (2009 年 7 月)。「汎用ナノ衛星バス: 宇宙天文学から編隊飛行デモ、そしてレスポンシブスペースまで」。2009年第一回衛星および宇宙通信の進歩に関する国際会議。pp. 134–140。doi : 10.1109/SPACOMM.2009.43。

[10] 「衛星CANX-7の技術詳細」