Cascade, Smallsat and Ionospheric Polar Explorer ( CASSIOPE ), [5] es un satélite multimisión de la Agencia Espacial Canadiense (CSA) operado por la Universidad de Calgary . El desarrollo y las operaciones de la misión desde el lanzamiento hasta febrero de 2018 fueron financiados a través de la CSA y el programa Technology Partnerships Canada. [5] En febrero de 2018, CASSIOPE se convirtió en parte de la constelación Swarm de la Agencia Espacial Europea a través del Programa de Misiones de Terceros [ enlace muerto permanente ] , conocido como Swarm Echo o Swarm-E. [6] Fue lanzado el 29 de septiembre de 2013, en el primer vuelo del vehículo de lanzamiento SpaceX Falcon 9 v1.1 . [2] [7] CASSIOPE es el primer satélite híbrido canadiense que lleva a cabo una misión dual en los campos de las telecomunicaciones y la investigación científica. Los principales objetivos son recopilar información para comprender mejor la ciencia del clima espacial, al tiempo que se verifican los conceptos de comunicaciones de alta velocidad mediante el uso de tecnologías espaciales avanzadas.
El satélite fue desplegado en una órbita polar elíptica [8] [9] y lleva un sistema de comunicaciones comerciales llamado Cascade, así como un paquete de experimentos científicos llamado e-POP (sonda de flujo polar mejorado). [9]
Después de la puesta en escena, la primera etapa del Falcon 9 fue utilizada por SpaceX para una prueba de descenso y aterrizaje controlados . Si bien la primera etapa se destruyó al impactar contra el océano, se obtuvieron datos importantes y la prueba se consideró un éxito. [10]
CASSIOPE es un pequeño satélite de 500 kg (1100 lb) de largo, 180 cm (5,9 ft) de largo y 125 cm (4,10 ft) de alto. Combina la función de dos misiones distintas para ser más rentable y reducir los riesgos . [11]
La nave espacial lleva una carga útil principal compuesta por dos conjuntos de instrumentos: el sistema de comunicaciones comerciales Cascade y una carga científica denominada e-POP.
La carga útil comercial, llamada Cascade, es un mensajero de demostración tecnológica en el cielo, cuyo objetivo es proporcionar una prueba de concepto para un servicio de mensajería de banda ancha digital para uso comercial. Construido por MDA, el concepto operativo es recibir archivos de datos muy grandes mientras el satélite orbita el globo, almacenarlos a bordo temporalmente y luego entregarlos en un momento posterior a casi cualquier destino en todo el mundo. [11]
El demostrador ofrecerá un servicio seguro de almacenamiento y reenvío de archivos digitales, aprovechando el hecho de que CASSIOPE pasa por gran parte del globo 15 veces al día. Se lo ha descrito [ ¿por quién? ] como un servicio de mensajería, en el que los clientes utilizan una pequeña antena parabólica de uno o dos metros (tres o seis pies) para cargar o descargar archivos a una velocidad de 1,2 gigabits por segundo. La capacidad de almacenamiento será de entre 50 y 500 gigabytes y el tiempo de entrega de datos será de unos 90 minutos, dependiendo de los puntos de recogida y depósito en el globo. [ cita requerida ]
La parte e-POP de CASSIOPE es un conjunto de ocho instrumentos científicos. El Instituto de Investigación Espacial de la Universidad de Calgary lidera el proyecto científico, mientras que la MDA es el contratista principal de la misión, incluidos el lanzamiento y la operación de la nave espacial. La misión científica orbital está programada para una duración de 21 meses. [9]
e-POP recopilará datos sobre las tormentas solares en la atmósfera superior. Estas tormentas dan lugar a las auroras polares o luces del norte que se ven en los cielos de las latitudes septentrionales. Si bien estos resplandores atmosféricos pueden ofrecer un emocionante espectáculo nocturno, la radiación que los induce puede interferir con las comunicaciones por radio, la navegación GPS y otros sistemas espaciales. [ cita requerida ] Los ocho instrumentos científicos a bordo de CASSIOPE ayudarán a los científicos a comprender el clima solar y, en última instancia, a planificar medidas para mitigar sus efectos nocivos. [8]
La carga útil del e-POP contiene ocho instrumentos científicos: [12]
Después de un lanzamiento exitoso el 29 de septiembre de 2013, CASSIOPE entró en una fase de puesta en servicio que duró hasta el 1 de enero de 2014, sin que se detectaran fallas en el bus de la nave espacial ni en las cargas útiles. Se utilizaron tres estaciones terrestres, incluidas Kiruna (Suecia), Inuvik (Canadá) y la Estación de Recepción Antártica Alemana en la Base General Bernardo O'Higgins en la Antártida. Las operaciones de rutina estaban programadas para continuar hasta marzo de 2015. La misión se extendió mediante financiación del programa Technology Partnerships Canada a través de la Oficina de Tecnologías Industriales que formaba parte del gobierno canadiense en ese momento. En febrero de 2018, la Agencia Espacial Europea , a través del Programa de Misiones de Terceros [ enlace muerto permanente ] , integró la misión en la constelación de satélites Swarm, denominando a CASSIOPE "Swarm-Echo", reconociendo la sinergia entre las dos misiones en la recopilación de datos meteorológicos espaciales en la órbita terrestre baja. La asociación permitió realizar cuatro contactos con estaciones terrestres por día, en lugar de una, lo que aumentó enormemente la cantidad de datos que se podían descargar del conjunto de instrumentos e-POP.
El 11 de agosto de 2016, falló una de las cuatro ruedas de reacción utilizadas para el control de actitud de la nave espacial. Esto no afectó las operaciones de la nave espacial de manera significativa, ya que solo se requieren tres ruedas para el apuntamiento estabilizado de tres ejes. Una segunda rueda de reacción falló el 27 de febrero de 2021, lo que obligó a la nave espacial a adoptar una configuración de actitud de giro lento y de mantenimiento seguro. El control estabilizado de tres ejes se restableció en septiembre de 2021 implementando una configuración de momento sesgado en las dos ruedas restantes (haciendo girar las ruedas en direcciones opuestas) y utilizando las barras de torsión magnéticas para el control de actitud. Tres meses después, el 17 de diciembre de 2021, falló una tercera rueda de reacción, lo que dejó a la nave espacial sin métodos viables para el apuntamiento de actitud fija. Aunque la mayoría de los instrumentos e-POP estaban completamente operativos, sin el apuntamiento estabilizado no se pudieron cumplir gran parte de los objetivos científicos, lo que resultó en la conclusión de la parte operativa de la misión el 31 de diciembre de 2021. [13]
El satélite que se convirtió en CASSIOPE comenzó con un concepto de 1996 para un microsatélite pequeño (70 kg/150 lb) y económico llamado Polar Outflow Probe o POP. La Agencia Espacial Canadiense financió un estudio de viabilidad en 1997 que condujo a un concepto de misión modificado que se diseñó durante 2000-2005. [9] El concepto revisado era combinar una versión mejorada de POP, llamada e-POP, con un satélite comercial de MDA Corporation llamado Cascade , en un solo satélite, y diseñar y construir un bus de satélite pequeño genérico y de bajo costo que sería útil para otras misiones satelitales canadienses en el futuro.
Los ocho instrumentos científicos e-POP se construyeron, calibraron y probaron entre 2005 y 2007, y se integraron en el bus satelital para realizar pruebas a nivel de nave espacial en 2008 y 2009. [9]
El satélite fue lanzado el 29 de septiembre de 2013, a bordo de un cohete SpaceX Falcon 9 v1.1 . [14]
En el momento en que se contrató el lanzamiento en 2005, el vehículo de lanzamiento planeado era un Falcon 1 de SpaceX . El lanzamiento estaba programado originalmente para 2008 desde la isla de Omelek . La fecha de lanzamiento se pospuso varias veces y, después de que SpaceX descontinuara el Falcon 1, el lanzamiento se trasladó al Falcon 9, mucho más grande, en junio de 2010. [8] [15]
La MDA contrató a SpaceX para poner la carga útil CASSIOPE en el primer vuelo de un vehículo de lanzamiento esencialmente nuevo: un lanzamiento de demostración no operativo. [16] El Falcon 9 v1.1, mejorado a partir del Falcon 9 original, es un cohete 60 por ciento más pesado con 60% más de empuje. [16] El vuelo se contrató con una masa de carga útil que es muy pequeña en relación con la capacidad del cohete, a una tarifa con descuento porque era una misión de demostración de tecnología para SpaceX, aproximadamente el 20% del precio normal publicado para las misiones LEO del Falcon 9 de SpaceX . [17]
Dado que este era el primer vuelo de un nuevo vehículo de lanzamiento, la Fuerza Aérea de los EE. UU. había estimado que la probabilidad general de falla en la misión era de casi el cincuenta por ciento. [18] En el evento, la misión fue exitosa, al igual que cada una de las siguientes 13 misiones Falcon 9 v1.1 antes de que ocurriera una falla del vehículo de lanzamiento y la pérdida de la misión en el vuelo 19 del Falcon 9 en junio de 2015.
La etapa superior del Falcon 9 utilizada para lanzar CASSIOPE quedó abandonada en una órbita terrestre baja elíptica en descomposición que, al 20 de enero de 2016 [actualizar], tenía un perigeo de 317 km (197 mi) y un apogeo de 1.283 km (797 mi). [19]
Después de que la segunda etapa se separara de la etapa de refuerzo, SpaceX llevó a cabo una novedosa prueba de vuelo en la que el refuerzo realizó una prueba para intentar reingresar a la atmósfera inferior de manera controlada y desacelerar hasta un aterrizaje simulado sobre el agua. [20] La prueba fue exitosa, pero la etapa de refuerzo no se recuperó.
Después de la fase de impulso de tres minutos del lanzamiento del 29 de septiembre de 2013, se invirtió la actitud de la etapa de impulso y tres de los nueve motores volvieron a encenderse a gran altitud, como estaba previsto, para iniciar la desaceleración y la trayectoria de descenso controlado hacia la superficie del océano. La primera fase de la prueba funcionó bien y la primera etapa volvió a entrar en el mar sin problemas . [14]
Sin embargo, la primera etapa comenzó a rodar debido a las fuerzas aerodinámicas durante el descenso a través de la atmósfera , y la velocidad de giro excedió las capacidades del sistema de control de actitud (ACS) del propulsor para anularla. El combustible en los tanques se centrifugó hacia el exterior del tanque y el único motor involucrado en la maniobra de desaceleración a baja altitud se apagó. Los restos de la primera etapa fueron posteriormente recuperados del océano. [14]
SpaceX también realizó una prueba posterior a la misión en la segunda etapa . Si bien varias de las nuevas capacidades se probaron con éxito en el vuelo CASSIOPE del 29 de septiembre de 2013, hubo un problema con la prueba de reinicio de la segunda etapa. La prueba para volver a encender el motor de vacío Merlin 1D de la segunda etapa una vez que el cohete había desplegado su carga útil principal (CASSIOPE) y todas sus cargas útiles secundarias de nanosatélites no tuvo éxito. [10] El motor no pudo reiniciarse mientras la segunda etapa se desplazaba en órbita terrestre baja.
Cinco naves espaciales nanosatélites que también fueron llevadas a órbita en el mismo vehículo de lanzamiento que transportaba la carga útil principal CASSIOPE: [11]
El Falcon 9 v1.1 es un nuevo vehículo de lanzamiento. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos ha determinado que su probabilidad general de falla es de casi el cincuenta por ciento para cada uno de los dos primeros lanzamientos.
