QBDebris har målsetning om å demonstrere vellykket drift av en CubeSats som er i stand til å karakterisere romsøppel in situ. Når satellittene er operative, vil de karakterisere og registrere baneelementene til romsøppel som er mindre enn grensen for hva som kan detekteres fra bakken (3.2 mm) ved bruk av kommersielle radarsystemer. Når prosjektet er gjennomført, vil det være demonstrert små partikler av romsøppel kan karakteriseres in situ med kommersielle radarer, og at det er mulig å koordinere orientering og opprettholde relativ posisjon mellom satellitter ved hjelp av reguleringsalgoritmer basert på relativ luftmotstand (drag). Prosjektet kjøres parallelt med UNICube-prosjektet, der studenter ved UiT utvikler en studentsatellitt med lignende nyttelast som den som er planlagt for QBDebris.
Hovedmålet for prosjektet er å utvikle avanserte vitenskapelige og teknologiske løsninger for måling av romsøppel in situ med kommersielle radarer ved bruk av en CubeSat, samt demonstrere bruk av relativ luftmotstand for banemanøvre.
WP1: Deployment strategy (juli 2023 – desember 2026)
Etter utfordringer med kostnader knyttet til anskaffelse av satellitter, har prosjektet initiert et samarbeid med SFI CENSSS ved UiO og blitt med i teamet for utviklingen av satellitten CENSSAT-1. Dette vil gjøre det mulig for oss å utføre de vitenskapelige eksperimentene i prosjektet, selv om det innebærer en alternativ løsning for test av styringsalgoritmer basert på relativ luftmotstand. CENSSAT-1 er for øyeblikket i fase C av utviklingen og har som mål å bli skutt opp sent i 2027.
To bacheloroppgaver ble gjennomført våren 2021: 1) Orbital deviation analysis following the separation of two cubesats, og 2) Cubesat attitude control during a suborbital flight. Resultatene vil bli testet under en suborbital flyvning i GHOST mission (Andøya Space), som er planlagt for oppskyting i november 2025.
WP2: Attitude coordination (januar 2024 – mars 2026)
WP2 har som mål å utvikle robuste og pålitelige subsystemer for styring av satellitters orientering. Vi har videreutviklet resultater for kombinert styring av orientering og posisjon, der algoritmen for posisjonsstyring fungerer som en ytre sløyfe for å bestemme nødvendig luftmotstand for å utføre banemanøvrer. Denne ønskede luftmotstanden oversettes til en ønsket effektiv overflate (eller orientering) som sendes videre til algoritmen for styring av orientering i den indre sløyfen. Denne effektive overflaten er det som vil gi nødvendig luftmotstand for å muliggjøre relativ posisjonering og banekorrigeringer av to satellitter. Løsningen benytter rammeverket integrator backstepping for å designe en algoritme for styring av orientering med pålitelighet og høy presisjon.
Som en del av denne arbeidspakken har en student fullført sitt masterprosjekt ved NTNU, med en masteroppgave med tittelen "Tracking the Effective Surface Area of Non-Convex Satellites" i juni 2025. Oppgaven utvikler nødvendig analyse og design av algoritmer for styring av orientering i den indre sløyfen, som også utnytter en ledig frihetsgrad for å kombinere styring av effektiv overflate med optimal orientering for solpaneler mot solen.
WP3: Radar payload (juli 2023 – desember 2026)
Målet med WP3 er å utvikle og implementere en kommersiell radarnyttelast som er i stand til å måle romsøppel. Arbeidspakken går jevnt fremover, og i 2025 har vi nådd flere milepæler. Radaren er testet i hyperhastighetslaboratoriet ved Fraunhofer EMI i Freiburg, der vi samlet inn data fra prosjektiler som beveget seg i opptil 7.2 km/s. Bearbeiding av disse dataene pågår nå og utføres av de to ph.d.-studentene, hvorav én ble ansatt i juli 2025 som delvis finansiert gjennom QBDebris. Resultatene forventes publisert i nær fremtid.
Gjennom en innvilget søknad til Norges forskningsråd for kvalifisering av romsøppelradaren styrket vi ingeniørteamet vårt i løpet av sommeren med flere masterstudenter. Sammen med vår faste ingeniør har de brakt nyttelasten til et nivå der de første prototypene vil bli produsert tidlig i 2026. Arbeidet med å sikre samsvar med kravene til CENSSAT-1-satellitten den skal fly på, går godt. Flere av masterstudentene deltok på ESA-workshops relatert til systems engineering og romsøppel.
Det ble søkt om finansiering for en oppgradert versjon av radarnyttelasten med en test på ISS gjennom EIC Pathfinder Challenges-utlysningen om romsøppel i oktober 2024, men denne ble dessverre marginalt avslått. Sammen med de norske selskapene EIDEL og S&T omstrukturerte vi imidlertid søknaden til en utlysning i ESA, som vil bli avgjort senere i 2025. Målet vårt er fortsatt å fly radarnyttelasten på ISS.
WP4: In-orbit operation (mars 2027 – desember 2027)
Den siste av de tekniske arbeidspakkene vil bli igangsatt med den planlagte oppskytningen av satellitten, med mål om å operere satellittene i bane, demonstrere koordinert styring av satellitter og evnen til å oppdage romsøppel.
In this project, we aim to demonstrate the successful operation of a formation of two CubeSats capable of characterising space debris in situ. Once operational, the satellites will characterise and record the orbital elements of space debris smaller than the ground detection limit of a few millimeters. Very little is known about these objects, even though there are millions of them in orbit, and they pose a significant risk for both astronauts and satellites. The satellite formation will be able to simultaneously measure the same volume as using off the shelf commercial radars.
The satellites will be joined together to a size of 3U at launch, and once in orbit, split into two satellites which will maintain relative distance and orientation using novel control strategies. The CubeSats will be designed with actuators for reorientation (reaction wheels, magnetorquers), to be able to synchronize their attitudes to satisfy mission requirements. Orbital adjustments will be made by utilising differences in drag, depending on the spacecraft orientation, providing significant challenges to flight coordination.
The main objective in this project is to develop advanced scientific and technological solutions for measuring space debris in situ with commercial radars using a formation of CubeSats under coordinated control. On completion, the project will have shown that it is possible to characterise small pieces of space debris in situ using off the shelf radars. The project will have then generated statistics of the orbital elements and density of debris, which will be very useful as input to space debris models, satellite operations and planing of future satellites. In addition, the project will have shown that it is possible to coordinate the orientation and maintain the relative position between the satellites using a leader-follower scheme with attitude control actuators only.
