QBDebris har målsetning om å demonstrere vellykket drift av en formasjon bestående av to 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 satellittene ved hjelp av reguleringsalgoritmer basert på differensiell luftmotsand (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 formasjon av CubeSats under koordinert kontroll.
WP1: Deployment strategy (juli 2023 – desember 2024)
Mission design med spesifikasjoner av satellittene samt mekanisk design for satellittseparasjon er gjennomført. En offisiell anbudsrunde for bygging av satellittene ble gjennomført våren 2024, som resulterte i ett uforpliktende tilbud som var betydelig høyere enn stipulerte kostnader. Dette skyldes hovedsakelig en endring i markedet for satellittleverandører, økte kostnader for satellitter generelt og svekkede NOK/EUR valutakurser. Vi vurderer for øyeblikket neste steg for å håndtere situasjonen, enten gjennom nedskalering av den operasjonelle delen av prosjektet eller et mulig samarbeid med UiO/CENSSS for å utvikle en felles satellitt.
To bacheloroppgaver ble gjennomført våren 2024; 1) utvikling av en ADCS-testbenk for satellittkontroll, og 2) mekanisk design, prototyping og testing av en separasjonsmekanisme for CubeSats i bane. Separasjonsmekanismen og ADCS-kontrollen vil bli testet på en suborbital flyvning i forbindelse med GHOST-prosjektet (Andøya Space), med planlagt oppskytning 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. Dette arbeidet er startet, med fokus på å utvikle en løsning for enkeltsatellitter som sikrer at satellitten har ønsket effektiv overflate i retningen av relativ hastighet. Denne effektive overflaten vil deretter gi den nødvendige luftmotstanden som gjør det mulig å utføre relativ posisjonering og banekorreksjoner for de to satellittene. Metoden bruker et rammeverk som sikrer pålitelighet og høy presisjon.
Som en del av denne arbeidspakken gjennomførte en student sitt masterprosjekt ved NTNU med avhandlingen "Satellite Formation Flying Using Attitude-Controlled Differential Drag" i juni 2024, som presenterer to tilnærminger for regulering av relativ bane for to satellitter i formasjon. Vi har også igangsatt et andre masterprosjekt med arbeidstittelen "Efficient attitude-based algorithms for effective surface tracking", som videre utforsker problemet med å spore effektive overflater for å oppnå ønskede profiler på luftmotstand.
WP3: Radar payload (juli 2023 – desember 2025)
Målet med WP3 er å utvikle og implementere en kommersiell radarnyttelast som er i stand til å måle romsøppel. Radaren har blitt utviklet og testet i laboratorium. For bedre eksperimentell testing i et kontrollert miljø, ble en bacheloroppgave fullført våren 2024 for å utvikle et laboratorieoppsett i stand til å skyte prosjektiler med hastigheter over 300 m/s for partikler i flere forskjellige millimeterstørrelser. Vi har også gjennomført to tester på skytebane, med hastigheter nær 800 m/s. Alle tester har resultert i radardeteksjoner, noe som støtter vår hypotese om at radaren faktisk er i stand til å oppdage romsøppel.
Utviklingen av radarnyttelasten har startet. Noen utfordringer gjenstår, spesielt når det gjelder hvordan man kan forsterke utgangseffekten, men arbeidet pågår. Doktorgradsarbeidet i det tilknyttede UNICube-prosjektet startet i august 2024, som støtter radarutviklingen. Vi forventer at en vitenskapelig artikkel om radaren vil bli publisert neste år (leveranse D3.1). En kommersialiserings-prosess for radaren er også startet, som vil følges opp med en NFR-søknad av Norinnova.
En oppgradert versjon av nyttelasten med en test på ISS vil bli søkt finanisert gjennom EIC Pathfinder Challenges om romsøppel i oktober 2024.
WP4: In-orbit operation (mars 2026 – mars 2027, med mulig utvidelse til desember 2027)
Den siste av de tekniske arbeidspakkene vil bli igangsatt med den planlagte oppskytningen av satellittene, 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.