Rocket lanzará 8 cubesat a LEO a una distancia equidistante

Definitivamente estará mejor con propulsores en cubesats individuales, cuando se toma en consideración la masa total: última etapa + carga útil. Para crear la distancia necesaria, con un solo lanzamiento, deberá colocar los satélites en una órbita elíptica tangente a la del objetivo, pero con un período más largo o más corto en 1/8 o una fracción entera múltiplo de 1/8.

En este tipo de problemas, el período orbital es la característica que define las órbitas necesarias. A diferencia de la mayoría de los otros problemas de mecánica orbital, el semieje mayor, la excentricidad, la velocidad en los ábsides, todo eso debe derivarse del período orbital, y es el período de la órbita, tiempo para hacer un "círculo completo", ese es el variable de control que gobierna a todas las demás.

Para simplificar el ejemplo, hagamos que el multiplicador sea 1, por lo que el período de la órbita donde se implementan los cubesats sería 9/8 del deseado (usar 7/8 en su lugar sería más barato, pero si es LEO, probablemente sería resultar en una trayectoria de reentrada). Entonces, la nave espacial despliega los cubesats, luego dispara retrógrado para quemarse y no ser basura espacial, o se va a otra parte para dejar caer la carga útil principal. El primer cubesat desacelera inmediatamente hasta que entra en la órbita objetivo, mientras que el resto continúa en la órbita elíptica. Después de completar 1 órbita, el próximo satélite dispara su propulsor: está 1/8 de la órbita detrás del primero (le tomó 1/8 más para volver al mismo lugar). El resto continúa. Siguiente órbita, otro dispara para estacionar 1/8 de la órbita después del segundo y 1/4 después del primero. Etcétera.

Ahora, si usa cubesats sin propulsión, en lugar de que se coloquen en la órbita objetivo, la etapa de propulsión se ralentiza, despliega cubesat, acelera de regreso a la órbita 9/8 (con todos los cubesats restantes a bordo), una órbita más tarde lenta hacia abajo para desplegar el siguiente en la órbita objetivo, acelerar de nuevo, una y otra vez, y ralentizar o acelerar toda la carga útil que aún no se ha desplegado. Espero que veas cómo esto se vuelve terriblemente caro en términos de combustible y masa de lanzamiento.

En la práctica, probablemente opte por un multiplicador más pequeño: 1/8 de un período LEO es una gran cantidad de delta-V y probablemente demasiado para los insignificantes propulsores de gas, pero en su lugar puede ingresar a una órbita que es, digamos, 65/ 64 del período objetivo, cada órbita distanciaría el enjambre desplegado del último cubesat que ya está en la órbita objetivo en 1/64 de la órbita, por lo que después de 8 órbitas, el siguiente cubesat enciende su motor y comienza a seguir al anterior, 1/8 de la órbita detrás .

Lo siento, pero no ayudaré a elegir la nave espacial adecuada.

Estaba buscando constelaciones de smallsats (no son cubesats) que pudieran espaciarse usando solo arrastrar. Supuse que era TROPICS , pero aún no se ha lanzado. Pero finalmente lo encontré, y resulta ser el Sistema satelital de navegación global Cyclone o CYGNSS y se analiza en ¿Cómo pueden las naves espaciales CYGNSS (realmente) medir la rugosidad del océano? .

La técnica se llama arrastre diferencial . Brevemente, utiliza el control de actitud de un pequeño satélite para aumentar o disminuir su arrastre en relación con los demás. Todos los satélites en una órbita terrestre baja dada experimentarán arrastre y sus órbitas caerán constantemente y sus períodos se acortarán, pero si uno cae un poco más rápido, se "acelerará" en relación con los demás y avanzará en fase relativa a ellos.

Si bien al principio parece una maniobrabilidad "gratuita" o sin costo, tiene el costo de que todos los satélites eventualmente salgan de órbita. Sin embargo, si la vida útil de la misión es de solo unos pocos años, no hay problema.

Consulte, por ejemplo, la respuesta de @Terrance Yee a ¿Qué implica la planificación y ejecución del despliegue de grupos de satélites LEO?

Wikipedia explica que utiliza la resistencia diferencial para mover la nave espacial al menos dentro de un plano orbital determinado.

El espacio entre satélites se controla ajustando la orientación de la nave espacial y, como resultado, la diferencia en la resistencia atmosférica entre los satélites. Esta técnica se conoce como arrastre diferencial. Un aumento en la resistencia reduce la altitud de un satélite y aumenta su velocidad orbital. ²⁶ La distancia entre naves espaciales cambia como resultado de sus velocidades relativas. Esta es una forma alternativa de administrar el espacio entre una constelación de satélites, en lugar de utilizar la propulsión activa tradicional, y tiene un costo significativamente menor. Permite que se construyan más satélites por el mismo costo neto, lo que da como resultado un muestreo más frecuente de eventos climáticos extremos de corta duración, como los ciclones tropicales. ^dieciséisLas maniobras de arrastre diferencial se llevaron a cabo durante el primer año y medio de operaciones en órbita y han dado como resultado una constelación bien dispersa que puede realizar mediciones con las propiedades de muestreo deseadas. ²⁷ , ²⁸

¹⁶ Ruf, Christopher S. et al. (2015) Misión satelital New Ocean Winds para investigar huracanes y convección tropical

²⁶ Finley, T.; Rosa, D. (2014). Astrodinámica 2013: Actas de la Conferencia de especialistas en astrodinámica AAS/AIAA celebrada del 11 al 15 de agosto de 2013, Hilton Head, Carolina del Sur, EE. UU. 150. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. págs. 1397–1411.

²⁷ Ruf, Christopher et. al (2018) Un nuevo paradigma en el monitoreo ambiental de la Tierra con la constelación de satélites pequeños CYGNSS .

²⁸ Bussy-Virat, CD et al. (2018) Evaluación de las operaciones de maniobra de arrastre diferencial en la constelación CYGNSS (pared de pago). IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 12: 7–15.

Consulte también Esquema de control de arrastre diferencial para grandes constelaciones de satélites planetarios y resultados en órbita en arXiv. Es del 9º Taller Internacional sobre Constelaciones de Satélites y Vuelo en Formación, Boulder, CO, del 19 al 21 de junio de 2017 y se refiere a las constelaciones de satélites Dove de Planet Labs . Aquí está el resumen:

Se presenta una metodología para el control de arrastre diferencial de una gran flota de satélites sin propulsión desplegados en la misma órbita. El controlador coloca los satélites en una constelación con compensaciones angulares específicas y velocidad relativa cero. La fase óptima de tiempo se logra determinando primero una ubicación relativa apropiada, es decir, el orden de los satélites. Luego se resuelve un segundo problema de optimización como un gran sistema acoplado para encontrar el perfil de comando de arrastre requerido para cada satélite. La autoridad de control es la relación disponible de coeficientes balísticos de baja resistencia a alta resistencia de los satélites cuando operan en su modo de fondo. El controlador puede sincronizar con éxito constelaciones con hasta 100 satélites en simulaciones.

Aquí hay un ejemplo de una simulación del uso de la alternancia entre configuraciones de arrastre alto y bajo para lograr una fase espaciada equitativa y luego mantenerla usando pequeños ajustes de arrastre de mantenimiento de estación:

Figura 8: Se asignan comandos de alta resistencia discretizados en el tiempo para lograr las ranuras deseadas (b) con comandos

Figura 9: Los modos de actitud del satélite Dove permiten grandes relaciones de área de arrastre (a) Proyecciones ortográficas con áreas transversales. (b) Actitudes de alta y baja resistencia