Satelita PW-Sat-2.

3 lutego bieżącego roku z wyrzutni szynowej umieszczonej na stanowisku startowym Kappa w Uchinoura Space Center, znanego też jako kosmodrom Kagoshima, została wystrzelona rakieta SS-520 №5. Poprzez dodanie do wysokościowej rakiety sondażowej trzeciego stopnia, stworzono miniaturową rakietę nośną dla nanosatelitów. Start powiódł się (przeprowadzona rok wcześniej pierwsza próba zakończyła się niepowodzeniem) i po zaledwie niecałych pięciu minutach Japonia pobiła swój własny, mający 48 lat rekord, w kategorii „najmniejsza rakieta kosmiczna”. Masa pierwszej, L-4S, wynosiła 9,4 t (udźwig 23 kg), drugiej zaś 2,9 t (udźwig 4 kg). Nic w tym dziwnego, Japonia od lat przecież słynęła w dziedzinie miniaturyzacji, zwłaszcza elektroniki użytkowej.

Małe jest piękne

Wraz ze startem L-4S w dniu 11 lutego 1970 r. Japonia dołączyła do bardzo wówczas elitarnej grupy państw, dysponujących możliwością samodzielnego wynoszenia ładunków na orbitę – wcześniej dokonały tego jedynie ZSRR w 1957 r., USA w 1958 i Francja w 1966. W kolejnych latach w Kraju Kwitnącej Wiśni powstała cała gama rakiet, umożliwiających wysyłanie coraz większych i cięższych satelitów. Jak jednak wiadomo, wraz z postępem techniki, zastosowaniem nowoczesnych technologii i niebywałą miniaturyzacją, od kilkunastu lat na orbitę wynoszone są satelity o rząd wielkości bądź nawet więcej lżejsze od swych protoplastów, mogące jednak wykonywać zadania w takim samym zakresie, jeśli nie lepszym. Jednak jak bardzo można miniaturyzować satelity, by uzyskiwać z nich wartościowe dane?
Odpowiedź na to pytanie dali w 1999 r. profesorowie Jordi Puig-Suari z politechniki kalifornijskiej (Cal-Poly) oraz Bob Twiggs z Uniwerytetu Stanforda. Zaproponowali oni swym studentom opracowanie najmniejszego satelity, z możliwościami badawczymi na poziomie pierwszego sztucznego satelity Ziemi, to jest radzieckiego Sputnika z 1957 r., mającego masę 83,6 kg. W krótkim czasie okazało się, że korzystając z ówczesnych technologii i podzespołów, z których część można było zakupić od ręki w zwykłych sklepach z elektroniką, można stworzyć funkcjonującego satelitę o masie około jednego kilograma i wielkości kostki Rubika. Dość szybko opracowano standard, według którego każdy mógł zbudować własnego nanosatelitę. Warunkami brzegowymi był wymiar – 10×10×10 cm oraz masa – do 1,33 kg.
Tak zaprojektowane satelity, nazwane po prostu CubeSat, mogły zostać zapakowane do dyspensera P-POD (Poly-PicoSatellite Orbital Deployer), mogącego pomieścić do trzech sztuk. Już wówczas przewidziano, że można będzie łączyć w obrębie jednego P-POD kostki w pary, bądź w trójki. Każdy podstawowy element nazwano jednostką (unit), zatem pojawiły się oznaczenia wielkości satelitów 1U, 2U, bądź 3U. Nieco później opracowano też wersji 0,5U i 1,5U. Jak się okazało, nawet w wersji 1U, możliwe było upakowanie wewnątrz kostki jakiegoś przyrządu naukowego, systemu kierowania, aparatury radiowej, a na zewnątrz ogniw fotowoltaicznych i anten. Do pierwszego startu satelitów opartych na tym standardzie doszło 30 czerwca 2003 r.
Z Plesiecka wysłana została rakieta nośna Rokot z dodatkowym stopniem Briz-KM. Wśród rozlicznych ładunków znajdowały się też trzy dyspensery P-POD, a w nich siedem nanosatelitów – dwa amerykańskie (jeden w wersji 3U, drugi 1U), dwa duńskie, jeden kanadyjski oraz dwa japońskie. Były to CUTE-I zbudowany z udziałem studentów Tokijskiego Instytutu Technologicznego oraz Cubesat XI-IV, powstały na Uniwersytecie Tokijskim. Oba kubiki służyły do testowania satelitarnej łączności radioamatorskiej.
Dwa lata później doszło do drugiego startu satelitów opartych na nowym standardzie, wśród nich znajdował się Cubesat XI-V. Kolejne dwa japońskie nanosatelity były już znacznie bardziej zaawansowane – pierwszy, dwujednostkowy Cute-1.7 + APD II oprócz funkcji radioamatorskich pełnił rolę, która w japońskich satelitach technologicznych jest uważana za jedną z kluczowych, mianowicie miał za zadanie przetestować jedną z metod przyspieszania deorbitacji satelitów. Wybrano metodę oddzielenia na uwięzi elementu satelity, dzięki czemu zaczął on stawiać znacznie większy opór aerodynamiczny. Drugi satelita (1U, Nihon University) służył radioamatorom.
W kolejnym starcie wyniesione zostały trzy cubesaty „made in Japan” – Hayato, Waseda-SAT2 oraz Negri. Wszystkie zbudowano w wersji 1U, ale ich zadania nie były już tak proste, jak u poprzedników. Pierwszy posiadał kamery do obserwacji Ziemi w zakresie promieniowania mikrofalowego, co pozwalało rejestrować występowanie pary wodnej w atmosferze, drugi testował elektronikę, konkretnie bezpośrednio programowalną macierz bramek, trzeci zaś obserwował Ziemię oraz testował metodę orientacji przestrzennej za pomocą wysuwanych elementów („wiosełek”). Kolejny pakiet czterech japońskich satelitów rozmiaru 1U wyniesiono w 2014 r. Były to KSAT2 (Hayato 2), OPUSAT (Osaka Prefecture University Satellite) do badania systemu zasilania opartego na superkondensatorach litowo-jonowych, radioamatorski INVADER (Interactive satellite for Art and Design Experimental Research, ARTSAT-1) i technologiczny ITF-1 (Imagine The Future 1, Yui). Do wynoszenia wymienionych satelitów używano rakiet typu Kosmos-3M, Dniepr, PSLV i H-2A.

Z pomocą ISS

W 2012 r. pojawiła się nowa możliwość wysyłania kostek. Zamiast montowania P-PODów na adapterach na ostatnim stopniu rakiet nośnych, gdzieś pomiędzy głównymi ładunkami i wynoszenia ich na orbity zgodne z zadaniami tychże, postanowiono wykorzystać do tego celu Międzynarodową Stację Kosmiczną. Jak wiadomo, japońskie laboratorium Kibo jest wyposażone w niewielką śluzę, umożliwiającą wystawianie określonych ładunków na zewnątrz, a także ponowne chowanie ich do wnętrza stacji.
Z chwilą wejścia do eksploatacji trzech nowych bezzałogowych transportowców, stacja mogła się stać orbitalnym kosmodromem dla cubesatów. Amerykańskie Dragony i Cygnusy, a także japoński HTV mogą w każdej misji dostarczyć na pokład ISS pewną ilość zasobników zawierających cubesaty, które astronauci mogą w określonej chwili wyrzucić na zewnątrz. Istnieją dwie metody wyrzucania nanosatelitów z ISS. Pierwsza to japoński J-SSOD (Japanese Experiment Module (JEM) Small Satellite Orbital Deployer), druga amerykański NRCSD (NanoRacks CubeSat Deployer). Japoński system pozwala na wyrzucenie w jednym cyklu pracy śluzy sześciu jednostek, gdyż składa się z dwóch standardowych P-PODów (2×3U). Obecnie na stacji używany jest też amerykański system który dzięki zmianie konfiguracji pozwala w jednym cyklu umieścić w śluzie aż 48 jednostek (8×6U). Jako pierwsi z takiej możliwości wysyłania cubesatów skorzystali oczywiście Japończycy.