CASIOPE

Cascade, Smallsat and Ionospheric Polar Explorer ( CASSIOPE ) 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 su lanzamiento hasta febrero de 2018, fueron financiados por la CSA y el programa Technology Partnerships Canada. En febrero de 2018, CASSIOPE se integró a la constelación Swarm de la Agencia Espacial Europea mediante el Programa de Misiones de Terceros, conocido como Swarm Echo o Swarm-E. Fue lanzado el 29 de septiembre de 2013 en el primer vuelo del cohete Falcon 9 v1.1 de SpaceX . CASSIOPE es el primer satélite híbrido canadiense con una doble misión en los campos de las telecomunicaciones y la investigación científica. Sus principales objetivos son recopilar información para comprender mejor la ciencia del clima espacial y, al mismo tiempo, verificar conceptos de comunicaciones de alta velocidad mediante el uso de tecnologías espaciales avanzadas.

El satélite fue desplegado en una órbita polar elíptica y transporta un sistema de comunicaciones comercial llamado Cascade, así como un paquete de experimentos científicos denominado e-POP (Enhanced Polar Outflow Probe). Tras la separación de etapas, SpaceX utilizó la primera etapa del Falcon 9 para una prueba de descenso y aterrizaje controlados . Si bien la primera etapa se destruyó al impactar contra el océano, se obtuvieron datos significativos y la prueba se consideró un éxito.

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 entre 2000 y 2005. ^{[ 6 ]} El concepto revisado consistía en combinar una versión mejorada de POP, llamada e-POP, con un satélite comercial de MacDonald, Dettwiler and Associates (MDA) llamado Cascade , en un solo satélite, y diseñar y construir una plataforma genérica de satélite pequeño y de bajo costo que sería útil para otras misiones satelitales canadienses en el futuro. ^{[ 7 ]} Los ocho instrumentos científicos de e-POP se construyeron, calibraron y probaron entre 2005 y 2007, y se integraron en la plataforma del satélite para realizar pruebas a nivel de nave espacial entre 2008 y 2009. ^{[ 6 ]}  

CASSIOPE es un pequeño satélite de 481 kg (1060 lb) que mide 180 cm (71 in) de largo y 125 cm (49 in) de alto. ^{[ 5 ] [ 8 ]} Combina la función de dos misiones distintas para ser más rentable y reducir el riesgo . ^{[ 9 ]} La nave espacial lleva una carga útil principal de dos conjuntos de instrumentos: el sistema de comunicaciones comerciales Cascade y una carga útil científica llamada e-POP.      

En 2006, cuando se contrataron los servicios de lanzamiento del Falcon 9 de SpaceX, el vehículo aún no se había desarrollado. ^{[ 14 ]} A pesar de esto, MDA acordó colocar a CASSIOPE en uno de sus vuelos inaugurales. ^{[ 15 ]} Originalmente programado para el segundo trimestre de 2008, la fecha de lanzamiento se pospuso repetidamente. ^{[ 15 ]} En junio de 2010, el vehículo de lanzamiento cambió del Falcon 9 v1.0 al Falcon 9 v1.1 . ^{[ 12 ]}

MDA consintió en colocar CASSIOPE en el vuelo inaugural de un vehículo de lanzamiento esencialmente no probado. ^{[ 16 ]} El Falcon 9 v1.1, una versión mejorada del Falcon 9 original, era significativamente más grande y pesado, con un aumento del 60 por ciento en el empuje. ^{[ 16 ]} Sin embargo, la masa de la carga útil, aproximadamente 500 kg (1100 lb) , era relativamente ligera en comparación con las capacidades del cohete. ^{[ 17 ]} Como misión de demostración tecnológica para SpaceX, MDA recibió una tarifa con descuento, aproximadamente un 20 por ciento por debajo del precio publicado normal para una misión de SpaceX Falcon 9 en órbita terrestre baja (LEO). ^{[ 18 ]}  

Dado que se trataba del vuelo inaugural de un nuevo vehículo de lanzamiento, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos estimó que la probabilidad general de fallo de la misión era de casi el 50 %. ^{[ 19 ]} Afortunadamente, la misión fue un éxito, al igual que cada una de las 13 misiones posteriores del Falcon 9 v1.1. Sin embargo, en junio de 2015 se produjo un fallo del vehículo de lanzamiento y la consiguiente pérdida de la misión en la misión de reabastecimiento de la Estación Espacial Internacional SpaceX CRS-7. ^{[ 20 ]}

CASSIOPE fue lanzado el 29 de septiembre de 2013, ^{[ 21 ]} marcando el lanzamiento inaugural de un Falcon 9 de SpaceX desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en California. ^{[ 22 ]} También representó el primer lanzamiento de un Falcon 9 de SpaceX a una órbita polar y la primera vez que un Falcon 9 se lanzó con una cofia de carga útil en lugar de una nave espacial Dragon en la parte superior. ^{[ 22 ]} La etapa superior del Falcon 9, utilizada para lanzar CASSIOPE, quedó en una órbita elíptica baja decreciente de la Tierra. Entró en la atmósfera el 8 de febrero de 2025, con su perigeo final de 135 km (84 mi) y un apogeo de 161 km (100 mi) . ^{[ 23 ]}    

Después de un exitoso lanzamiento 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 la plataforma de la nave espacial ni en las cargas útiles. Se utilizaron tres estaciones terrestres, incluidas Kiruna (Suecia), Inuvik (Canadá) y la Estación Receptora Antártica Alemana en la Base General Bernardo O'Higgins en la Antártida. Las operaciones rutinarias estaban programadas para extenderse hasta marzo de 2015. La misión se extendió mediante financiamiento 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, integró la misión en la constelación de satélites Swarm. ^{[ 27 ]} Cambiaron el nombre de CASSIOPE a "Swarm-Echo", reconociendo la sinergia entre las dos misiones para recopilar datos del clima espacial en órbita terrestre baja. ^{[ 27 ]} La asociación permitió cuatro contactos con estaciones terrestres por día, en lugar de uno, 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 significativamente las operaciones de la nave, ya que solo se requieren tres ruedas para el apuntamiento estabilizado en tres ejes. Una segunda rueda de reacción falló el 27 de febrero de 2021, lo que obligó a la nave a adoptar una configuración de actitud de giro lento y mantenimiento de seguridad. El control estabilizado en tres ejes se restableció en septiembre de 2021 mediante la implementación de una configuración de momento de polarización en las dos ruedas restantes (haciendo girar las ruedas en direcciones opuestas) y el uso de 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, dejando a la nave sin métodos viables para el apuntamiento de actitud fija. Aunque la mayoría de los instrumentos e-POP estaban completamente operativos, sin un apuntamiento estabilizado no se pudieron cumplir muchos de los objetivos científicos, lo que resultó en la conclusión de la parte operativa de la misión el 31 de diciembre de 2021. ^{[ 28 ]}

• Lista de lanzamientos de Falcon 9 y Falcon Heavy

• Yau, Andrew W.; James, H. Gordon (junio de 2009). "CASSIOPE Enhanced Polar Outflow Probe (e-POP) Small Satellite Mission: Space Plasma Observations and International Collaborations". AIP Conference Proceedings . 1144 : 192–195 . Bibcode : 2009AIPC.1144..192Y . doi : 10.1063/1.3169287 .
• Fujikawa, Nobuko; Hayakawa, Hajime; Tsuruda, Koichiro; et  al. (2005). Espectrómetro de masa y velocidad de partículas neutras (NMS) en la nave espacial e-POP/CASSIOPE (PDF) . Sesiones Internacionales de la Reunión Conjunta de Ciencias de la Tierra y Planetarias de Japón 2005.
• Yau, Andrew W.; James, H. Gordon (2011). «Objetivos científicos de la misión de satélite pequeño canadiense CASSIOPE Enhanced Polar Outflow Probe (e-POP)». El Sol, el viento solar y la heliosfera . Serie de libros especiales IAGA Sopron, volumen 4. Springer Netherlands . págs. 355–364 . Bibcode : 2011sswh.book..355Y . doi : 10.1007/978-90-481-9787-3_26 . ISBN  978-90-481-9786-6.
• Yau, AW; James, HG; Bernhardt, PA; et  al. (abril de 2009). "La misión Canadian Enhanced Polar Outflow Probe (e-POP): estado actual y observaciones y distribución de datos planificadas" . Data Science Journal . 8 : S38– S44. doi : 10.2481/dsj.8.S38 .

• CASSIOPE en la Agencia Espacial Canadiense
• CASSIOPE en MacDonald, Dettwiler and Associates