ChipSat (Sprite)

Auch bekannt als Sprite, KickSat, Femtosatellite, Femtosatellit

Monolithische Leiterplattensatelliten im Grammbereich. Cornells 4 g leichte Sprites wurden 2019 zu über hundert Stück aus dem Träger KickSat-2 ausgesetzt und funkten Daten aus dem Orbit; 2025 trug erstmals ein PocketQube einen eigenen ChipSat.

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SQ-FF-005
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Definition

Ein ChipSat vereint sämtliche Funktionen eines Satelliten (Energieversorgung, Sensorik, Datenverarbeitung und Funk) auf einer einzigen kleinen Leiterplatte. Das bekannteste Beispiel ist der an der Cornell University unter Mason Peck entwickelte Sprite: eine Platine von rund 3,5 cm Kantenlänge und einer Masse von 4 Gramm[1].

Die KickSat-Missionen

Um Sprites in den Orbit zu befördern, baute das von Zachary Manchester geleitete Projekt KickSat einen über eine Crowdfunding-Kampagne finanzierten 3U-CubeSat-Träger[2]. Der erste Versuch, KickSat-1, startete am 18. April 2014 auf SpaceX CRS-3; allerdings setzte ein strahlungsbedingter Reset des Haupttaktgebers den Auslösetimer zurück, sodass der Träger am 14. Mai 2014 wieder in die Atmosphäre eintrat, ohne seine Sprites freizugeben[3].

KickSat-2 startete am 17. November 2018 an Bord von Cygnus NG-10, trennte sich am 13. Februar 2019 in etwa 300 km Höhe von Cygnus und setzte am 18. März 2019 insgesamt 105 Sprites frei. Die ersten Funksignale trafen in der darauffolgenden Nacht ein, und die Sprites verglühten wie vorgesehen innerhalb weniger Tage[3].

Ein ChipSat auf einem PocketQube

Im Januar 2025 führte der 185 g leichte PocketQube POQUITO der Universität Luxemburg einen eigenständigen ChipSat mit und demonstrierte die erste optische Verbindung im sichtbaren Licht zwischen einem PocketQube und einem ChipSat[4]. Die Mission kombiniert die beiden kleinsten Satellitenklassen: Der PocketQube stellt Energie, Funkverbindung und Lageregelung bereit, während der ChipSat als freifliegender Knoten von wenigen Gramm Masse agiert[5].

Bedeutung des Konzepts

Die Sprites haben bewiesen, dass die Bauteilkosten eines Satelliten unter hundert US-Dollar sinken können und dass sich zahlreiche Knoten gleichzeitig aussetzen und auf einem gemeinsamen Funkkanal empfangen lassen. Dieser Ansatz weist den Weg zu Mehrpunkt-Sensornetzwerken für Atmosphären- und Weltraumwettermessungen sowie zu Einwegsonden in der Planetenforschung.

Sprite

EigenschaftWert
Platine≈3,5 × 3,5 cm (1,4 Zoll im Quadrat)
Masse4 g
Prozessor und FunkMikrocontroller und Transceiver auf einem Chip (TI CC430F5137)
EnergieversorgungDirekt auf der Platine bestückte Solarzellen
KommunikationKurze Pakete im 400-MHz-Bereich im Milliwatt-Leistungsbereich
SensorikEinzelne On-Board-Sensoren

Ein Sender im Milliwatt-Bereich kann eine Funkstrecke aus dem nur bei sehr niedrigen Datenraten und mithilfe von Spreizspektrum-Verarbeitungsgewinn (Spread-Spectrum Processing Gain) schließen. Im Vergleich zu den 0,5 W eines typischen 1P-Senders übersteigt der Pegelunterschied 20 dB, was bei gleicher Systemreserve eine um mehr als den Faktor hundert geringere Datenrate bedeutet. Der Artikel zur UHF-Übertragungsbilanz zeigt im Detail, wie die einzelnen Terme skalieren.

Bahnverfolgung

Eine wenige Zentimeter große Leiterplatte liegt weit unterhalb der Schwelle, die -Überwachungsradare routinemäßig erfassen. Die Sprites von KickSat-2 wurden deshalb in sehr geringer Höhe ausgesetzt und traten binnen weniger Tage wieder in die Atmosphäre ein; langlebigere ChipSat-Missionen werfen regulatorische Fragen hinsichtlich der Verfolgbarkeit und des Kollisionsrisikos auf.

Lebensdauer eines taumelnden 4-g-Sprite (Flachseite im Mittel) und eines 1P-PocketQubes bei moderater Sonnenaktivität
FormfaktorMasse (kg)Ballistischer Parameter (m²/kg)Ab 250 kmAb 300 kmAb 350 kmAb 400 km
Sprite0,000,3946< 1 Tage< 1 Tage2 Tage7 Tage
1P0,250,03302 Tage9 Tage28 Tage3 Monate

Kennewell-Dichtemodell, Widerstandsbeiwert 2,2, mittlere Taumelfläche A_tot/4, Wiedereintritt bei 180 km, Satellit an der Massengrenze seines Standards. Sonnenaktivität: niedrig F10.7 = 70 sfu, Ap = 6; mittel 140 sfu, Ap = 12; hoch 210 sfu, Ap = 18.

Lage und Energie

Sprites verfügen über keinerlei Lageregelung. Während die Platine taumelt, ändern sich sowohl die Sonneneinstrahlung als auch der Antennengewinn fortlaufend, sodass die Mission mit unterbrochener Energieversorgung und einer intermittierenden Funkstrecke auskommen muss.

Strahlung

KickSat-1 hat verdeutlicht, dass ein einzelner Controller ohne Redundanz eine gesamte Mission durch einen einzigen strahlungsinduzierten Reset verlieren kann. Selbst im Grammmaßstab verdienen kritische Zeitgeber einen unabhängigen Hardware-Pfad.

Literaturverzeichnis

  1. [1]Kacapyr, S. (2019). Cracker-sized satellites demonstrate new space tech. Cornell Chronicle.news.cornell.edu
  2. [2]Manchester, Z., Peck, M., & Filo, A. (2013). KickSat: a crowd-funded mission to demonstrate the world’s smallest spacecraft. In: 27th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites (SSC13-IX-5).
  3. [3]Wikipedia. (2026). KickSat.en.wikipedia.org(abgerufen am 20. Oktober 2026)
  4. [4]nadir lab. (2026). PocketQube-class picosatellites: architecture, flight heritage, and a multi-method post-flight analysis of Grizu-263A [Preprint]. nadir lab. Research Monographs (SQ-R-001).Auf nadir lab. lesen
  5. [5]Franzese, V., Kanavouras, K., Bruce Rosete, C., Gouvalas, S., Sajjad, N., Alandihallaj, M., Herasimenka, A., & Hein, A. (2025). System design of the POQUITO PocketQube mission. CEAS Space Journal.doi:10.1007/s12567-025-00624-9

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