Ruimteonderzoek is een dure aangelegenheid. Zodra een op de ruimte gebaseerd instrument is voorgesteld, onderzoekers willen er zoveel mogelijk waarde uit halen. De voorgestelde satelliet groeit snel in instrumenten en mogelijkheden. Duur, stralingsharde componenten moeten worden gebruikt. De kosten plaatsen satellietinstrumentplatforms buiten het bereik van de meeste onderzoeksbudgetten.

Voer de CubeSat in, de flatpack-meubels van de ruimtevaartindustrie. Goedkope en toegankelijke CubeSats hebben de ruimtewetenschap gedemocratiseerd. Ze kunnen zo klein zijn als een kubus van 10 cm en kunnen minder dan een kilogram wegen. Klein en licht zijn, ze kunnen niet veel instrumentatie bevatten, zodat de kosten laag blijven. En, omdat ze in een lage baan om de aarde zijn geplaatst, ze hebben een relatief korte levensduur, dus stralingsgeharde elektronica is niet nodig.

Een goedkoop en vrolijk röntgenobservatorium

LaRocca en collega's, rapportage in SPIE's Tijdschrift voor astronomische telescopen, instrumenten, en systemen , hebben de ontwikkeling van een CubeSat genaamd HaloSat gedetailleerd beschreven, ontworpen om de röntgenstraling van zuurstof uit diffuse bronnen te meten, zoals de halo rond de Melkweg. De satelliet geeft geen beeld, maar het telt wel röntgenstralen uit een specifieke richting en uit een gekozen energieband, met enige ruimtelijke resolutie.

Om dat te bereiken, de onderzoekers gebruikten silicium driftdetectoren, waarvan de uitvoer wordt versterkt en naar een signaalverwerkingsbord wordt gestuurd. De elektronica aan boord is in staat om snel röntgenenergie en tellingen van de drie detectoren op te slaan. De detectoren zelf hebben geen optiek, wat een probleem is omdat de onderzoekers er zeker van moeten zijn dat de röntgenstralen afkomstig zijn van de beoogde bron. Om dit probleem op te lossen, de detectoren waren vrij diep in de satelliet geplaatst met een collimerende buis die naar de buitenwereld leidde. Grove kaarten van röntgenstraling worden vervolgens opgebouwd door de oriëntatie van de satelliet boven het doel te scannen.

Het hele wetenschappelijke instrument weegt minder dan 3 kg en verbruikt ongeveer 4 W. Het besturingssysteem brengt het pakket op 12 kg, terwijl de hele satelliet ongeveer zo groot is als een dik boek.

HaloSat werd gelanceerd in 2018, en haar missie is verlengd tot medio 2020. Tot dusver, het heeft de röntgenstraling van de Melkweg en de Krabnevel in kaart gebracht. De eenvoudige mapping-spectrometer heeft opmerkelijk schone gegevens opgeleverd, die een paar jaar analyse en inzichten mogelijk zullen maken.

Leef snel, Jong doodgaan

HaloSat zal voor eind 2020 uit de baan gaan vanwege luchtweerstand, dus de missie kan niet veel langer worden verlengd. Een dergelijke tijdelijke beperking maakt deel uit van het leven van een CubeSat - ze zijn de eendagsvlieg van ruimtevaartuigen. De vraag is niet of de satelliet langer zal leven, maar of uit zo'n korte missie bruikbare wetenschappelijke resultaten kunnen worden gehaald. De onderzoekers hebben het bevestigend bewezen:lage kosten, kortstondige satellietmissies kunnen nuttige resultaten opleveren.

Een ander aspect van de CubeSat is de ontwikkelingstijdlijn. Het geld voor HaloSat kwam in 2016 binnen. Het instrument was voltooid, geïntegreerd met de rest van de satelliet en medio 2018 gelanceerd. Dit is ongelooflijk snel. Om de ontwikkeltijd in perspectief te plaatsen, het conceptuele werk voor de GRACE-FO-missie (zwaartekrachtherstel en klimaatexperiment), wat een verbeterde kopie is van de originele GRACE-missie, begon in 2012, en uiteindelijk gelanceerd in 2018.

Dit onderzoek toont ook de beperkingen van CubeSats aan. HaloSat, zoals alle CubeSats, één ding kan doen en slechts voor een relatief korte tijd. Als de onderzoekers resultaten hebben die ze willen opvolgen, dan kunnen ze dat waarschijnlijk niet met dezelfde satelliet. Als uit de gegevens blijkt dat een ander type instrument nodig is, de onderzoekers zullen moeten wachten tot er een nieuwe satelliet wordt gelanceerd. Dit benadrukt dat, hoewel CubeSats de ruimte toegankelijker maken, onderzoekers moeten een zeer goed geplande en gerichte missie hebben om er een succes van te maken. HaloSat laat zien hoe dat moet.

Zoals de auteurs het stellen, "De snelle ontwikkeling, integratie, en het lanceringsschema van 2,5 jaar voor CubeSats zal zeker meer interesse wekken op het gebied van astrofysica als zowel een testbed voor nieuwe technologie als een platform voor gerichte missies. HaloSat is mogelijk een van de eerste astrofysica CubeSats, maar het zal niet de laatste zijn."