Kleine satellieten, sommige kleiner dan een schoenendoos, draaien momenteel ongeveer 200 mijl boven de aarde, het verzamelen van gegevens over onze planeet en het heelal. Het is niet alleen hun kleine gestalte, maar ook hun bijbehorende lagere kosten die hen onderscheiden van de grotere commerciële satellieten die telefoongesprekken en GPS-signalen over de hele wereld uitzenden, bijvoorbeeld. Deze SmallSats staan ​​klaar om de manier te veranderen waarop we wetenschap vanuit de ruimte doen. Hun goedkopere prijskaartje betekent dat we er meer kunnen lanceren, waardoor constellaties van gelijktijdige metingen van verschillende kijklocaties meerdere keren per dag mogelijk zijn - een overvloed aan gegevens die met traditionele, grotere platforms.

genaamd SmallSats, deze apparaten kunnen variëren van de grootte van grote keukenkoelkasten tot de grootte van golfballen. Nanosatellieten bevinden zich aan dat kleinere uiteinde van het spectrum, met een gewicht tussen één en 10 kilogram en gemiddeld zo groot als een brood.

Vanaf 1999, professoren van Stanford en California Polytechnic universiteiten hebben een standaard voor nanosatellieten vastgesteld. Ze bedachten een modulair systeem, met nominale eenheden (1U kubussen) van 10x10x10 centimeter en 1kg gewicht. CubeSats groeien in omvang door de agglomeratie van deze units - 1.5U, 2U, 3U, 6U enzovoort. Omdat CubeSats kunnen worden gebouwd met in de handel verkrijgbare onderdelen, hun ontwikkeling maakte ruimteverkenning toegankelijk voor veel mensen en organisaties, vooral studenten, colleges en universiteiten. Dankzij de verbeterde toegang konden verschillende landen – waaronder Colombia, Polen, Estland, Hongarije, Roemenië en Pakistan – om CubeSats te lanceren als hun eerste satellieten en pionierswerk te verrichten voor hun ruimteverkenningsprogramma's.

Initial CubeSats zijn ontworpen als leermiddelen en technologische proof-of-concept, demonstreren hun vermogen om te vliegen en de benodigde operaties uit te voeren in de barre ruimteomgeving. Zoals alle ruimteverkenners, ze hebben te maken met vacuümomstandigheden, kosmische straling, brede temperatuurschommelingen, hoge snelheid, atomaire zuurstof en meer. Met bijna 500 lanceringen tot nu toe, ze hebben ook hun bezorgdheid geuit over de toenemende hoeveelheid "ruimteafval" in een baan om de aarde, vooral omdat ze voor hobbyisten bijna binnen handbereik komen. Maar naarmate de mogelijkheden van deze nanosatellieten toenemen en hun mogelijke bijdragen groeien, ze hebben hun eigen plek in de ruimte verdiend.

Van proof of concept tot wetenschappelijke toepassingen

Als we denken aan kunstmatige satellieten, we moeten een onderscheid maken tussen het ruimtevaartuig zelf (vaak de "satellietbus" genoemd) en de lading (meestal een wetenschappelijk instrument, camera's of actieve componenten met zeer specifieke functies). Typisch, de grootte van een ruimtevaartuig bepaalt hoeveel het kan vervoeren en als wetenschappelijke nuttige lading kan functioneren. Naarmate de technologie verbetert, kleine ruimtevaartuigen worden steeds beter in staat om steeds meer geavanceerde instrumenten te ondersteunen.

Dankzij deze geavanceerde nanosatellietladingen zijn SmallSats volwassen geworden en kunnen ze nu helpen onze kennis over de aarde en het universum te vergroten. Deze revolutie is in volle gang; veel overheidsorganisaties, particuliere bedrijven en stichtingen investeren in het ontwerp van CubeSat-bussen en payloads die gericht zijn op het beantwoorden van specifieke wetenschappelijke vragen, die een breed scala aan wetenschappen bestrijkt, waaronder het weer en het klimaat op aarde, ruimteweer en kosmische straling, planetaire verkenning en nog veel meer. Ze kunnen ook fungeren als padvinders voor grotere en duurdere satellietmissies die deze vragen beantwoorden.

Ik leid een team hier aan de Universiteit van Maryland, Baltimore County dat samenwerkt aan een op wetenschap gericht CubeSat-ruimtevaartuig. Onze Hyper Angular Rainbow Polarimeter (HARP) payload is ontworpen om interacties tussen wolken en aerosolen te observeren - kleine deeltjes zoals vervuiling, stof, zeezout of stuifmeel, gesuspendeerd in de atmosfeer van de aarde. HARP is klaar om de eerste Amerikaanse polarimeter voor beeldvorming in de ruimte te zijn. Het is een voorbeeld van het soort geavanceerd wetenschappelijk instrument dat in hun begintijd niet mogelijk was geweest om op een kleine CubeSat te proppen.

Gefinancierd door NASA's Earth Science Technology Office, HARP zal rijden op het CubeSat-ruimtevaartuig dat is ontwikkeld door het Space Dynamics Lab van de Utah State University. Het doorbreken van de traditie van het gebruik van kant-en-klare consumentenonderdelen voor CubeSat-payloads, het HARP-team heeft een andere aanpak gekozen. We hebben ons instrument geoptimaliseerd met op maat ontworpen en op maat gemaakte onderdelen die gespecialiseerd zijn om de delicate multi-angle, multispectrale polarisatiemetingen vereist door de wetenschappelijke doelstellingen van HARP.

HARP is momenteel gepland voor lancering in juni 2017 naar het internationale ruimtestation. Kort daarna zal het worden vrijgegeven en een volledig autonoom, gegevensverzamelende satelliet.

SmallSats – grote wetenschap

HARP is ontworpen om te zien hoe aerosolen interageren met de waterdruppels en ijsdeeltjes waaruit wolken bestaan. Aërosolen en wolken zijn diep verbonden in de atmosfeer van de aarde - het zijn aerosoldeeltjes die wolkendruppels zaaien en ze laten groeien tot wolken die uiteindelijk hun neerslag laten vallen.

Deze onderlinge afhankelijkheid houdt in dat het wijzigen van de hoeveelheid en het type deeltjes in de atmosfeer, door luchtvervuiling, zal het type beïnvloeden, grootte en levensduur van wolken, evenals wanneer de neerslag begint. Deze processen zullen de wereldwijde watercyclus van de aarde beïnvloeden, energiebalans en klimaat.

Wanneer zonlicht interageert met aerosoldeeltjes of wolkendruppels in de atmosfeer, het verspreidt zich in verschillende richtingen, afhankelijk van de grootte, vorm en samenstelling van wat het tegenkwam. HARP meet het verstrooide licht dat vanuit de ruimte te zien is. We zullen conclusies kunnen trekken over de hoeveelheid aerosolen en de grootte van druppeltjes in de atmosfeer, en vergelijk schone wolken met vervuilde wolken.

In principe, het HARP-instrument zou de mogelijkheid hebben om dagelijks gegevens te verzamelen, de hele wereld bestrijken; ondanks zijn kleine formaat zou het enorme hoeveelheden gegevens verzamelen voor aardobservatie. Dit soort mogelijkheden is ongekend in een kleine satelliet en wijst op de toekomst van goedkopere, sneller te implementeren pathfinder-voorlopers voor grotere en complexere missies.

HARP is een van de vele programma's die momenteel lopen en die gebruikmaken van de voordelen van CubeSats voor het verzamelen van wetenschappelijke gegevens. nasa, universiteiten en andere instellingen onderzoeken nieuwe aardwetenschappelijke technologie, De stralingscyclus van de aarde, De microgolfemissie van de aarde, ijswolken en vele andere wetenschappelijke en technische uitdagingen. Onlangs is MIT gefinancierd om een ​​constellatie van 12 CubeSats genaamd TROPICS te lanceren om neerslag en stormintensiteit in de atmosfeer van de aarde te bestuderen.

Voor nu, maat doet er nog steeds toe

Maar de aard van CubeSats beperkt nog steeds de wetenschap die ze kunnen doen. Beperkingen in de macht, opslag en, het belangrijkste, het vermogen om de informatie terug naar de aarde te sturen, belemmert ons vermogen om ons HARP-instrument continu te laten werken binnen een CubeSat-platform.

Dus als een ander onderdeel van onze inspanning, we zullen observeren hoe HARP het doet terwijl het zijn wetenschappelijke observaties doet. Hier bij UMBC hebben we het Center for Earth and Space Studies opgericht om te onderzoeken hoe goed kleine satellieten het doen bij het beantwoorden van wetenschappelijke vragen over aardsystemen en ruimte. Dit is waar de onbewerkte gegevens van HARP worden geconverteerd en geïnterpreteerd. Naast het beantwoorden van vragen over interacties tussen wolken en aerosolen, het volgende doel is om te bepalen hoe SmallSats en andere technologieën het beste kunnen worden gebruikt voor toepassingen op het gebied van aard- en ruimtewetenschap. Zien wat werkt en wat niet zal helpen bij het informeren van grotere ruimtemissies en toekomstige operaties.

De SmallSat-revolutie, gestimuleerd door populaire toegang tot de ruimte via CubeSats, haast zich nu naar de volgende revolutie. De volgende generatie nanosatellietladingen zal de grenzen van de wetenschap verleggen. Ze zullen misschien nooit de behoefte aan grotere en krachtigere satellieten vervangen, maar NanoSats zullen hun eigen rol blijven uitbreiden in de voortdurende race om de aarde en het universum te verkennen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.