GTOSat—zal niet alleen belangrijke observaties geven van de milieuonvriendelijke stralingsgordels die de aarde omringen, het zal de eerste stappen vormen van een nieuwe technologische visie.

Deze missie van primeurs zal dienen als een padvinder voor nieuwe stralingstolerante technologieën die wetenschappers zouden kunnen helpen een lang gezochte droom te verwezenlijken:het inzetten van een constellatie van kleine satellieten buiten een lage baan om de aarde om gelijktijdige, meerpuntsmetingen van de steeds veranderende magnetosfeer van de aarde, die de planeet beschermt tegen de constante aanval van geladen deeltjes die van de zon stromen.

Verder, het zal de eerste CubeSat zijn die in een geostationaire baan om de aarde werkt, of GTO - waaraan het zijn naam ontleent - en de eerste die de nieuwste, robuustere versie van de door NASA ontwikkelde Dellingr-ruimtevaartuigbus - de Dellingr-X.

NASA HTIDES Awards GTOSat en anderen

"Derde keer is een charme, " zei Larry Kepko, een wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Hij had eerder geprobeerd om financiering binnen te halen in het kader van Heliophysics Technology and Instrument Development for Science van het agentschap, of HTIDES, programma om de missie te bouwen en te lanceren. Naast GTOSat, het HTIDeS-programma kende vier andere CubeSat-missies toe, 13 sondeerraket- en ballononderzoeken, en 12 inspanningen voor instrumentontwikkeling.

Start naar verwachting begin 2021, de $ 4,5 miljoen GTOSat zal metingen verzamelen van een zeer elliptische baan om de aarde die een standaard overdrachtsbaan is voor communicatiesatellieten die in een geostationaire baan rond 22 werken, 000 mijl van de aarde. Vanaf die locatie, GTOSat zal zijn twee instrumenten aan boord gebruiken om hoogenergetische deeltjes te meten die waarschijnlijk afkomstig zijn van zonnewind en kosmische straling.

Deze deeltjes draaien, stuiteren, en drijf door twee concentrische, donutvormige ringen, de Van Allen-riemen, soms schieten ze naar de atmosfeer van de aarde of ontsnappen ze de ruimte in. Genoemd naar James van Allen, hun ontdekker, deze stralingsgordels bevinden zich in het binnenste gebied van de magnetische omgeving van de aarde, de magnetosfeer. Daar zwellen en krimpen ze na verloop van tijd als onderdeel van een veel groter ruimteweersysteem dat satellieten en GPS-communicatie kan verstoren, een bedreiging vormen voor de gezondheid en veiligheid van astronauten die in een lage baan om de aarde werken, of zelfs - wanneer extreem - interfereren met het elektriciteitsnet.

"Deze energetische deeltjes kunnen ruimtevaartuigen beschadigen en aanzienlijke risico's vormen voor de gezondheid van astronauten. " zei GTOSat hoofdonderzoeker Lauren Blum, een Goddard-wetenschapper die het winnende voorstel indiende. "Deze regio van de ruimte is niet alleen wetenschappelijk interessant, het heeft directe invloed op ons hier op aarde."

Momenteel, NASA's Van Allen-sondes, de tweede missie van NASA's Living With a Star-programma, geven ongekend inzicht in de fysieke dynamiek van de stralingsgordels. Echter, de twee sondes, die in 2012 werd gelanceerd hebben geen brandstof meer en zullen naar verwachting over een paar jaar met pensioen gaan. GTOSat zal nieuwe gegevens leveren nadat de Van Allen Probes-missie voorbij is, zei Blum.

Dellingr-X biedt oplossing

Om door te gaan met het verzamelen van metingen van de Van Allen-riemen, echter, het GTOSat-team moest ervoor zorgen dat de ruimtevaartuigbus en zijn instrumenten bestand waren tegen de vijandige omgeving die groter, meer traditionele ruimtevaartuigen, zoals de Van Allen-sondes, zijn gebouwd om te tolereren. Een succesvolle CubeSat-missie vereiste dat de hardware en software voorbereid waren om de aanval van geladen deeltjes te tolereren, die elektronica kan vernietigen en uiteindelijk missies kan beëindigen, Blum zei, eraan toevoegend dat tot op heden de meeste CubeSat-missies ver onder de hoogte van de Van Allen-gordels opereren.

Het Dellingr-X ruimtevaartuig bood de perfecte oplossing.

Een vervolg op de originele Dellingr ter grootte van een schoenendoos die speciaal werd ontworpen om goedkoper te zijn, betrouwbaarder dan de meeste CubeSat-ruimtevaartuigen, en in staat om NASA-klasse wetenschap uit te voeren, Dellingr-X voegt een nieuw niveau van mogelijkheden toe.

Dellingr-X's all-important command and data handling and electrical power systems will be radiation tolerant; in other words, they will be able to withstand high-energy particle hits that sometimes cause electronic systems to latch-up and draw too much current.

Both technologies were developed under the Goddard Modular SmallSat Architecture, or GMSA, program, which the center initiated to create overarching system designs and technologies to dramatically reduce mission risks without significantly increasing the cost of smaller platforms.

Future Missions to Benefit

Enabling GTOSat isn't the only benefit of these new GMSA technologies, Kepko said.

NASA is studying a couple constellation-type missions that might employ as many as 36 SmallSats—spacecraft larger than CubeSats but smaller and less expensive than more traditional satellites—in multiple locations within the magnetosphere that encompasses the Van Allen belts. Dellingr spacecraft wouldn't be appropriate for these types of missions due to their small size, but a GMSA-based SmallSat weighing between 110-220 pounds would be, hij zei.

As a pathfinding mission, the relatively inexpensive GTOSat will demonstrate these new technologies and give them flight heritage, he added. "This paves the way and opens the door to eventually flying multiple satellites in a SmallSat constellation beyond low-Earth orbit—something I've waited my entire career to happen but hasn't because it's prohibitively expensive to build and fly multiple, more traditional spacecraft."