Dit weekend, wanneer de volgende vrachtbevoorradingsmissie naar het internationale ruimtestation wordt gelanceerd vanaf NASA Wallops Flight Facility in Virginia, het zal onder zijn voorraden en experimenten drie satellieten ter grootte van een graandoos meenemen die zullen worden gebruikt om de volgende generatie aardobservatietechnologie te testen en te demonstreren.

NASA maakt steeds meer gebruik van CubeSats - kleine satellieten gebaseerd op verschillende configuraties van kubussen van ongeveer 4 x 4 x 4-inch - om nieuwe technologieën in een baan om de aarde te brengen waar ze kunnen worden getest in de ruwe omgeving van de ruimte voordat ze worden gebruikt als onderdeel van grotere satellietmissies of constellaties van ruimtevaartuigen.

De drie CubeSat-missies die op de negende commerciële bevoorradingsmissie van Orbital ATK worden gelanceerd, vertegenwoordigen een breed scala aan geavanceerde technologieën in zeer kleine pakketten.

RainCube - een radar in een CubeSat - is precies dat:een geminiaturiseerd radarinstrument voor het bestuderen van neerslag dat iets meer dan 26 pond weegt. RainCube is kleiner, heeft minder componenten, en verbruikt minder stroom dan traditionele radarinstrumenten. NASA's Earth Science Technology Office (ESTO) In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST)-programma selecteerde het project om aan te tonen dat zo'n kleine radar met succes kan worden gebruikt op een CubeSat-platform.

Deze missie is de eerste keer dat een actief radarinstrument op een CubeSat is gevlogen.

Indien succesvol, RainCube zou de deur kunnen openen voor lagere kosten, snelle constellatiemissies, waarin meerdere CubeSats samenwerken om frequentere waarnemingen te bieden dan een enkele satelliet.

"Een constellatie van RainCube-radars zou de interne structuur van weersystemen kunnen observeren terwijl ze evolueren volgens processen die beter moeten worden gekarakteriseerd in weer- en klimaatvoorspellingsmodellen, " zei RainCube hoofdonderzoeker Eva Peral van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië.

RainCube zal golflengten gebruiken in de hoogfrequente Ka-band van het elektromagnetische spectrum. Ka-golflengten werken met kleinere antennes (de inzetbare antenne van RainCube meet op slechts een halve meter, of meter, over) en een exponentiële toename van gegevensoverdracht over lange afstanden mogelijk maken, waardoor RainCube ook een demonstratie is van verbeterde communicatie. JPL ontwikkelde het RainCube-instrument, terwijl Tyvak Inc. het ruimtevaartuig ontwikkelde.

CubeSats kan ook worden gebruikt om nieuwe subsystemen en technieken te testen om de gegevensverzameling vanuit de ruimte te verbeteren. Radiofrequentie-interferentie (RFI) is een groeiend probleem voor microgolfradiometers in de ruimte, instrumenten die belangrijk zijn voor het bestuderen van bodemvocht, meteorologie, klimaat en andere eigenschappen van de aarde. Aangezien het aantal RFI-veroorzakende apparaten, waaronder mobiele telefoons, radio's, en televisies - neemt toe, het zal nog moeilijker zijn voor NASA's satellietmicrogolfradiometers om gegevens van hoge kwaliteit te verzamelen.

Om dit probleem aan te pakken, NASA's InVEST-programma financierde een team onder leiding van Joel Johnson van de Ohio State University om CubeRRT te ontwikkelen, de CubeSat Radiometer Radio Frequency Interference Technology Validation-missie. "Onze technologie, " zei Johnson, "zullen ervoor zorgen dat onze aardobserverende radiometers nog steeds kunnen blijven werken in de aanwezigheid van deze interferentie."

RFI heeft al invloed op gegevens die zijn verzameld door aardobservatiesatellieten. Om dit probleem te verminderen, metingen worden naar de grond verzonden waar ze vervolgens worden verwerkt om alle door RFI beschadigde gegevens te verwijderen. Het is een ingewikkeld proces en er moeten meer gegevens naar de aarde worden verzonden. Met toekomstige satellieten die nog meer RFI tegenkomen, meer gegevens kunnen worden beschadigd en missies kunnen hun wetenschappelijke doelen mogelijk niet bereiken.

Johnson werkte samen met technologen van JPL en Goddard Space Flight Center, Groene riem, Maryland, om de CubeRRT-satelliet te ontwikkelen om de mogelijkheid te demonstreren om RFI te detecteren en RFI-corrupte gegevens in realtime aan boord van het ruimtevaartuig uit te filteren. Het ruimtevaartuig is ontwikkeld door Blue Canyon Technologies, Kei, Colorado.

Een van de door radiometers verzamelde weermetingen die belangrijk zijn voor onderzoekers, betreft wolkenprocessen, specifiek stormontwikkeling en de identificatie van het tijdstip waarop de regen begint te vallen. Momenteel, weersatellieten passeren stormen slechts eens in de drie uur, niet vaak genoeg om veel van de veranderingen in dynamische stormsystemen te identificeren. Maar de ontwikkeling van een nieuwe extreem compact radiometersysteem zou daar verandering in kunnen brengen.

NASA's Earth System Science Pathfinder-programma selecteerde Steven Reising van Colorado State University en partners bij JPL om te ontwikkelen, bouwen, en demonstreren van een radiometer met vijf frequenties op basis van nieuw beschikbare ruisarme versterkertechnologieën die zijn ontwikkeld met ondersteuning van ESTO. De missie TEMPEST-D (Temporal Experiment for Storms and Tropical Systems Demonstration) zal de geminiaturiseerde radiometertechnologie valideren en het vermogen van het ruimtevaartuig demonstreren om sleepmanoeuvres uit te voeren om de lage-aardehoogte van de TEMPEST-D en zijn positie in een baan om de aarde te controleren. Het instrument past in een Blue Canyon Technologies 6U CubeSat - dezelfde grootte CubeSat als RainCube en CubeRRT.

"Met een treinachtige constellatie van TEMPEST-achtige CubeSats, we zouden elke vijf tot tien minuten tijdmonsters kunnen nemen om te zien hoe een storm zich ontwikkelt, "zei Reising. Dit zou de drie uur durende satellietbezoektijd verbeteren, vooral bij het verzamelen van gegevens over tropische stormen zoals orkanen die snel kunnen intensiveren en veranderen.

regenkubus, CubeRRT en TEMPEST-D zijn momenteel geïntegreerd aan boord van het Cygnus-ruimtevaartuig van Orbital ATK en wachten op lancering op een Antares-raket. Nadat de CubeSats op het station zijn aangekomen, ze zullen worden ingezet in een lage baan om de aarde en zullen hun missies beginnen om deze nieuwe technologieën te testen die nuttig zijn voor het voorspellen van het weer, het waarborgen van de gegevenskwaliteit, and helping researchers better understand storms.