Nog maar een paar jaar geleden, de astronomie- en heliofysica-gemeenschappen waren sceptisch over de vraag of CubeSats op betrouwbare wijze wetenschappelijke gegevens kon verkrijgen. Maar deze satellieten ter grootte van een broodbrood hebben bewezen dat ze nuttige gegevens kunnen retourneren.

Tijdens de aprilbijeenkomst van de American Physical Society 2019, wordt gehouden van 13-16 april, in Deventer, Colorado, Christopher S. Moore, een postdoctoraal onderzoeker aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in de Solar and Stellar X-ray Group, zal beschrijven hoe de tweeling Miniature X-ray Solar Spectometer (MinXSS) CubeSats zachte röntgenstralen van de zon meten. Dit waren de eerste op zonne-wetenschap gerichte CubeSat-missies die werden gevlogen voor het NASA Science Mission Directorate.

Zoals hij tijdens de bijeenkomst zal beschrijven, Moore was een van de tientallen afgestudeerde studenten die gedurende zijn leven aan MinXSS hebben bijgedragen. Hij werkte aan de MinXSS CubeSats als onderdeel van zijn promotieonderzoek aan de University of Colorado Boulder.

"Dit werk toonde aan dat deze kleine, relatief goedkoop - variërend van $ 1 miljoen tot $ 2 miljoen voor MinXSS - CubeSats kan gegevens verzamelen die een specifieke niche vullen en consistent zijn met grote satellieten, die veel duurder zijn, en bijdragen aan groot wetenschappelijk onderzoek, " zei Moor.

MinXSS-1 werd gelanceerd in december 2015 op de Atlas-V Cygnus OA-4 Launch, Orbital ATK-bevoorradingsmissie naar het internationale ruimtestation, waar het werd ingezet voor een baan van ongeveer 12 maanden rond de aarde. De tweede versie, MinXXS-2, werd gelanceerd op de SpaceX Falcon 9 als onderdeel van de Spaceflight SSO-A:SmallSat Express in december 2018 en ingezet voor een baan en operatie van vier tot vijf jaar.

Wetenschapsgerichte CubeSats zijn goedkoop, satellieten met een korte levensduur, gebouwd om specifieke wetenschappelijke waarnemingen en metingen te doen. MinXSS, bijvoorbeeld, beschikt over kostenbesparende componenten zoals een uitschuifbaar meetlint dat dienst doet als radioantenne.

De wetenschappelijke lading bestaat uit een zachte röntgenspectrometer die is aangepast voor compatibiliteit met de barre omgeving van de ruimte. MinXSS heeft ook op silicium gebaseerde fotometers aan boord voor andere metingen van zachte röntgenstraling en zichtbaar licht.

De door NASA gefinancierde MinXSS-1 (de eerste van de twee satellieten) was de eerste test van de Blue Canyon Technologies XACT, dat is een geminiaturiseerd systeem voor het bepalen en controleren van de houding. Het succes van MinXSS-1 en XACT resulteerde in de SmallSat 2016 Mission of the Year award.

"MinXSS meet zachte röntgenstralen van de zon tussen 0,5 en 12 kiloelektronvolt bij een matige spectrale resolutie, waaronder de schaars waargenomen bandpass van 0,5 tot 2 keV, " legde Moore uit. "Dit spectrale gebied is zeer informatief over de atmosferische plasmacondities van de zon voor temperaturen van meer dan 2 miljoen kelvin die aanwezig zijn in zonnevlammen en tijdens rust (rust)."

De gegevens die door MinXSS zijn verzameld, komen overeen met gevolgtrekkingen van grote satellieten. "MinXSS-gegevens zullen ons helpen de fysica achter zonnevlammen te begrijpen, "Zei Moore. "De zachte röntgenstralen bevatten informatie over de temperatuur, dichtheid en chemische samenstelling van materiaal in de atmosfeer van de zon, waarmee wetenschappers kunnen traceren hoe gebeurtenissen zoals fakkels en andere processen in rustiger tijden het omringende materiaal in de corona verwarmen, de atmosfeer van de zon."

Variaties van de zonne-röntgenstraling correleren sterk met grootschalige magnetische kenmerken die actieve gebieden worden genoemd. "Deze actieve gebieden verschijnen als heldere lussen in zachte röntgenstralen, maar verschijnen als donkere vlekken op het zonneoppervlak (de fotosfeer), dus worden ze 'zonnevlekken' genoemd. MinXSS-gegevens kunnen helpen om de plasmatemperatuur van deze relatief quasi-statische kenmerken direct te beperken, ' zei Moor.

CubeSats bieden "uitstekende mogelijkheden om toekomstige leiders in technologie en wetenschap op te leiden, als bachelorstudenten, afgestudeerde studenten en postdocs hebben vaak een centrale rol in ontwerp, ontwikkeling, testen, missie operaties en wetenschappelijke analyse, " zei Moore. "Meer dan 40 afgestudeerde studenten van de University of Colorado Boulder hebben gedurende de looptijd van het project bijgedragen aan MinXSS."

Door recente CubeSat-successen, NASA en de National Science Foundation bieden nu nieuwe financieringsmogelijkheden om wetenschappelijk georiënteerde CubeSats rechtstreeks te financieren.