NASA's tweeling E-TBEx CubeSats - een afkorting voor Enhanced Tandem Beacon Experiment - staat gepland voor juni 2019 aan boord van de lancering van het Space Test Program-2 van het Department of Defense. De lancering omvat in totaal 24 satellieten van overheid en onderzoeksinstellingen. Ze zullen worden gelanceerd aan boord van een SpaceX Falcon Heavy van het historische lanceercomplex 39A in het Kennedy Space Center van NASA in Florida.

De E-TBEx CubeSats richten zich op hoe radiosignalen die door de bovenste atmosfeer van de aarde gaan, kunnen worden vervormd door gestructureerde bellen in dit gebied, de ionosfeer genoemd. Vooral problematisch boven de evenaar, deze vervormingen kunnen interfereren met de communicatie van militairen en luchtvaartmaatschappijen, evenals met GPS-signalen. Hoe meer we kunnen leren over hoe deze bubbels evolueren, hoe meer we die problemen kunnen verminderen, maar op dit moment, wetenschappers kunnen niet voorspellen wanneer deze bubbels zich zullen vormen of hoe ze in de loop van de tijd zullen veranderen.

"Deze bubbels zijn moeilijk te bestuderen vanaf de grond, " zei Rick Doe, payload programmamanager voor de E-TBEx missie bij SRI International in Menlo Park, Californië. "Als je ziet dat de bellen zich beginnen te vormen, ze bewegen dan. We bestuderen de evolutie van deze kenmerken voordat ze de radiogolven die door de ionosfeer gaan, beginnen te vervormen om de onderliggende fysica beter te begrijpen."

De ionosfeer is het deel van de bovenste atmosfeer van de aarde waar deeltjes worden geïoniseerd - wat betekent dat ze worden gescheiden in een zee van positieve en negatieve deeltjes, plasma genoemd. Het plasma van de ionosfeer wordt vermengd met neutrale gassen, zoals de lucht die we inademen, dus de bovenste atmosfeer van de aarde - en de bellen die zich daar vormen - reageren op een gecompliceerde mix van factoren.

Omdat de deeltjes een elektrische lading hebben, het plasma in dit gebied reageert op elektrische en magnetische velden. Hierdoor reageert de ionosfeer op ruimteweer:omstandigheden in de ruimte, inclusief veranderende elektrische en magnetische velden, vaak beïnvloed door de activiteit van de zon. Wetenschappers denken ook dat drukgolven die worden gelanceerd door grote stormsystemen zich kunnen voortplanten naar de bovenste atmosfeer, winden creëren die bepalen hoe de bubbels bewegen en veranderen. Dit betekent dat de ionosfeer - en de bubbels - worden gevormd door zowel het aardse als het ruimteweer.

De E-TBEx CubeSats zenden radiobakensignalen op drie frequenties - dicht bij de frequenties die worden gebruikt door communicatie- en GPS-satellieten - naar ontvangststations op de grond, op welk punt wetenschappers minieme veranderingen in de fase of amplitude van de signalen kunnen detecteren. Die verstoringen kunnen dan in kaart worden gebracht naar het gebied van de ionosfeer waar ze doorheen gingen, wetenschappers informatie geven over hoe deze bubbels zich vormen en evolueren.

"Alle signalen worden tegelijkertijd gemaakt - met dezelfde fase - zodat je kunt zien hoe ze vervormd raken bij het passeren van de bellen, zei Doe. door te kijken naar de vervormingen, je kunt informatie terughalen over de hoeveelheid ruwheid en de dichtheid in de bubbels."

De gegevens die door de dubbele CubeSats worden geproduceerd, worden aangevuld met vergelijkbare bakens aan boord van de zes COSMIC-2-satellieten van NOAA. Net als de E-TBEx CubeSats, de COSMIC-2 bakens sturen signalen op drie frequenties - iets anders dan die gebruikt door E-TBEx - naar ontvangststations op de grond. De combinatie van metingen van alle acht satellieten geeft wetenschappers de kans om sommige van deze bellen vanuit meerdere hoeken tegelijkertijd te bestuderen.

Het baken van E-TBEx is gebouwd door een team van SRI International, die ook de bakens op COMSIC-2 heeft ontworpen en gefabriceerd. De E-TBEx CubeSats zijn ontwikkeld met Michigan Exploration Lab aan de Universiteit van Michigan in Ann Arbor. Het ontwerp, fabricage, integratie en testen werd voornamelijk uitgevoerd door teams van niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten.

"Het bouwen en testen van E-TBEx was behoorlijk complex vanwege het aantal inzetbare onderdelen, " zei James Cutler, een professor lucht- en ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Michigan die de studententeams leidde die aan E-TBEx werkten. "De lading is in wezen een vliegend radiostation, dus we hebben vijf antennes om in te zetten - vier met elk twee segmenten - en, ook, vier zonnepanelen."

Wat wetenschappers van E-TBEx leren, kan helpen bij het ontwikkelen van strategieën om signaalvervorming te voorkomen, bijvoorbeeld luchtvaartmaatschappijen in staat stellen een frequentie te kiezen die minder storingsgevoelig is, of het leger een belangrijke operatie laten uitstellen totdat een potentieel ontwrichtende ionosferische zeepbel is gepasseerd.

STP-2 wordt beheerd door het US Air Force Space and Missile Systems Center. De missie van het ministerie van Defensie zal de capaciteiten van de Falcon Heavy-raket demonstreren en satellieten in de loop van ongeveer zes uur naar meerdere banen rond de aarde brengen. Deze satellieten omvatten drie extra NASA-projecten om het ontwerp en de prestaties van toekomstige ruimtevaartuigen te verbeteren.