Vanwege de lancering aan boord van de Vega-raket van vrijdag, ESA's Simba CubeSat is een kleine missie met een grote ambitie:een van de fundamentele aanjagers van klimaatverandering op een nieuwe manier meten. De 30 cm lange nanosatelliet draait van de aarde naar de ruimte naar de zon en weer terug, om het totale energiebudget van onze planeet te berekenen.

CubeSats zijn miniatuursatellieten die zijn opgebouwd uit gestandaardiseerde dozen van 10 cm. Simba, afkorting van 'sun-Earth Imbalance' is een '3-unit' CubeSat, ontwikkeld voor ESA door een consortium onder leiding van het Koninklijk Meteorologisch Instituut (RMI) van België met de Universiteit van Leuven en ISIS-Innovative Solutions in Space in Nederland.

"Dit is het soort wetenschappelijk instrument dat we anders op een volledig satellietplatform zouden plaatsen, " legt Stijn Nevens uit, Simba hoofdonderzoeker bij RMI.

"Maar als we dit kunnen laten werken op een kleinere, goedkopere CubeSat, dan kunnen we in de toekomst misschien meerdere versies van dit instrument bouwen en vliegen, om de hele planeet te dekken voor de equivalente kosten van een enkele traditionele missie. Dat is belangrijk omdat de variabele die we willen meten cruciaal is.

"De belangrijkste oorzaak van klimaatverandering is dat een toenemende hoeveelheid warmte van de zon wordt vastgehouden in het atmosferische systeem. Om dat direct te kwantificeren, moeten we meten hoeveel zonne-energie de aarde ontvangt - we noemen dit de totale zonnestraling - dan hoeveel hiervan wordt gereflecteerd door het aardoppervlak en de atmosfeer, of wordt uitgestraald als warmte-energie met een langere golflengte.

"Door de tweede van de eerste af te trekken, we eindigen met een cijfer voor het stralingsbudget van de aarde - de hoeveelheid energie die onze planeet vasthoudt in plaats van reflecteert of wegstraalt.

"We hebben al een klasse instrumenten om bestraalde energie te meten, radiometers genoemd, die het omzetten in elektrische stroom voor meetdoeleinden. Neerwaarts gerichte radiometers vliegen bijvoorbeeld op de Europese Meteosat-satellieten in een geostationaire baan, evenals de Amerikaanse familie van CERES-instrumenten in lagere banen. Dan zijn er naar de zon gerichte radiometers op satellieten zoals SOHO en Proba-2.

"Maar hoewel hun resultaten een hoge relatieve nauwkeurigheid hebben, ze vereisen veel aanvullende modellering om rekening te houden met factoren zoals dagelijkse verschillen en oppervlaktevariaties. Ze komen dan ook met een grote foutmarge, terwijl de instrumenten zelf inherente vooroordelen bezitten. Voor scherpere modellering van klimaatverandering moeten we het beter doen."

Zorgen voor onze planeet

Het idee van Simba is om een ​​hogere absolute nauwkeurigheid te bereiken door voor de allereerste keer hetzelfde instrument te gebruiken om de straling van zowel de zon als de aarde te meten. De CubeSat zal van onze planeet naar de verre ruimte draaien - voor kalibratiedoeleinden - en vervolgens naar onze moederster.

"We gebruiken een breedband, wild gezichtsveldinstrument, wat betekent dat we de totale uitgaande flux van de hele aarde meten, " voegt Dr. Nevens toe. "Simba is gebaseerd op een holteradiometer, wat in feite een interne ruimte is aan de andere kant van een heel klein gaatje, helemaal zwart geverfd. We meten hoe die holte opwarmt.

"Stel je een huis met centrale verwarming voor dat je warm wilt houden. Op een zomerse dag hoef je niet te verwarmen, maar op een winterdag verlies je veel warmte en moet je deze actief opwarmen. We gaan dus meten hoeveel extra energie we moeten steken om een ​​vaste temperatuur te behouden.

"Om onze basislijn te krijgen, beginnen we de missie door lang naar de aarde te kijken, om te zien bij welke temperatuur het stabiliseert. Dan draaien we naar de verre ruimte, slechts een paar graden van het absolute nulpunt, om het maximale niveau van warmte te leren dat we moeten toepassen om het daar te houden. Dan keren we ons om beurten naar de zon, het meten van de hoeveelheid straling die binnenkomt."

Simba is uitgerust met een speciaal ontwikkeld CubeSat-geoptimaliseerd 'houdingsbepaling- en controlesysteem' of kortweg ADCS, bijgedragen door de KU Leuven. Dit omvat een experimentele sterrenvolgcamera om zijn positie tegen de sterrenbeelden aan de hemel vast te stellen en 'reactiewielen' waarvan de verschuivende draaisnelheid ervoor zorgt dat de nanosatelliet zijn houding in reactie verandert.

Dr. Nevens voegt toe:"Deze ADCS geeft Simba een aanwijsnauwkeurigheid van 0,1 graden, wat ook de algehele nauwkeurigheid van onze gegevens verbetert. We zullen traceerbaarheid bereiken, op elk moment precies kunnen weten waar en waarnaar we kijken."

Simba werd ondersteund door het Federaal Wetenschapsbeleid via het 'Fly'-element van ESA's General Support Technology Programme, veelbelovende technologieën klaar te maken voor de ruimte. Het zal samen met tientallen andere CubeSats en kleine satellieten worden gelanceerd aan boord van de inaugurele vlucht van ESA's Vega Small Spacecraft Mission Service deze vrijdag vroeg in de ochtend.

Volg de lancering op ESA Web TV vanaf 03:15 CEST, met lancering om 03:51 CEST (01:51 UTC, 10:51 op donderdagavond Frans-Guyaanse tijd).