Er is altijd wel ergens op onze planeet een zonsopgang en zonsondergang. Binnenkort houdt ESA's nieuwste CubeSat - deze vrijdag aan boord van Europa's Vega-draagraket - de wacht. De miniatuur PICASSO-missie zal het filteren van zonlicht door de atmosfeer van de aarde gebruiken om de gezondheid van onze beschermende ozonlaag te controleren.

CubeSats zijn miniatuursatellieten die zijn opgebouwd uit gestandaardiseerde dozen van 10 cm. De PICo-satelliet voor Atmosferische en Ruimtewetenschapswaarnemingen, of PICASSO, ontwikkeld voor ESA door het Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BISA), is een '3-unit' CubeSat met twee wetenschappelijke payloads. Het herbergt een uitgeklede spectrometer voor het bewaken van de atmosfeer, evenals bemonsteringssondes ('SLP' genaamd) om ruimteplasma rond de nanosatelliet te meten.

"PICASSO is een experiment, in principe, " legt projectwetenschapper Didier Fussen uit, hoofd van de afdeling zonnestraling van het BISA. "Kan een instrument dat geldige wetenschappelijke metingen van de ozonlaag levert, wat een essentiële parameter is voor de gezondheid van het leven op aarde, worden ondergebracht op een platform ter grootte van een schoenendoos?

"Het antwoord blijkt ja te zijn. Om dit mogelijk te maken hebben we samengewerkt met onze partners AAC Clyde Space in Schotland die onze CubeSat hebben gebouwd, en VTT Finland die ons een geschikte verkleinde spectrometer heeft geleverd.

"Ondertussen hebben BISA-collega's een kwartet zelfgemaakte Langmuir-sondes bijgedragen om van deze vluchtmogelijkheid te profiteren. Vanaf de zonnepanelen van de nanosatelliet, deze 'SLP'-sondes zullen variaties in ruimteplasma in de baan van PICASSO bemonsteren, een nieuw venster openen op ruimteweer.

"De andere essentiële elementen die de missie mogelijk maakten, waren financiële steun van BELSPO, het Federaal Wetenschapsbeleid, het UK Space Agency en de Belgische Nationale Loterij, evenals de technische ondersteuning van ESA:CubeSats zijn kleinschalig, en gebruik commerciële kant-en-klare onderdelen om de betaalbaarheid te vergroten, maar voor wetenschappelijke doeleinden begint hun algehele complexiteit die van een missie van standaardformaat te benaderen."

Iets in de lucht

Gericht op de studie van de bovenste atmosfeer, BISA heeft in de loop der jaren instrumenten bijgedragen aan vele andere satellieten, in het bijzonder door de aanstaande ESA Earth Watch-missie Altius voor te stellen, die de ozonlaag en de bovenste atmosfeer over een veel bredere spectrale band zal bewaken, maar PICASSO is de eerste CubeSat-missie van het Instituut.

De impuls voor wereldwijde ozonmonitoring door ruimtevaartinstrumenten gaat terug tot het midden van de jaren tachtig, en de schokkende ontdekking van een gat in de ozonlaag door Antarctische wetenschappers, vervolgens bevestigd door satellietgegevens. De bevinding dat de ozonlaag werd uitgehold door door de mens gemaakte gassen was slecht nieuws omdat het een vitale rol speelt bij het beschermen van het leven tegen schadelijke ultraviolette straling.

als reactie, parallel aan het internationale verbod op de "chloorfluorkoolstof"-gassen die verantwoordelijk zijn, een nieuwe generatie ozonbewakingsinstrumenten werd ontworpen en gelanceerd, aan vele waarvan BISA heeft bijgedragen. Bijvoorbeeld, Alleen al de in 2002 gelanceerde Envisat-omgevingssatelliet van ESA droeg drie van dergelijke atmosferische sirenes.

"Het resultaat was een gouden eeuw voor ozonmonitoring met een goede verticale resolutie, " voegt Dr. Fussen toe, "maar daar komt nu een einde aan aangezien de meeste missies het einde van hun leven bereiken. Dus PICASSO zal dienen als een demonstratie van het vermogen van kleine satellieten om de atmosferische samenstelling te monitoren.

"De huidige trends suggereren dat het ozongat zich geleidelijk stabiliseert of herstelt, maar we kunnen er niet zomaar het beste van hopen, ", zegt Didier. "De atmosferische dynamiek kent een grote natuurlijke variabiliteit van jaar tot jaar, die voortdurende observatie vereist."

PICASSO's spectrometer werkt op basis van de zonne-occultatiemethode, een uitgekiende versie van 'zoek de verschillen'. Het vergelijkt de spectrale kenmerken van zonlicht dat door de atmosfeer scheen met zonlicht dat rechtstreeks door de ruimte komt om de ozonconcentratieprofielen verticaal in kaart te brengen.

Twee keer per baan de zonsop- en ondergang observeren, de CubeSat zal ook een experimentele methode proberen om de temperatuur van de bovenste atmosfeer te meten. Didier legt uit:"Terwijl we de zonneschijf in beeld brengen, we zullen meten hoe het is gecomprimeerd door het lenseffect van atmosferische breking, waardoor het kleiner en minder cirkelvormig wordt. Uit deze 'variatie van de hoekgrootte' is het mogelijk om de dichtheid van de lucht op grote hoogte te berekenen, en daaruit ontleent zijn temperatuur."

Vega's Small Spacecraft Mission Service (SSMS) dispenser biedt lanceringsmogelijkheden voor meerdere lichte satellieten met een totale massa variërend van 0,2 kg CubeSats tot 400 kg minisatellieten.

Het SSMS heeft een lichtgewicht modulair ontwerp dat bestaat uit een onder- en bovendeel, elk met hulpstukken die kunnen worden gebruikt voor een reeks satellietconfiguraties, afhankelijk van de vereisten.