Små pakker til at teste store rumteknologiske fremskridt

Denne weekend, når den næste lastgenforsyningsmission til den internationale rumstation løfter fra NASA Wallops Flight Facility i Virginia, det vil blandt sine forsyninger og eksperimenter medbringe tre satellitter på størrelse med kornbokse, som vil blive brugt til at teste og demonstrere den næste generation af jordobservationsteknologi.

NASA har øget sin brug af CubeSats - små satellitter baseret på adskillige konfigurationer af ca. 4 x 4 x 4-tommer terninger - for at sætte nye teknologier i kredsløb, hvor de kan testes i det barske miljø i rummet, før de bruges som en del af større satellitmissioner eller konstellationer af rumfartøjer.

De tre CubeSat-missioner, der lanceres på Orbital ATK's niende kommercielle genforsyningsmission, repræsenterer en bred vifte af banebrydende teknologier i meget små pakker.

RainCube – en radar i en CubeSat – er netop det:et miniaturiseret radarinstrument til undersøgelse af nedbør, der vejer lidt over 26 pund. RainCube er mindre, har færre komponenter, og bruger mindre strøm end traditionelle radarinstrumenter. NASA's Earth Science Technology Office (ESTO) In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST) program valgte projektet for at demonstrere, at en sådan lille radar kan betjenes med succes på en CubeSat-platform.

Denne mission markerer første gang et aktivt radarinstrument er blevet fløjet på en CubeSat.

Hvis det lykkes, RainCube kunne åbne døren til lavere omkostninger, hurtige konstellationsmissioner, hvor flere CubeSats arbejder sammen for at give hyppigere observationer end en enkelt satellit.

"En konstellation af RainCube-radarer ville være i stand til at observere vejrsystemernes interne struktur, når de udvikler sig i henhold til processer, der skal karakteriseres bedre i vejr- og klimaprognosemodeller, " sagde RainCube Principal Investigator Eva Peral fra NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien.

RainCube vil bruge bølgelængder i det højfrekvente Ka-bånd i det elektromagnetiske spektrum. Ka-bølgelængder fungerer med mindre antenner (RainCubes deployerbare antenne måler kun en halv yard, eller måler, tværs) og tillade en eksponentiel stigning i dataoverførsel over lange afstande – hvilket gør RainCube også til en demonstration af forbedret kommunikation. JPL udviklede RainCube instrumentet, mens Tyvak Inc. udviklede rumfartøjet.

CubeSats kan også bruges til at teste nye undersystemer og teknikker til at forbedre dataindsamling fra rummet. Radiofrekvensinterferens (RFI) er et voksende problem for rumbaserede mikrobølgeradiometre, instrumenter, der er vigtige til at studere jordfugtighed, meteorologi, klima og andre jordegenskaber. Som antallet af RFI-fremkaldende enheder - inklusive mobiltelefoner, radioer, og fjernsyn - stiger, det bliver endnu sværere for NASA's satellitmikrobølgeradiometre at indsamle data af høj kvalitet.

For at løse dette problem, NASA's InVEST-program finansierede et hold ledet af Joel Johnson fra Ohio State University til at udvikle CubeRRT, missionen CubeSat Radiometer Radio Frequency Interference Technology Validation. "Vores teknologi, sagde Johnson, "vil gøre det, så vores jordobserverende radiometre stadig kan fortsætte med at fungere i nærvær af denne interferens."

RFI påvirker allerede data indsamlet af jordobservationssatellitter. For at afhjælpe dette problem, målinger sendes til jorden, hvor de derefter behandles for at fjerne eventuelle RFI-korrupte data. Det er en kompliceret proces og kræver, at flere data overføres til Jorden. Med fremtidige satellitter, der møder endnu mere RFI, flere data kan blive ødelagt, og missioner kan muligvis ikke opfylde deres videnskabelige mål.

Johnson samarbejdede med teknologer ved JPL og Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, at udvikle CubeRRT-satellitten for at demonstrere evnen til at detektere RFI og frafiltrere RFI-korrupte data i realtid ombord på rumfartøjet. Rumfartøjet er udviklet af Blue Canyon Technologies, Kampesten, Colorado.

En af de radiometerindsamlede vejrmålinger, der er vigtige for forskere, involverer skyprocesser, specifikt stormudvikling og identifikation af tidspunktet, hvor regnen begynder at falde. I øjeblikket, vejrsatellitter passerer storme kun én gang hver tredje time, ikke ofte nok til at identificere mange af ændringerne i dynamiske stormsystemer. Men udviklingen af ​​en ny, Det ekstremt kompakte radiometersystem kunne ændre det.

NASA's Earth System Science Pathfinder-program valgte Steven Reising fra Colorado State University og partnere ved JPL til at udvikle, bygge, og demonstrere et fem-frekvens radiometer baseret på nyligt tilgængelige lavstøjsforstærkerteknologier udviklet med støtte fra ESTO. TEMPEST-D-missionen (Temporal Experiment for Storms and Tropical Systems Demonstration) vil validere den miniaturiserede radiometerteknologi og demonstrere rumfartøjets evne til at udføre trækmanøvrer for at kontrollere TEMPEST-Ds lave jordhøjde og dets position i kredsløb. Instrumentet passer ind i en Blue Canyon Technologies 6U CubeSat - samme størrelse CubeSat som RainCube og CubeRRT.

"Med en toglignende konstellation af TEMPEST-lignende CubeSats, vi ville være i stand til at tage tidsprøver hvert femte til tiende minut for at se, hvordan en storm udvikler sig, " sagde Reising. Dette ville forbedre den tre timer lange satellitgensynstid, især når der indsamles data om tropiske storme som orkaner, der hurtigt kan intensivere og ændre sig.

RainCube, CubeRRT og TEMPEST-D er i øjeblikket integreret ombord på Orbital ATKs Cygnus-rumfartøj og afventer opsendelse på en Antares-raket. Efter at CubeSats er ankommet til stationen, de vil blive indsat i lavt kredsløb om Jorden og vil begynde deres missioner for at teste disse nye teknologier, der er nyttige til at forudsige vejret, sikring af datakvalitet, og hjælper forskere med bedre at forstå storme.