HaloSat tilbyder galaktiske røntgenmålinger på et stramt budget

Rumforskning er en dyr forretning. Når først et rumbaseret instrument er foreslået, forskere ønsker at få så meget værdi som muligt ud af det. Den foreslåede satellit vokser hurtigt i instrumenter og kapaciteter. Dyrt, Der skal anvendes strålehærdede komponenter. Udgiften placerer satellitinstrumentplatforme uden for rækkevidde af de fleste forskningsbudgetter.

Indtast CubeSat, rumindustriens fladpakkemøbler. Billige og tilgængelige CubeSats har demokratiseret rumvidenskab. De kan være så små som en 10 cm terning og kan veje mindre end et kilo. At være lille og let, de kan ikke indeholde meget instrumentering, så omkostningerne forbliver lave. Og, fordi de er placeret i lav kredsløb om Jorden, de har relativt kort levetid, så strålingshærdet elektronik er ikke nødvendig.

Et billigt og muntert røntgenobservatorium

LaRocca og kolleger, rapportering i SPIE's Journal of Astronomical Telescopes, Instrumenter, og systemer , har detaljeret udviklingen af ​​en CubeSat kaldet HaloSat, designet til at måle ilts røntgenstråling fra diffuse kilder, som glorien omkring Mælkevejen. Satellitten tager ikke billeder, men det tæller røntgenstråler fra en bestemt retning og fra et valgt energibånd, med en vis rumlig opløsning.

For at opnå det, forskerne brugte siliciumdriftdetektorer, hvis output forstærkes og sendes til et signalbehandlingskort. Den indbyggede elektronik er i stand til hurtigt at lagre røntgenenergi og tæller fra de tre detektorer. Selve detektorerne har ingen optik, hvilket er et problem, fordi forskerne skal være sikre på, at røntgenstrålerne kommer fra den målrettede kilde. For at løse dette problem, Detektorerne var sat ret dybt inde i satellitten med et kollimerende rør, der førte til omverdenen. Grove kort over røntgen-emissioner opbygges derefter ved at scanne satellittens orientering over målet.

Hele det videnskabelige instrument vejer under 3 kg og forbruger omkring 4 W. Kontrolsystemet bringer pakken op på 12 kg, mens hele satellitten er på størrelse med en tyk bog.

HaloSat blev lanceret i 2018, og dens mission er blevet forlænget til midten af ​​2020. Indtil nu, den har kortlagt røntgenemissioner fra Mælkevejen og Krabbetågen. Det enkle kortlægningsspektrometer har leveret bemærkelsesværdigt rene data, hvilket vil muliggøre et par års analyser og indsigt.

Lev hurtigt, dø ung

HaloSat vil deorbitere inden udgangen af ​​2020 på grund af træk, så missionen kan ikke forlænges meget længere. Sådanne tidsmæssige begrænsninger er en del af livet for en CubeSat - de er rumfartøjets flyve. Spørgsmålet er ikke, om satellitten vil leve længere, men hvis der kan opnås nyttige videnskabelige resultater fra en så kort mission. Forskerne har bevist det bekræftende:lave omkostninger, kortvarige satellitmissioner kan levere nyttige resultater.

Et andet aspekt af CubeSat er udviklingstidslinjen. Pengene til HaloSat ankom i 2016. Instrumentet blev færdiggjort, integreret med resten af ​​satellitten og opsendt i midten af ​​2018. Dette er utrolig hurtigt. For at sætte udviklingstiden i perspektiv, det konceptuelle arbejde for GRACE-FO-missionen (tyngdekraftsgenvinding og klimaeksperiment), som er en forbedret kopi af den originale GRACE-mission, begyndte i 2012, og endelig lanceret i 2018.

Denne forskning viser også CubeSats begrænsninger. HaloSat, som alle CubeSats, kan én ting og kun i relativt kort tid. Hvis forskerne har resultater, som de gerne vil følge op på, så er det usandsynligt, at de kan gøre det med den samme satellit. Hvis data viser, at en anden type instrument er påkrævet, forskerne må vente, indtil en ny satellit bliver opsendt. Dette understreger, at selvom CubeSats gør plads mere tilgængelig, forskere skal have en meget veltilrettelagt og fokuseret mission for at få det til at lykkes. HaloSat demonstrerer, hvordan man gør det.

Som forfatterne udtrykte det, "Den hurtige udvikling, integration, og lanceringsplan på 2,5 år for CubeSats vil helt sikkert skabe mere interesse inden for astrofysik som både et testområde for ny teknologi såvel som en platform for fokuserede missioner. HaloSat kan være en af ​​de første astrofysiske CubeSats, men det bliver ikke det sidste."