PICASSO, ESA'er CubeSat for at sortere hemmeligheder fra solopgang

Der sker altid en solopgang og solnedgang et sted på vores planet. Snart vil ESA's nyeste CubeSat – der flyver ombord på Europas Vega launcher denne fredag ​​– holde øje. Miniature-PICASSO-missionen vil bruge filtrering af sollys af Jordens atmosfære til at kontrollere sundheden for vores beskyttende ozonlag.

CubeSats er miniaturesatellitter bygget op af standardiserede 10 cm-bokse. PICo-satellitten til atmosfæriske og rumvidenskabelige observationer, eller PICASSO, udviklet for ESA af Belgian Institute for Space Aeronomy (BISA), er en '3-enhed' CubeSat med to videnskabelige nyttelaster. Det er vært for et nedskæringsspektrometer til overvågning af atmosfæren, samt prøveudtagningsprober (kaldet 'SLP') til at måle rumplasma omkring nanosatellitten.

"PICASSO er et eksperiment, i bund og grund, " forklarer projektforsker Didier Fussen, leder af Solstrålingsafdelingen på BISA. "Kan et instrument, der giver gyldige videnskabelige målinger af ozonlaget, som er en afgørende parameter for sundheden for livet på Jorden, blive indkvarteret på en platform på størrelse med en skoæske?

"Svaret viser sig at være ja. For at få det til at ske har vi arbejdet sammen med vores partnere AAC Clyde Space i Skotland, som konstruerede vores CubeSat, og VTT Finland, som forsynede os med et passende nedskaleret spektrometer.

"I mellemtiden bidrog BISA-kolleger med en kvartet af hjemmelavede Langmuir-sonder for at udnytte denne flyvemulighed. disse 'SLP'-sonder vil prøve variationer i rumplasma på tværs af PICASSOs kredsløb, åbner et nyt vindue på rumvejr.

"De andre væsentlige elementer, der muliggør missionen, har været økonomisk støtte fra BELSPO, det belgiske videnskabspolitiske kontor, det britiske rumagentur og det belgiske nationale lotteri, samt den tekniske opbakning fra ESA:CubeSats er små i skala, og brug kommercielle hyldedele for at øge overkommeligheden, men til videnskabelige formål begynder deres overordnede kompleksitet at nærme sig en mission i standardstørrelse."

Noget i luften

Fokuseret på studiet af den øvre atmosfære, BISA har bidraget med instrumenter til mange andre satellitter gennem årene, især ved at foreslå den kommende ESA Earth Watch-mission Altius, som vil overvåge ozonlaget og den øvre atmosfære over et meget bredere spektralbånd, men PICASSO er instituttets første CubeSat-mission.

Drivkraften til global ozonovervågning fra rumbårne instrumenter går tilbage til midten af ​​1980'erne, og chokopdagelsen af ​​et hul i ozonlaget af antarktiske forskere, efterfølgende bekræftet af satellitdata. Konstateringen af, at ozonlaget blev eroderet af menneskeskabte gasser, var dårlige nyheder, fordi det spiller en afgørende rolle i at beskytte liv mod skadelig ultraviolet stråling.

Som reaktion, sideløbende med det internationale forbud mod de ansvarlige "chlorfluorcarbon"-gasser, en ny generation af ozonovervågningsinstrumenter blev designet og lanceret, hvoraf mange af BISA bidrog til. For eksempel, Alene ESA's 2002-opsendte Envisat-miljøsatellit havde tre sådanne atmosfæriske lydgivere.

"Resultatet var noget af en guldalder for ozonovervågning med en god vertikal opløsning, " tilføjer Dr. Fussen, "men dette er nu ved at være slut, da de fleste missioner når slutningen af ​​deres liv. Så PICASSO vil tjene som en demonstration af små satellitters kapacitet til at udføre overvågning af atmosfærisk sammensætning.

"Nuværende tendenser tyder på, at ozonhullet gradvist stabiliseres eller genoprettes, men vi kan ikke bare håbe på det bedste, " siger Didier. "Atmosfærisk dynamik har en stor naturlig variation år for år, hvilket kræver løbende observation."

PICASSOs spektrometer fungerer på basis af solokkultationsmetoden, en sofistikeret version af 'spot the difference'. Den sammenligner de spektrale signaturer af sollys, der skinnede gennem atmosfæren, med sollys, der kommer direkte gennem rummet for at udføre vertikal kortlægning af ozonkoncentrationsprofiler.

Observation af solopgange og solnedgange to gange pr. bane, CubeSat vil også forsøge en eksperimentel metode til at måle temperaturen i den øvre atmosfære. Didier forklarer:"Når vi afbilder solskiven, vi vil måle, hvordan det er blevet komprimeret af linseeffekten af ​​atmosfærisk brydning, gør den mindre og mindre cirkulær. Ud fra denne 'vinkelstørrelsesvariation' er det muligt at beregne tætheden af ​​luften i stor højde, og deraf udlede dens temperatur."

Vega's Small Spacecraft Mission Service (SSMS) dispenser giver mulighed for opsendelse af flere lyssatellitter med en samlet masse, der spænder fra 0,2 kg CubeSats op til 400 kg minisatellitter.

SSMS har et letvægts modulært design, der omfatter en nedre og øvre del, hver med vedhæftede filer, der kan bruges til at rumme en række konfigurationer af satellitter afhængigt af kravene.