En abril de 2021, Connor O'Brien y Emil Atz completan las "pruebas de vibración" de CuPID para garantizar que pueda soportar el entorno espacial. Crédito:Brian Walsh
Cuando ayudas a construir un satélite del tamaño de una caja de zapatos, aprendes casi todo al respecto, dice Emil Atz, un doctorado candidato a Ingeniería Mecánica en la Universidad de Boston. Aprende a redactar una propuesta para financiarla, cómo colocar los tornillos que lo sujetan, cómo probar cada instrumento para asegurarse de que funcione correctamente.
Y luego aprendes a decir adiós.
"Es una sensación aterradora, trabajando en una pieza de hardware a tiempo completo durante cuatro años, y luego ponerlo en el desplegador de cohetes para no volver a verlo nunca más, "Dijo Atz." No quería cerrar la puerta ".
Este septiembre un cohete se lanzará desde la Base de la Fuerza Espacial Vandenberg en California, trayendo consigo Landsat 9, una misión conjunta de la NASA y el Servicio Geológico de EE. UU. El cohete también llevará cuatro CubeSats:compacto, satélites en forma de caja utilizados para proyectos de investigación espacial.
En comparación con los satélites estándar, Los CubeSats son económicos de lanzar. Al igual que cuando los amigos dividen la tarifa de un taxi, pequeños satélites pueden viajar en cohetes que transportan varias otras misiones, reduciendo el costo de cada uno.
Uno de los CubeSats que se lanza con Landsat 9 es el detector de imágenes de plasma Cusp, o CuPID. No más grande que una barra de pan ni más pesado que una sandía, CuPID tiene un gran trabajo. Desde una órbita a unas 340 millas (550 kilómetros) sobre la superficie de la Tierra, el pequeño CuPID formará una imagen del límite donde el campo magnético de la Tierra interactúa con el del Sol.
Atz es parte de un equipo de colaboradores del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, Universidad de Boston, Universidad de Drexel, Universidad Johns Hopkins, Merrimack College, Corporación Aeroespacial, y la Universidad de Alaska, Fairbanks que hizo posible CuPID.
En una misión
Producido por el campo magnético de la Tierra, la magnetosfera es una burbuja protectora que rodea nuestro planeta. "La mayor parte del tiempo, estamos bastante bien protegidos de la actividad del sol, a medida que la energía y las partículas del Sol giran alrededor de la Tierra, "dijo Brian Walsh, profesor asistente de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Boston e investigador principal de CuPID.
Pero cuando el sol está lo suficientemente activo, su campo magnético puede fusionarse con el de la Tierra en un proceso llamado reconexión magnética. La magnetosfera de la Tierra cambia de forma y la radiación solar llega goteando hacia nosotros, potencialmente poniendo en peligro a los satélites y astronautas.
Emil Atz y Kenneth M Simms, ingeniero en el Goddard Space Flight Center de la NASA, elementos de cableado de la nave espacial CuPID, abreviatura de Cusp Plasma Imaging Detector, en enero de 2020 en Goddard. Crédito:Brian Walsh
"Con CuPID, queremos saber cómo se ve el límite del campo magnético de la Tierra, y comprender cómo y por qué a veces entra la energía, "Dijo Walsh.
Mientras que misiones como la misión Magnetospheric Multiscale o MMS de la NASA vuelan a través de eventos de reconexión magnética para verlos a microescala, CuPID busca una visión macro. Usando una cámara de rayos X suave de amplio campo de visión, CuPID observa energía más baja, o "suave, "Rayos X emitidos cuando las partículas solares chocan con la magnetosfera de la Tierra.
Construir esa cámara no fue fácil. Los rayos X no se doblan tan fácilmente como la luz visible, por lo que son mucho más difíciles de enfocar. Más, tomar imágenes del límite magnético de la Tierra mientras orbita la Tierra es como sentarse en la primera fila de una sala de cine, tan cerca, es difícil ver la imagen completa. Una cámara adecuada debe estar construida especialmente para capturar un amplio campo de visión desde relativamente cerca.
Hace dieciséis años un equipo de científicos, ingenieros técnicos y estudiantes en Goddard and Wallops Flight Facility en Wallops Island, Virginia comenzó a trabajar en un prototipo. En lugar de doblar la luz su cámara reflejaba o "rebotaba" los rayos X para enfocarlos, pasándolos a través de una cuadrícula de canales apretados dispuestos para darle una vista de campo amplio.
En 2012, Dr. Michael R. Collier, quien dirigió la contribución de Goddard a CuPID, y los colegas de Goddard, el Dr. David G. Sibeck y el Dr. F. Scott Porter, probó la cámara en el espacio por primera vez a bordo del cohete de sondeo DXL.
"Tuvo tanto éxito que de inmediato comenzamos a trabajar en formas de miniaturizarlo y ponerlo en un CubeSat, "Dijo Collier.
En 2015, un predecesor de CuPID voló en un segundo vuelo de cohete con sonda. Poco después el proyecto fue seleccionado por la NASA para hacer realidad el satélite completo con aviónica. Los estudiantes y científicos han estado trabajando en CuPID desde entonces.
Alto riesgo, alta recompensa
Hasta que la Universidad Politécnica Estatal de California desarrolló el primer CubeSat en 1999, la mayoría de los satélites eran del tamaño de automóviles o autobuses y su desarrollo y lanzamiento costaron cientos de millones de dólares, dijo Walsh. Esos altos costos disuadieron la toma de riesgos. Si es nuevo la herramienta experimental falló, se perderían grandes sumas de dinero.
"El objetivo original de CubeSats era reducir el costo, permitiendo la democratización del espacio, ", dijo Collier. Los costos más bajos significan más espacio para la experimentación y la innovación.
Los científicos de la NASA Michael Collier, David Sibeck, y Scott Porter se unieron para desarrollar y demostrar la primera cámara de rayos X de campo amplio para estudiar un fenómeno poco conocido llamado "intercambio de carga". Crédito:NASA / Chris Gunn
"Son de mayor riesgo, pero también una mayor recompensa, "Dijo Walsh.
La proliferación de pequeños, Las misiones de satélites experimentales han creado más oportunidades para que los estudiantes se involucren en proyectos prácticos de ingeniería.
En su primer año como estudiante de ingeniería mecánica en la Universidad de Boston, Jacqueline Bachrach, un "niño espacial" que se describe a sí mismo, "inscrito en el curso Introducción a la cohetería de Walsh. Poco después, se unió a su laboratorio y desde entonces ha asumido un papel importante en la misión CuPID.
"He aprendido muchas habilidades importantes, que eventualmente puedo aplicar a otras misiones, "dijo Bachrach, ahora un junior. "Todos en el proyecto tienen tanto conocimiento que están dispuestos a compartir. Ha sido una experiencia increíblemente valiosa, especialmente para estudiantes universitarios ".
El viaje por delante
El equipo ya se está preparando para los conocimientos de CuPID sobre los misterios de la reconexión magnética.
Atz dice que está ansioso por hacer el primer contacto con el satélite una vez que esté en el espacio y comenzar a transferir datos. Los estudiantes estarán involucrados con eso, también. Él y Walsh han comenzado a capacitar a varios estudiantes de pregrado, incluido Bachrach, para rastrear la salud del satélite e interpretar sus datos desde la órbita.
"Con una gran misión, no hay muchas oportunidades para que los estudiantes contribuyan con fuerza, "Atz dijo." Con CuPID, los estudiantes han estado involucrados en casi todos los pasos del camino ".
Para los muchos estudiantes y científicos involucrados en los más de 15 años de desarrollo de CuPID, la parte más emocionante aún está por llegar.
