Pequeños satélites algunos más pequeños que una caja de zapatos, actualmente orbitan alrededor de 200 millas sobre la Tierra, recopilar datos sobre nuestro planeta y el universo. No es solo su pequeña estatura, sino también el menor costo que los acompaña lo que los distingue de los satélites comerciales más grandes que transmiten llamadas telefónicas y señales de GPS en todo el mundo. por ejemplo. Estos SmallSats están preparados para cambiar la forma en que hacemos ciencia desde el espacio. Su precio más económico significa que podemos lanzar más, permitiendo constelaciones de mediciones simultáneas desde diferentes ubicaciones de visualización varias veces al día, una gran cantidad de datos que serían prohibitivos en costos con los tradicionales, plataformas más grandes.

Llamado SmallSats, estos dispositivos pueden variar desde el tamaño de grandes refrigeradores de cocina hasta el tamaño de pelotas de golf. Los nanosatélites están en ese extremo más pequeño del espectro, con un peso de entre uno y 10 kilogramos y un tamaño medio del tamaño de una barra de pan.

A partir de 1999, profesores de las universidades politécnicas de Stanford y California establecieron un estándar para los nanosatélites. Idearon un sistema modular, con unidades nominales (cubos de 1U) de 10x10x10 centímetros y 1kg de peso. Los CubeSats aumentan de tamaño por la aglomeración de estas unidades - 1,5U, 2U, 3U, 6U y así sucesivamente. Dado que los CubeSats se pueden construir con piezas comerciales disponibles, Su desarrollo hizo que la exploración espacial fuera accesible para muchas personas y organizaciones. especialmente estudiantes, colegios y universidades. El mayor acceso también permitió a varios países, incluido Colombia, Polonia, Estonia, Hungría, Rumania y Pakistán:para lanzar CubeSats como sus primeros satélites y ser pioneros en sus programas de exploración espacial.

Los CubeSats iniciales fueron diseñados como herramientas educativas y pruebas de concepto tecnológicas, demostrando su capacidad para volar y realizar las operaciones necesarias en el duro entorno espacial. Como todos los exploradores espaciales, tienen que lidiar con condiciones de vacío, radiación cósmica, amplios cambios de temperatura, alta velocidad, oxígeno atómico y más. Con casi 500 lanzamientos hasta la fecha, también han expresado su preocupación por la creciente cantidad de "basura espacial" que orbita la Tierra, especialmente porque están casi al alcance de los aficionados. Pero a medida que aumentan las capacidades de estos nanosatélites y crecen sus posibles contribuciones, se han ganado su propio lugar en el espacio.

De la prueba de concepto a las aplicaciones científicas

Al pensar en satélites artificiales, tenemos que hacer una distinción entre la nave espacial en sí (a menudo llamada "bus satélite") y la carga útil (generalmente un instrumento científico, cámaras o componentes activos con funciones muy específicas). Típicamente, el tamaño de una nave espacial determina cuánto puede transportar y operar como carga útil científica. A medida que la tecnología mejora, Las pequeñas naves espaciales se vuelven cada vez más capaces de soportar instrumentos cada vez más sofisticados.

Estas cargas útiles de nanosatélites avanzados significan que los SmallSats han crecido y ahora pueden ayudar a aumentar nuestro conocimiento sobre la Tierra y el universo. Esta revolución está en marcha; muchas organizaciones gubernamentales, Empresas privadas y fundaciones están invirtiendo en el diseño de buses y cargas útiles CubeSat que tienen como objetivo responder preguntas científicas específicas. que cubre una amplia gama de ciencias, incluido el tiempo y el clima en la Tierra, clima espacial y rayos cósmicos, exploración planetaria y mucho más. También pueden actuar como pioneros para misiones satelitales más grandes y costosas que abordarán estas preguntas.

Dirijo un equipo aquí en la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore que está colaborando en una nave espacial CubeSat centrada en la ciencia. Nuestra carga útil del polarímetro arcoíris hiperangular (HARP) está diseñada para observar las interacciones entre las nubes y los aerosoles:partículas pequeñas como la contaminación, polvo, sal marina o polen, suspendido en la atmósfera terrestre. HARP está listo para ser el primer polarímetro de imágenes de EE. UU. En el espacio. Es un ejemplo del tipo de instrumento científico avanzado que no habría sido posible meter en un diminuto CubeSat en sus primeros días.

Financiado por la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra de la NASA, HARP viajará en la nave espacial CubeSat desarrollada por el Laboratorio de Dinámica Espacial de la Universidad Estatal de Utah. Rompiendo la tradición de utilizar piezas listas para el consumidor para cargas útiles de CubeSat, el equipo HARP ha adoptado un enfoque diferente. Hemos optimizado nuestro instrumento con piezas diseñadas y fabricadas a medida especializadas para realizar el delicado ángulo múltiple, mediciones de polarización multiespectral requeridas por los objetivos científicos de HARP.

Actualmente, HARP está programado para su lanzamiento en junio de 2017 a la Estación Espacial Internacional. Poco tiempo después se lanzará y se convertirá en un sistema totalmente autónomo, satélite de recolección de datos.

SmallSats - gran ciencia

HARP está diseñado para ver cómo interactúan los aerosoles con las gotas de agua y las partículas de hielo que forman las nubes. Los aerosoles y las nubes están profundamente conectados en la atmósfera de la Tierra:son las partículas de aerosol las que siembran las gotas de las nubes y les permiten convertirse en nubes que eventualmente dejan caer su precipitación.

Esta interdependencia implica que modificar la cantidad y tipo de partículas en la atmósfera, a través de la contaminación del aire, afectará el tipo, tamaño y duración de las nubes, así como cuando comienzan las precipitaciones. Estos procesos afectarán el ciclo global del agua de la Tierra, balance energético y clima.

Cuando la luz solar interactúa con partículas de aerosol o gotitas de nubes en la atmósfera, se dispersa en diferentes direcciones según el tamaño, forma y composición de lo que encontró. HARP medirá la luz dispersa que se puede ver desde el espacio. Podremos hacer inferencias sobre cantidades de aerosoles y tamaños de gotitas en la atmósfera, y compare nubes limpias con nubes contaminadas.

En principio, el instrumento HARP tendría la capacidad de recopilar datos diariamente, cubriendo todo el globo; a pesar de su tamaño pequeño, estaría recopilando enormes cantidades de datos para la observación de la Tierra. Este tipo de capacidad no tiene precedentes en un satélite diminuto y apunta al futuro de una tecnología más barata, precursores de Pathfinder más rápidos de implementar para misiones más grandes y complejas.

HARP es uno de varios programas actualmente en curso que aprovechan las ventajas de CubeSats para la recopilación de datos científicos. NASA, las universidades y otras instituciones están explorando nuevas tecnologías de ciencias de la tierra, Ciclo radiativo de la Tierra, Emisión de microondas de la Tierra, nubes de hielo y muchos otros desafíos de ciencia e ingeniería. Más recientemente, el MIT recibió fondos para lanzar una constelación de 12 CubeSats llamados TROPICS para estudiar la precipitación y la intensidad de las tormentas en la atmósfera de la Tierra.

Por ahora, el tamaño sigue importando

Pero la naturaleza de CubeSats aún restringe la ciencia que pueden hacer. Limitaciones en el poder, almacenamiento y, Más importante, La capacidad de transmitir la información a la Tierra impide nuestra capacidad de ejecutar continuamente nuestro instrumento HARP dentro de una plataforma CubeSat.

Entonces, como otra parte de nuestro esfuerzo, observaremos cómo HARP hace sus observaciones científicas. Aquí en UMBC hemos creado el Centro de Estudios de la Tierra y el Espacio para estudiar qué tan bien responden los satélites pequeños a preguntas científicas sobre los sistemas terrestres y el espacio. Aquí es donde se convertirán e interpretarán los datos brutos de HARP. Más allá de responder preguntas sobre interacciones nube / aerosol, el próximo objetivo es determinar la mejor forma de utilizar SmallSats y otras tecnologías para las aplicaciones de las ciencias espaciales y terrestres. Ver qué funciona y qué no ayudará a informar misiones espaciales más grandes y operaciones futuras.

La revolución SmallSat, impulsado por el acceso popular al espacio a través de CubeSats, ahora se apresura hacia la próxima revolución. La próxima generación de cargas útiles de nanosatélites avanzará en las fronteras de la ciencia. Es posible que nunca reemplacen la necesidad de satélites más grandes y poderosos, pero los NanoSats seguirán ampliando su propio papel en la carrera en curso para explorar la Tierra y el universo.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.