El satélite de aceleración de la tecnología del radiómetro de microondas (MiRaTA), un CubeSat 3U, se muestra con paneles solares completamente desplegados, flanqueando el cuerpo de la nave espacial, que tiene una abertura circular en la parte superior para la antena del radiómetro de microondas, utilizado para mediciones científicas atmosféricas. También hay dos pequeños, antenas finas de cinta métrica en la parte superior, utilizado para la comunicación por radio UHF con la estación terrestre. Crédito:Laboratorio Lincoln del MIT
Detrás de cada pronóstico del tiempo, de su local, predicción de cinco días para una actualización de seguimiento de huracanes de última hora:son los satélites que los hacen posibles. Las agencias gubernamentales dependen de las observaciones de los satélites meteorológicos para informar los modelos de pronóstico que nos ayudan a prepararnos para las tormentas que se aproximan e identificar las áreas que necesitan evacuación o los primeros en responder de emergencia.
Los satélites meteorológicos han sido tradicionalmente grandes, tanto en el esfuerzo necesario para construirlos como en tamaño real. Pueden tardar varios años en construirse y pueden ser tan grandes como un pequeño autobús escolar. Pero todo eso podría cambiar en el futuro con la ayuda de un satélite del tamaño de una caja de zapatos que comenzará a orbitar la Tierra a finales de este mes.
El CubeSat financiado por la NASA, llamado Aceleración de la tecnología del radiómetro de microondas (MiRaTA), se lanzará a la órbita de la Tierra desde el cohete que lleva al espacio el próximo gran satélite meteorológico de EE. UU. (JPSS-1 de la NOAA). MiRaTA está diseñado para demostrar que un satélite pequeño puede transportar tecnología de instrumentos que es capaz de reducir el costo y el tamaño de los satélites meteorológicos futuros y tiene el potencial de recopilar datos meteorológicos fiables de forma rutinaria.
Los radiómetros de microondas son uno de los instrumentos de carga a bordo de los satélites meteorológicos actuales. Estos sensibles instrumentos miden señales de radiofrecuencia relacionadas con la radiación térmica emitida por los gases atmosféricos, como el oxígeno molecular y el vapor de agua, y también detectar partículas como nubes de hielo. Estos datos son entradas clave para modelos que rastrean tormentas y otros eventos climáticos. La calibración de estos radiómetros es importante para evitar que se desvíen, de modo que sus datos se puedan utilizar para obtener modelos meteorológicos y climáticos precisos. Por lo tanto, Por lo general, se incluye un objetivo de calibración en el satélite para ayudar al radiómetro a mantener su precisión.
Miniaturizar los instrumentos radiómetros de microondas para que quepan en un CubeSat conlleva el desafío de encontrar un instrumento de calibración que no solo sea preciso sino también compacto. dijo Kerri Cahoy, investigador principal de MiRaTA y profesor asociado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del Instituto de Tecnología de Massachusetts. "No tiene espacio para los voluminosos objetivos de calibración que normalmente usaría en satélites más grandes, "Dijo Cahoy." Los objetivos de calibración del radiómetro de microondas en satélites más grandes pueden ser del tamaño de una tostadora, pero para CubeSats, tendría que ser del tamaño de una baraja de cartas ".
Cahoy y su colega William Blackwell, el líder del instrumento radiómetro de microondas en el Laboratorio Lincoln del MIT, se le ocurrió una solución basada en una técnica que estudió en la escuela de posgrado llamada radio ocultación (RO), mediante el cual las señales de radio recibidas de los satélites GPS en una órbita más alta se utilizan para medir la temperatura del mismo volumen de atmósfera que está viendo el radiómetro. La medición de temperatura GPS-RO se puede utilizar para calibrar el radiómetro.
"En la clase de física, aprendes que un lápiz sumergido en agua parece roto por la mitad porque la luz se dobla de manera diferente en el agua que en el aire, "Cahoy dijo." Las ondas de radio son como la luz en el sentido de que se refractan cuando atraviesan densidades cambiantes de aire, y podemos usar la magnitud de la refracción para calcular la temperatura de la atmósfera circundante con una precisión casi perfecta y usar esto para calibrar un radiómetro ".
En 2012, el programa In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST) de la NASA emitió una solicitud de propuestas de demostración de tecnología, lo que motivó a Blackwell y Cahoy, que entonces enseñaba en el MIT, puso a prueba su teoría ofreciendo un proyecto a los estudiantes de Cahoy en su clase de sensores e instrumentación para determinar si la idea era factible. Cuando dos estudiantes demostraron a través de modelos informáticos que la ocultación de radio podría funcionar para la calibración del radiómetro, Cahoy y Blackwell le preguntaron a Rebecca Bishop de The Aerospace Corporation, que ha desarrollado receptores GPS-RO para CubeSats, para unirse al equipo. Luego enviaron una propuesta completa para MiRaTA a la NASA, que dio luz verde a la financiación en la primavera de 2013.
La construcción de MiRaTA fue un esfuerzo de equipo. Bishop modificó un estándar receptor GPS de bajo costo para realizar las mediciones de ocultación de radio para la calibración; El Laboratorio Lincoln del MIT y la Universidad de Massachusetts Amherst aplicaron sus habilidades de ingeniería para miniaturizar aún más el radiómetro de microondas; y Cahoy y su equipo de estudiantes, guiados por mentores expertos en MIT Lincoln, construyó el satélite que albergaría todo.
"Construir un CubeSat puede resultar complicado porque hay que poner pilas, una radio, un ordenador, tus instrumentos, ruedas que giras para inclinar y girar tu satélite, y paneles solares y antenas plegados en un espacio muy pequeño, "Dijo Cahoy." Y estás usando el espacio equivalente a cinta adhesiva y superpegamento para restringir este lío de cables y conectores y meterlo en su alojamiento.
"Pero, "Cahoy agregó, "El arduo trabajo realmente dará sus frutos en grandes datos científicos si todo sale según lo planeado".
En el mejor de los casos, tres semanas después del lanzamiento, MiRaTA estará en pleno funcionamiento, y en tres meses el equipo habrá obtenido datos de validación tanto del radiómetro como del receptor GPS. El gran objetivo de la misión, declarar que la demostración de tecnología fue un éxito, se confirmaría un poco más adelante. al menos medio año de distancia, siguiendo el análisis de datos.
Si la validación de la tecnología de MiRaTA tiene éxito, Cahoy dijo que imagina una eventual constelación de estos CubeSats orbitando toda la Tierra, tomar instantáneas del estado de la atmósfera y el clima cada 15 minutos, con la frecuencia suficiente para rastrear tormentas, desde ventiscas hasta huracanes, en tiempo real. "Nuestro objetivo es que nuestros radiómetros funcionen tan bien como los de los satélites meteorológicos actuales y poder proporcionar el tipo de datos que ayuden a las agencias y a las personas que se encuentran en el camino de un desastre natural a prepararse con prontitud y con prudencia. " ella dijo.
"Esta es una misión muy emocionante, ya que será la primera demostración en órbita de un vehículo para todo tipo de clima, Radiómetro de tres frecuencias CubeSat que utiliza calibración atmosférica basada en GPS-RO, "dijo Charles Norton del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, un asociado de programa en la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra (ESTO) de la NASA y el administrador de tareas de MiRaTA. "Es un verdadero testimonio de la creatividad y la innovación de los equipos involucrados que están avanzando en tecnologías de medición para futuras misiones de constelaciones de pequeños satélites, " él dijo, al tiempo que agrega que el Laboratorio de Dinámica Espacial de la Universidad Estatal de Utah y la Instalación de Vuelo Wallops de la NASA están apoyando las operaciones de la estación terrestre y la misión para el CubeSat.
MiRaTA y otras misiones InVEST de ciencias de la tierra son financiadas y administradas por el programa ESTO de la NASA en la División de Ciencias de la Tierra de la NASA. ESTO apoya a los tecnólogos en los centros de la NASA, industria y academia para desarrollar, perfeccionar y demostrar nuevos métodos para observar la Tierra desde el espacio, desde los sistemas de información hasta los nuevos componentes e instrumentos.
Pequeños satélites, incluidos CubeSats, están desempeñando un papel cada vez más importante en la exploración, demostración de tecnología, investigación científica e investigaciones educativas en la NASA, incluyendo:exploración espacial planetaria; Observaciones de la Tierra; ciencia fundamental de la Tierra y el espacio; y el desarrollo de instrumentos científicos precursores como comunicaciones láser de vanguardia, comunicaciones de satélite a satélite y capacidades de movimiento autónomo.
