Un piccolo satellite costruito dall'università noto come Cosmic X-Ray Background NanoSat-2 (CXBN-2) è in preparazione per un'ambiziosa missione scientifica imminente. Si prevede che il veicolo spaziale, il cui lancio nello spazio è previsto per il 19 marzo, dovrebbe fornire dati cruciali che potrebbero far progredire le nostre conoscenze sullo sfondo dei raggi X cosmici (CXB).

Guidato dalla Morehead State University (MSU), il progetto CXBN-2 affronta questioni scientifiche fondamentali riguardanti la struttura, origine ed evoluzione dell'universo. Per rispondere a queste domande, il satellite effettuerà misurazioni ad alta precisione del CXB.

"L'obiettivo della missione CXBN-2 è aumentare la precisione delle misurazioni del CXB nella gamma da 30 a 50 keV fino a una precisione di quasi il cinque percento, limitando così i modelli che tentano di spiegare il contributo relativo delle fonti proposte e fornendo informazioni sulla fisica sottostante dell'universo primordiale, "Benjamin Malphrus, CXBN-2 Principal Investigator presso MSU ha detto ad Astrowatch.net.

CXBN-2 è un piccolo CubeSat a due unità che farà affidamento sui suoi due rilevatori di cadmio zinco tellururo (CZT) per raggiungere i suoi obiettivi scientifici. Insieme alla migliore configurazione dell'array del satellite, questi strumenti saranno in grado di effettuare misurazioni di alta precisione del CXB.

"Con il nuovo rivelatore CZT a bordo del CXBN-2 e una configurazione dell'array migliorata, una nuova, è possibile una misurazione di alta precisione, " osservò Malphrus.

I rilevatori CZT sono stati sviluppati da Redlen Technologies, un produttore leader di rivelatori di radiazioni a semiconduttore ad alta risoluzione. L'azienda ha prodotto materiale CZT con struttura cristallina estremamente uniforme attraverso il processo di produzione noto come metodo del riscaldatore mobile (THM). Ciò consente uniformità nel materiale semiconduttore in modo che la carica sia distribuita uniformemente, consentendo una maggiore risoluzione e rilevamento dell'energia eliminando le impurità.

I rilevatori CZT formano l'array REDLEN M1770 CZT, un modulo di imaging a bordo del CXBN-2 CubeSat. Questo modulo è un rilevatore di radiazioni da 256 pixel configurato in una matrice 16x16 con un pixel pitch di 2,46 mm. È costituito da un array 2x2 di rivelatori CZT da 64 pixel con uno spessore di cinque mm e legati a una piastra catodica comune.

"Anche se originariamente destinato al rilevamento di raggi X e fotoni di raggi gamma durante il funzionamento a temperatura ambiente e per applicazioni in fisica medica e imaging di sicurezza, abbiamo scoperto che i rivelatori CZT possedevano la risoluzione energetica e l'efficienza dei fotoni desiderate nell'intervallo di energia di interesse per la missione." Thomas Pannuti, CXBN-2 Science Principal Investigator presso MSU ha detto ad Astrowatch.net.

Con una massa di circa 5,7 libbre. (2,6 chilogrammi), il CXBN-2 CubeSat ha dimensioni di 3,93 x 3,93 x 7,87 pollici (10 x 10 x 20 centimetri) ed è dotato di quattro pannelli solari dispiegabili in grado di generare fino a 15 W di potenza. Il satellite incorpora un sistema di distribuzione e gestione dell'energia noto come PMD, un sistema di comando e gestione dei dati (C&DH) basato su un processore Cortex Arm, e un innovativo sistema di determinazione e controllo dell'atteggiamento (ADACS) sviluppato presso MSU.

Rispetto alla prima missione CXBN inviata nello spazio nel settembre 2012, il CXBN-2 CubeSat ha due array da 256 pixel invece di uno. Inoltre, è dotato di un innovativo collimatore di tungsteno stampato in 3D, una serie di miglioramenti al bus spaziale, e un innovativo conops caratterizzato da un'astronave volante minimamente rotante.

In questa configurazione, il satellite CXBN-2 ha il potenziale per far progredire la nostra comprensione dello sfondo di raggi X diffusi in particolare e dell'evoluzione temporale dei buchi neri supermassicci al centro delle galassie in generale. Malphrus e i suoi colleghi sono convinti che il loro CubeSat fornirà misurazioni del CXB con elevata precisione, quindi modelli vincolanti che si rivolgono al contributo relativo della popolazione di sorgenti emittenti dominanti proposta (cioè nuclei galattici attivi pesantemente assorbiti).

"Una misurazione così precisa del CXB fornirà informazioni sulla fisica sottostante dell'universo primordiale e fornirà una finestra sugli oggetti più energetici nell'universo distante, "Malphrus ha spiegato.

CXBN-2 è attualmente nella fase finale dei preparativi per il decollo del 19 marzo dallo Space Launch Complex 41 presso la Cape Canaveral Air Force Station in Florida. Le ultime attività di pre-lancio includono la finalizzazione del software di supporto a terra e la continua caratterizzazione degli array CZT del modello ingegneristico. I modelli di volo e di ingegneria del satellite sono stati completati nell'autunno del 2016 e hanno superato i test di qualificazione del volo. L'unità di volo è stata consegnata all'integratore di lancio, Nanorack, nel dicembre 2016 ed è stato successivamente spedito al Kennedy Space Center in Florida.

Il CXBN-2 CubeSat sarà lanciato in cima a un razzo Atlas V, sulle spalle della settima missione della navicella spaziale Cygnus verso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Oltre a Cygnus e CXBN-2, una flotta di altri satelliti, principalmente dimostratori di tecnologia, sarà anche mandato in orbita in questa missione.

Sebbene MSU abbia già inviato cinque smallsat nello spazio, il CXBN-2 CubeSat sembra essere finora la missione scientifica più significativa dell'università.

"Stiamo entrando in una nuova era di scienza significativa supportati da CubeSats e Morehead State è in prima linea in questa impresa. L'opportunità di partecipare alla ricerca astrofisica facilitata dalla piattaforma CubeSat e di formare i nostri studenti nell'ingegneria dei sistemi spaziali e nell'osservazione l'astrofisica attraverso missioni spaziali dal vivo come CXBN-2 è inestimabile per il nostro programma di ricerca, nostri programmi accademici e ai nostri studenti, " ha concluso Pannuti.