Questo fine settimana, quando la prossima missione di rifornimento di merci alla Stazione Spaziale Internazionale decollerà dalla NASA Wallops Flight Facility in Virginia, trasporterà tra le sue forniture ed esperimenti tre satelliti delle dimensioni di una scatola di cereali che verranno utilizzati per testare e dimostrare la prossima generazione di tecnologia di osservazione della Terra.

La NASA ha aumentato il suo uso di CubeSats, piccoli satelliti basati su diverse configurazioni di cubi di circa 4 x 4 x 4 pollici, per mettere in orbita nuove tecnologie dove possono essere testate nel duro ambiente dello spazio prima di essere utilizzate come parte di più grandi missioni satellitari o costellazioni di veicoli spaziali.

Le tre missioni CubeSat lanciate sulla nona missione di rifornimento commerciale di Orbital ATK rappresentano un'ampia gamma di tecnologie all'avanguardia racchiuse in pacchetti molto piccoli.

RainCube, un radar in un CubeSat, è proprio questo:uno strumento radar miniaturizzato per lo studio delle precipitazioni che pesa poco più di 26 libbre. RainCube è più piccolo, ha meno componenti, e utilizza meno energia rispetto agli strumenti radar tradizionali. Il programma In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST) dell'Ufficio per le tecnologie delle scienze della terra (ESTO) della NASA ha selezionato il progetto per dimostrare che un radar così piccolo può essere utilizzato con successo su una piattaforma CubeSat.

Questa missione segna la prima volta che uno strumento radar attivo è stato pilotato su un CubeSat.

In caso di successo, RainCube potrebbe aprire la porta a costi inferiori, missioni di costellazione di rapida inversione di tendenza, in cui più CubeSat lavorano insieme per fornire osservazioni più frequenti rispetto a un singolo satellite.

"Una costellazione di radar RainCube sarebbe in grado di osservare la struttura interna dei sistemi meteorologici mentre si evolvono secondo processi che devono essere meglio caratterizzati nei modelli meteorologici e di previsione del clima, ", ha dichiarato Eva Peral, ricercatrice principale di RainCube, del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California.

RainCube utilizzerà lunghezze d'onda nella banda Ka ad alta frequenza dello spettro elettromagnetico. Le lunghezze d'onda Ka funzionano con antenne più piccole (l'antenna dispiegabile di RainCube misura solo mezzo metro, o metro, across) e consentono un aumento esponenziale del trasferimento di dati su lunghe distanze, rendendo RainCube anche una dimostrazione del miglioramento delle comunicazioni. JPL ha sviluppato lo strumento RainCube, mentre Tyvak Inc. ha sviluppato il veicolo spaziale.

CubeSats può essere utilizzato anche per testare nuovi sottosistemi e tecniche per migliorare la raccolta dei dati dallo spazio. L'interferenza a radiofrequenza (RFI) è un problema crescente per i radiometri a microonde spaziali, strumenti importanti per lo studio dell'umidità del suolo, meteorologia, clima e altre proprietà della Terra. Poiché il numero di dispositivi che causano RFI, inclusi i telefoni cellulari, radio, e televisori:aumenti, sarà ancora più difficile per i radiometri satellitari a microonde della NASA raccogliere dati di alta qualità.

Per affrontare questo problema, Il programma InVEST della NASA ha finanziato un team guidato da Joel Johnson della Ohio State University per sviluppare CubeRRT, la missione di validazione della tecnologia di interferenza in radiofrequenza del radiometro CubeSat. "La nostra tecnologia, " ha detto Johnson, "farà in modo che i nostri radiometri di osservazione della Terra possano continuare a funzionare in presenza di questa interferenza".

Le RFI influiscono già sui dati raccolti dai satelliti per l'osservazione della Terra. Per mitigare questo problema, le misurazioni vengono trasmesse a terra dove vengono poi elaborate per rimuovere eventuali dati danneggiati da RFI. È un processo complicato e richiede la trasmissione di più dati sulla Terra. Con i futuri satelliti che incontrano ancora più RFI, più dati potrebbero essere danneggiati e le missioni potrebbero non essere in grado di raggiungere i loro obiettivi scientifici.

Johnson ha collaborato con i tecnologi del JPL e del Goddard Space Flight Center, Cintura verde, Maryland, sviluppare il satellite CubeRRT per dimostrare la capacità di rilevare RFI e filtrare i dati corrotti da RFI in tempo reale a bordo del veicolo spaziale. Il veicolo spaziale è stato sviluppato da Blue Canyon Technologies, Masso, Colorado.

Una delle misurazioni meteorologiche raccolte dai radiometri importanti per i ricercatori riguarda i processi delle nuvole, in particolare lo sviluppo della tempesta e l'identificazione del momento in cui inizia a piovere. Attualmente, i satelliti meteorologici passano sopra le tempeste solo una volta ogni tre ore, non abbastanza frequentemente da identificare molti dei cambiamenti nei sistemi dinamici delle tempeste. Ma lo sviluppo di un nuovo, un sistema radiometrico estremamente compatto potrebbe cambiare le cose.

Il programma Earth System Science Pathfinder della NASA ha selezionato Steven Reising della Colorado State University e i partner del JPL per sviluppare, costruire, e dimostrare un radiometro a cinque frequenze basato su nuove tecnologie di amplificazione a basso rumore sviluppate con il supporto di ESTO. La missione TEMPEST-D (Temporal Experiment for Storms and Tropical Systems Demonstration) convaliderà la tecnologia del radiometro miniaturizzato e dimostrerà la capacità del veicolo spaziale di eseguire manovre di trascinamento per controllare la bassa quota terrestre di TEMPEST-D e la sua posizione in orbita. Lo strumento si inserisce in un CubeSat 6U di Blue Canyon Technologies, delle stesse dimensioni di CubeSat RainCube e CubeRRT.

"Con una costellazione simile a un treno di CubeSat simili a TEMPEST, saremmo in grado di prelevare campioni di tempo ogni 5-10 minuti per vedere come si sviluppa una tempesta, " disse Reising. Ciò migliorerebbe il tempo di rivisitazione del satellite di tre ore, soprattutto quando si raccolgono dati sulle tempeste tropicali come gli uragani che possono intensificarsi e cambiare rapidamente.

RainCube, CubeRRT e TEMPEST-D sono attualmente integrati a bordo della navicella spaziale Cygnus di Orbital ATK e sono in attesa del lancio su un razzo Antares. Dopo che i CubeSat sono arrivati ​​alla stazione, saranno schierati in orbita terrestre bassa e inizieranno le loro missioni per testare queste nuove tecnologie utili per prevedere il tempo, garantire la qualità dei dati, e aiutare i ricercatori a comprendere meglio le tempeste.