Diversi tecnologi Goddard sono coinvolti in una nuova missione di dimostrazione della tecnologia CubeSat chiamata SNoOPI, che impiega una nuova tecnica di telerilevamento per misurare i livelli di umidità del suolo. Da sinistra a destra:Jeffrey Piepmeier, Chase Kielbasa, che tiene in mano un prototipo di circuito stampato di prima generazione per lo strumento SNoOPI, Giuseppe Knuble, Manuel Vega, Michael Coon, e Derek Hudson. Credito:NASA/W. Hrybyk
Sono iniziati i lavori su una nuova missione CubeSat che dimostrerà per la prima volta un nuovo, tecnica molto promettente per misurare l'umidità del suolo dallo spazio:dati importanti per gli avvertimenti precoci di inondazioni e siccità, nonché per le previsioni sulla resa delle colture.
La missione tecnologica-dimostrativa, Segnali di opportunità:Indagine sulla banda P, convaliderà una tecnica di telerilevamento chiamata segnali di opportunità. Sebbene gli scienziati abbiano dimostrato il concetto in campagne a terra, SNoOPI, come è nota anche la missione, sarà la prima dimostrazione in orbita quando verrà dispiegato in un'orbita terrestre bassa nel 2021.
In definitiva, gli scienziati vogliono far volare una costellazione di minuscoli satelliti, tutti con la stessa tecnica, determinare la quantità di acqua immagazzinata nel manto nevoso e quella presente nel suolo nella zona delle radici, misurazioni non possibili con l'attuale tecnologia spaziale.
Per raccogliere questi dati, SNoOPI funzionerà in modo leggermente diverso rispetto alle altre missioni. Invece di generare e trasmettere i propri segnali radio verso la Terra e quindi analizzare il segnale restituito, sfrutterà i segnali di telecomunicazione già disponibili.
Nello specifico, SNoOPI recupererà il segnale radio in banda P, che è sensibile ai livelli di umidità, nelle trasmissioni da un satellite per telecomunicazioni in orbita 22, 000 miglia sopra la superficie terrestre. Come con la luce visibile, questi segnali colpiscono la Terra, interagire con l'ambiente, e rimbalza letteralmente nello spazio dove l'unico strumento di SNoOPI è in agguato per raccogliere la frequenza in banda P. Analizzando i segnali restituiti, gli scienziati possono ricavare letture di umidità.
Applicazione ideale
Per la missione SNoOPI, la tecnica dei segnali di opportunità è l'ideale, disse Jeffrey Piepmeier, uno dei numerosi ingegneri del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, coinvolto nella missione guidata dal professor James Garrison della Purdue University. Convalida nello spazio della NASA delle tecnologie per le scienze della terra, o INVESTIRE, programma sta finanziando lo sviluppo di SNoOPI.
Questo grafico mostra come una dimostrazione tecnologica CubeSat, chiamato SNoOPI, raccoglierà le misurazioni dell'umidità del suolo a livello delle radici. Credito:NASA
L'umidità del suolo attiva passiva della NASA, o SMAP, la missione sta attualmente raccogliendo dati sull'umidità. Però, invece della banda P, impiega un'altra radiofrequenza, la banda L a frequenza più alta, per mappare la quantità di acqua nei primi due pollici di suolo ovunque sulla superficie terrestre. Però, SMAP non può raccogliere letture di umidità a livello della radice. Incontra anche difficoltà durante la misurazione dell'umidità del suolo nelle aree boschive e montuose.
Frequenze più basse, come la banda P, può viaggiare quattro volte più in profondità nel suolo o nel manto nevoso, superando così la limitazione della banda L. Ma la banda P ha i suoi difetti. Poiché gli strumenti tradizionali in banda P sono soggetti a interferenze radio causate dallo spillover del segnale dagli utenti dello spettro limitrofo, richiedono una grande antenna per trasmettere e ricevere attivamente segnali per ottenere una risoluzione spaziale sufficiente.
Poiché SNoOPI riutilizza i segnali di telecomunicazione già esistenti, non ha bisogno di un trasmettitore. Per di più, il segnale di telecomunicazione che SNoOPI alla fine cattura dopo essere rimbalzato nello spazio è estremamente potente, eliminando la necessità di una grande antenna, ha spiegato Piepmeier.
"L'efficienza del segnale rende questa tecnica molto conveniente, " ha detto Piepmeier. "Poiché eliminiamo la necessità di una grande antenna, consente l'utilizzo della tecnica su un CubeSat, che può essere grande quanto una pagnotta".
Goddard e il Jet Propulsion Laboratory di Pasadena, California, stanno costruendo lo strumento di SNoOPI e un fornitore esterno fornirà il bus CubeSat. Guarnigione, che ha ideato la tecnica dei segnali di opportunità in banda P, sta gestendo lo sforzo complessivo di sviluppo della missione.
Se la tecnica si dimostrasse efficace nello spazio, il team crede che la NASA potrebbe far volare fino a nove piccoli satelliti lungo un'orbita polare per costruire mappe della zona radice necessarie ai meteorologi, gestori dell'acqua, agricoltori, e operatori di centrali elettriche.
Piccoli satelliti, inclusi CubeSat, svolgono un ruolo sempre più importante nell'esplorazione, dimostrazione di tecnologia, ricerca scientifica e indagini educative presso la NASA, tra cui:esplorazione dello spazio planetario; osservazioni della Terra; scienze fondamentali della Terra e dello spazio; e lo sviluppo di strumenti scientifici precursori come comunicazioni laser all'avanguardia, comunicazioni da satellite a satellite e capacità di movimento autonomo.
