L'implementazione di E-TBEx viene testata presso il Michigan Exploration Lab. La costruzione e il test di E-TBEx CubeSats è stato particolarmente complesso a causa delle molteplici antenne e dei pannelli solari che si dispiegano dopo il lancio. Credito:Laboratorio di esplorazione dell'Università del Michigan/Michigan
I gemelli E-TBEx CubeSats della NASA, abbreviazione di Enhanced Tandem Beacon Experiment, dovrebbero essere lanciati a giugno 2019 a bordo del lancio del Programma di test dello spazio 2 del Dipartimento della Difesa. Il lancio include un totale di 24 satelliti di enti governativi e di ricerca. Verranno lanciati a bordo di uno SpaceX Falcon Heavy dallo storico Launch Complex 39A presso il Kennedy Space Center della NASA in Florida.
Gli E-TBEx CubeSat si concentrano su come i segnali radio che passano attraverso l'atmosfera superiore della Terra possono essere distorti da bolle strutturate in questa regione, chiamata ionosfera. Particolarmente problematico sull'equatore, queste distorsioni possono interferire con le comunicazioni militari e aeree, nonché con i segnali GPS. Più possiamo imparare su come si evolvono queste bolle, più possiamo mitigare questi problemi, ma in questo momento, gli scienziati non possono prevedere quando si formeranno queste bolle o come cambieranno nel tempo.
"Queste bolle sono difficili da studiare da terra, " ha detto Rick Doe, responsabile del programma payload per la missione E-TBEx presso SRI International a Menlo Park, California. "Se vedi che le bolle iniziano a formarsi, poi si muovono. Stiamo studiando l'evoluzione di queste caratteristiche prima che inizino a distorcere le onde radio che attraversano la ionosfera per comprendere meglio la fisica sottostante".
La ionosfera è la parte dell'atmosfera superiore della Terra in cui le particelle vengono ionizzate, il che significa che vengono separate in un mare di particelle positive e negative, chiamato plasma. Il plasma della ionosfera è mescolato con gas neutri, come l'aria che respiriamo, quindi l'atmosfera superiore della Terra e le bolle che vi si formano rispondono a un complicato mix di fattori.
Poiché le sue particelle hanno carica elettrica, il plasma in questa regione risponde ai campi elettrici e magnetici. Questo rende la ionosfera reattiva alle condizioni meteorologiche spaziali:condizioni nello spazio, compreso il cambiamento dei campi elettrici e magnetici, spesso influenzato dall'attività del Sole. Gli scienziati pensano anche che le onde di pressione lanciate da grandi sistemi di tempeste possano propagarsi nell'alta atmosfera, creando venti che modellano il modo in cui le bolle si muovono e cambiano. Ciò significa che la ionosfera e le bolle sono modellate dal tempo terrestre e dallo spazio allo stesso modo.
Gli E-TBEx CubeSats inviano segnali radio beacon a tre frequenze, vicine a quelle utilizzate dalle comunicazioni e dai satelliti GPS, alle stazioni riceventi a terra, a quel punto gli scienziati possono rilevare piccoli cambiamenti nella fase o nell'ampiezza dei segnali. Tali interruzioni possono quindi essere mappate nella regione della ionosfera attraverso la quale sono passate, fornendo agli scienziati informazioni su come si formano e si evolvono queste bolle.
Questa visualizzazione mostra la densità relativa di alcune particelle nella ionosfera terrestre. Gli E-TBEx CubeSats esploreranno come i segnali dai satelliti alla Terra possono essere interrotti mentre attraversano questa regione. Credito:NASA
"Tutti i segnali vengono creati contemporaneamente, con la stessa fase, in modo da poter dire come vengono distorti passando attraverso le bolle, " disse Doe. "Allora, guardando le distorsioni, puoi ritirare le informazioni sulla quantità di rugosità e la densità nelle bolle."
I dati prodotti dai gemelli CubeSats sono integrati da beacon simili a bordo dei sei satelliti COSMIC-2 di NOAA. Come i CubeSat E-TBEx, i beacon COSMIC-2 inviano segnali a tre frequenze, leggermente diverse da quelle utilizzate da E-TBEx, alle stazioni riceventi a terra. La combinazione delle misurazioni di tutti e otto i satelliti darà agli scienziati la possibilità di studiare alcune di queste bolle da più angolazioni contemporaneamente.
Il faro di E-TBEx è stato costruito da un team di SRI International, che ha anche progettato e fabbricato i beacon su COMSIC-2. Gli E-TBEx CubeSats sono stati sviluppati con il Michigan Exploration Lab presso l'Università del Michigan ad Ann Arbor. Il design, fabbricazione, l'integrazione e la sperimentazione sono state svolte principalmente da gruppi di studenti universitari e laureati.
"Costruire e testare E-TBEx è stato piuttosto complesso a causa del numero di parti utilizzabili, "ha detto James Cutler, un professore di ingegneria aerospaziale presso l'Università del Michigan che ha guidato i team di studenti che hanno lavorato su E-TBEx. "Il carico utile è essenzialmente una stazione radio volante, quindi abbiamo cinque antenne da schierare, quattro con due segmenti ciascuna, e, anche, quattro pannelli solari".
Ciò che gli scienziati imparano da E-TBEx potrebbe aiutare a sviluppare strategie per evitare la distorsione del segnale, ad esempio, consentendo alle compagnie aeree di scegliere una frequenza meno suscettibile di perturbazioni, o lasciare che i militari ritardino un'operazione chiave fino a quando non sarà passata una bolla ionosferica potenzialmente distruttiva.
L'STP-2 è gestito dall'U.S. Air Force Space and Missile Systems Center. La missione del Dipartimento della Difesa dimostrerà le capacità del razzo Falcon Heavy durante la consegna di satelliti su più orbite attorno alla Terra nel corso di circa sei ore. Questi satelliti includono tre progetti aggiuntivi della NASA per migliorare il design e le prestazioni future dei veicoli spaziali.
