La ricerca spaziale è un affare costoso. Una volta proposto uno strumento spaziale, i ricercatori vogliono trarne il maggior valore possibile. Il satellite proposto cresce rapidamente in strumenti e capacità. Caro, devono essere utilizzati componenti resistenti alle radiazioni. La spesa pone le piattaforme di strumenti satellitari fuori dalla portata della maggior parte dei budget di ricerca.

Entra nel CubeSat, i mobili flat-pack dell'industria spaziale. I CubeSat economici e accessibili hanno democratizzato la scienza spaziale. Possono essere piccoli come un cubo di 10 cm e possono pesare meno di un chilogrammo. Essendo piccolo e leggero, non possono contenere molta strumentazione, quindi i costi restano bassi. E, perché sono posti nell'orbita terrestre bassa, hanno una vita relativamente breve, quindi l'elettronica resistente alle radiazioni non è necessaria.

Un osservatorio a raggi X economico e allegro

La Rocca e colleghi, segnalazione in SPIE's Journal of Astronomical Telescopes, Strumenti, e Sistemi , hanno dettagliato lo sviluppo di un CubeSat chiamato HaloSat, progettato per misurare l'emissione di raggi X di ossigeno da sorgenti diffuse, come l'alone intorno alla Via Lattea. Il satellite non immagine, ma conta i raggi X da una direzione specifica e da una banda di energia scelta, con una certa risoluzione spaziale.

Per ottenere ciò, i ricercatori hanno utilizzato rilevatori di deriva al silicio, la cui uscita viene amplificata e inviata ad una scheda di elaborazione del segnale. L'elettronica di bordo è in grado di immagazzinare rapidamente l'energia dei raggi X e conta dai tre rilevatori. I rilevatori stessi non hanno ottiche, il che è un problema perché i ricercatori devono essere sicuri che i raggi X provengano dalla fonte mirata. Risolvere questo problema, i rivelatori sono stati collocati piuttosto in profondità all'interno del satellite con un tubo di collimazione che conduceva al mondo esterno. Vengono quindi create mappe approssimative delle emissioni di raggi X scansionando l'orientamento del satellite sul bersaglio.

L'intero strumento scientifico pesa meno di 3 kg e consuma circa 4 W. Il sistema di controllo porta il pacco fino a 12 kg, mentre l'intero satellite ha le dimensioni di un grosso libro.

HaloSat è stato lanciato nel 2018, e la sua missione è stata estesa fino alla metà del 2020. Finora, ha mappato le emissioni di raggi X dalla Via Lattea e dalla Nebulosa del Granchio. Il semplice spettrometro di mappatura ha fornito dati straordinariamente puliti, che consentirà alcuni anni di analisi e approfondimenti.

Vivere veloce, morire giovani

HaloSat uscirà dall'orbita prima della fine del 2020 a causa del trascinamento, quindi la missione non può essere prolungata a lungo. Tale limitazione temporale fa parte della vita di un CubeSat:sono le effimere delle navicelle spaziali. La domanda non è se il satellite vivrà più a lungo, ma se da una missione così breve si possono ottenere utili risultati scientifici. I ricercatori si sono dimostrati affermativi:low cost, missioni satellitari di breve durata possono fornire risultati utili.

Un altro aspetto del CubeSat è la tempistica di sviluppo. I soldi per HaloSat sono arrivati ​​nel 2016. Lo strumento è stato completato, integrato con il resto del satellite e lanciato entro la metà del 2018. Questo è incredibilmente veloce. Per mettere in prospettiva il tempo di sviluppo, il lavoro concettuale per la missione GRACE-FO (recupero della gravità ed esperimento climatico), che è una copia migliorata della missione GRACE originale, iniziata nel 2012, e finalmente lanciato nel 2018.

Questa ricerca dimostra anche i limiti di CubeSats. HaloSat, come tutti i CubeSat, può fare una cosa e solo per un tempo relativamente breve. Se i ricercatori hanno risultati che vorrebbero seguire, quindi è improbabile che siano in grado di farlo con lo stesso satellite. Se i dati mostrano che è richiesto un diverso tipo di strumento, i ricercatori dovranno attendere il lancio di un nuovo satellite. Ciò evidenzia che, sebbene CubeSat stia rendendo lo spazio più accessibile, i ricercatori devono avere una missione molto ben pianificata e mirata per realizzarla con successo. HaloSat dimostra proprio come farlo.

Come affermano gli autori, "Il rapido sviluppo, integrazione, e il programma di lancio di 2,5 anni per CubeSats attirerà sicuramente più interesse nel campo dell'astrofisica sia come banco di prova per nuove tecnologie sia come piattaforma per missioni mirate. HaloSat potrebbe essere uno dei primi CubeSat di astrofisica, ma non sarà l'ultima».