C'è sempre un'alba e un tramonto che accadono da qualche parte sul nostro pianeta. Presto il nuovo CubeSat dell'ESA, che questo venerdì volerà a bordo del lanciatore europeo Vega, starà a guardare. La missione PICASSO in miniatura utilizzerà il filtraggio della luce solare dall'atmosfera terrestre per controllare la salute del nostro strato protettivo di ozono.

I CubeSat sono satelliti in miniatura costituiti da scatole standard di 10 cm. Il PICo-satellite per le osservazioni di scienze atmosferiche e spaziali, o PICASSO, sviluppato per l'ESA dall'Istituto belga per l'aeronomia spaziale (BISA), è un CubeSat a "3 unità" con due payload scientifici. Ospita uno spettrometro cut-down per il monitoraggio dell'atmosfera, così come le sonde di campionamento (chiamate "SLP") per misurare il plasma spaziale attorno al nanosatellite.

"PICASSO è un esperimento, fondamentalmente, " spiega lo scienziato del progetto Didier Fussen, capo del dipartimento di radiazione solare presso BISA. "Può uno strumento che fornisca misurazioni scientifiche valide dello strato di ozono, che è un parametro vitale per la salute della vita sulla Terra, essere sistemato su una piattaforma delle dimensioni di una scatola da scarpe?

"La risposta si è rivelata sì. Per realizzarlo abbiamo lavorato con i nostri partner AAC Clyde Space in Scozia che hanno costruito il nostro CubeSat, e VTT Finland che ci ha fornito uno spettrometro opportunamente ridimensionato.

"Nel frattempo i colleghi di BISA hanno contribuito con un quartetto di sonde Langmuir fatte in casa per sfruttare questa opportunità di volo. Estendendosi dai pannelli solari del nanosatellite, queste sonde "SLP" campioniranno le variazioni del plasma spaziale attraverso l'orbita di PICASSO, aprendo una nuova finestra sul tempo spaziale.

"Gli altri elementi essenziali che hanno permesso la missione sono stati il ​​sostegno finanziario di BELSPO, l'Ufficio per la politica scientifica del Belgio, l'Agenzia Spaziale del Regno Unito e la Lotteria Nazionale Belga, così come il supporto tecnico dell'ESA:i CubeSat sono di piccole dimensioni, e utilizzare parti commerciali standard per aumentare l'accessibilità, ma per scopi scientifici la loro complessità complessiva inizia ad avvicinarsi a quella di una missione di dimensioni standard".

Qualcosa nell'aria

Incentrato sullo studio dell'alta atmosfera, BISA ha fornito strumenti a molti altri satelliti nel corso degli anni, in particolare proponendo la prossima missione ESA Earth Watch Altius che monitorerà lo strato di ozono e l'alta atmosfera attraverso una banda spettrale molto più ampia, ma PICASSO è la prima missione CubeSat dell'Istituto.

L'impulso per il monitoraggio globale dell'ozono da strumenti spaziali risale alla metà degli anni '80, e la scoperta scioccante di un buco nello strato di ozono da parte di scienziati antartici, successivamente confermato dai dati satellitari. La scoperta che lo strato di ozono veniva eroso dai gas prodotti dall'uomo era una cattiva notizia perché svolge un ruolo vitale nel proteggere la vita dalle dannose radiazioni ultraviolette.

In reazione, parallelamente alla messa al bando internazionale dei gas "clorofluorocarburi" responsabili, è stata progettata e lanciata una nuova generazione di strumenti per il monitoraggio dell'ozono, molti dei quali BISA ha contribuito. Ad esempio, Il satellite ambientale Envisat dell'ESA, lanciato nel 2002, da solo trasportava tre di questi ecoscandagli atmosferici.

"Il risultato è stato una sorta di età dell'oro per il monitoraggio dell'ozono con una buona risoluzione verticale, " aggiunge il dottor Fussen, "ma questo sta volgendo al termine poiché la maggior parte delle missioni raggiunge la fine della propria vita. Quindi PICASSO servirà come dimostratore della capacità dei piccoli satelliti di eseguire il monitoraggio della composizione atmosferica.

"Le tendenze attuali suggeriscono che il buco dell'ozono si sta gradualmente stabilizzando o riprendendo, ma non possiamo semplicemente sperare per il meglio, " dice Didier. "La dinamica atmosferica ha una grande variabilità naturale di anno in anno, che richiede un'osservazione continua."

Lo spettrometro PICASSO opera sulla base del metodo dell'occultazione solare, una versione sofisticata di "trova la differenza". Confronta le firme spettrali della luce solare irradiata attraverso l'atmosfera con la luce solare proveniente direttamente dallo spazio per eseguire la mappatura verticale dei profili di concentrazione dell'ozono.

Osservando albe e tramonti due volte per orbita, il CubeSat tenterà anche un metodo sperimentale per rilevare la temperatura dell'alta atmosfera. Didier spiega:"Mentre immaginiamo il disco solare, misureremo come è stato compresso dall'effetto lente della rifrazione atmosferica, rendendolo più piccolo e meno circolare. Da questa 'variazione dimensionale angolare' è possibile calcolare la densità dell'aria in quota, e da ciò deriva la sua temperatura."

L'erogatore Small Spacecraft Mission Service (SSMS) di Vega offre opportunità di lancio per più satelliti leggeri con una massa complessiva che va da 0,2 kg di CubeSat fino a 400 kg di minisatelliti.

L'SSMS ha un design modulare leggero che comprende una parte inferiore e una superiore ciascuna con attacchi che possono essere utilizzati per ospitare una gamma di configurazioni di satelliti a seconda delle esigenze.