Quando aiuti a costruire un satellite delle dimensioni di una scatola da scarpe, impari praticamente tutto su di esso, dice Emil Atz, un dottorato di ricerca candidato in Ingegneria Meccanica presso la Boston University. Impari come scrivere una proposta per finanziarlo, come posizionare le viti che lo tengono insieme, come testare ogni strumento per assicurarsi che funzioni correttamente.

E poi impari a dire addio.

"È una sensazione spaventosa, lavorando su un pezzo di hardware a tempo pieno per quattro anni, e poi metterlo nel dispiegatore di razzi per non vederlo mai più, " disse Atz. "Non volevo chiudere la porta."

Questo settembre, un razzo verrà lanciato dalla Vandenberg Space Force Base in California, portando con sé Landsat 9, una missione congiunta della NASA e del Geological Survey degli Stati Uniti. Il razzo trasporterà anche quattro CubeSat:compatti, satelliti a forma di scatola utilizzati per progetti di ricerca spaziale.

Rispetto ai satelliti standard, I CubeSat sono poco costosi da lanciare. Proprio come quando gli amici dividono il biglietto del taxi, minuscoli satelliti possono fare un giro su razzi che trasportano diverse altre missioni, abbattendo il costo per ciascuno.

Uno dei CubeSat lanciati con Landsat 9 è il rilevatore di immagini al plasma Cusp, o CuPID. Non più grande di una pagnotta né più pesante di un cocomero, CuPID ha un grande lavoro. Dall'orbita a circa 340 miglia (550 chilometri) sopra la superficie terrestre, il piccolo CuPID immaginerà il confine in cui il campo magnetico terrestre interagisce con quello solare.

Atz fa parte di un team di collaboratori del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, Università di Boston, Università Drexel, Università John Hopkins, Merrimack College, Società Aerospaziale, e Università dell'Alaska, Fairbanks che ha reso possibile CuPID.

In missione

Prodotto dal campo magnetico terrestre, la magnetosfera è una bolla protettiva che circonda il nostro pianeta. "La maggior parte delle volte, siamo schermati abbastanza bene dall'attività del Sole, mentre l'energia e le particelle del Sole girano intorno alla Terra, " ha detto Brian Walsh, assistente professore di ingegneria meccanica presso la Boston University e ricercatore principale di CuPID.

Ma quando il Sole è abbastanza attivo, il suo campo magnetico può fondersi con quello terrestre in un processo chiamato riconnessione magnetica. La magnetosfera terrestre cambia forma e la radiazione solare arriva gocciolando verso di noi, potenzialmente mettendo in pericolo satelliti e astronauti.

"Con CuPID, vogliamo sapere com'è il confine del campo magnetico terrestre, e capire come e perché l'energia a volte entra, " ha detto Walsh.

Mentre missioni come la missione Magnetospheric Multiscale o MMS della NASA volano attraverso eventi di riconnessione magnetica per vederli su una microscala, CuPID cerca una vista macro. Utilizzando una telecamera a raggi X ad ampio campo visivo, CuPID osserva energia più bassa, o "morbido, "Raggi X emessi quando le particelle solari entrano in collisione con la magnetosfera terrestre.

Costruire quella telecamera non è stato facile. I raggi X non si piegano facilmente come la luce visibile, quindi sono molto più difficili da mettere a fuoco. Più, Imaging del confine magnetico terrestre mentre orbita attorno alla Terra è come sedersi in prima fila in un cinema, così vicino, è difficile vedere il quadro completo. Una fotocamera adatta deve essere costruita appositamente per catturare un ampio campo visivo da relativamente vicino.

Sedici anni fa, un team di scienziati, ingegneri, tecnici e studenti della Goddard and Wallops Flight Facility sull'isola di Wallops, Virginia iniziò a lavorare su un prototipo. Invece di piegare la luce, la loro fotocamera rifletteva o "rimbalzava" i raggi X a fuoco, facendoli passare attraverso una griglia di canali fitti disposti in modo da dargli un'ampia visuale.

Nel 2012, Dott. Michael R. Collier, che ha guidato il contributo di Goddard a CuPID, e i colleghi di Goddard, il dott. David G. Sibeck e il dott. F. Scott Porter, ha testato la fotocamera nello spazio per la prima volta a bordo del razzo sonda DXL.

"Ha avuto un tale successo che abbiamo immediatamente iniziato a lavorare sui modi per miniaturizzare e inserirlo in un CubeSat, " ha detto Collier.

Nel 2015, un predecessore di CuPID ha volato su un secondo volo a razzo sonda. Subito dopo, il progetto è stato selezionato dalla NASA per portare a compimento il satellite completo con l'avionica. Da allora, studenti e scienziati hanno lavorato su CuPID.

Alto rischio, alta ricompensa

Fino a quando la California Polytechnic State University ha sviluppato il primo CubeSat nel 1999, la maggior parte dei satelliti aveva le dimensioni di automobili o autobus e lo sviluppo e il lancio sono costati centinaia di milioni di dollari, disse Walsh. Questi costi elevati hanno scoraggiato l'assunzione di rischi. Se un nuovo, strumento sperimentale fallito, grosse somme di denaro andrebbero perse.

"L'obiettivo originale di CubeSats era di ridurre i costi, permettendo la democratizzazione dello spazio, " ha affermato Collier. Costi inferiori significano più spazio per la sperimentazione e l'innovazione.

"Sono ad alto rischio, ma anche ricompensa più alta, " ha detto Walsh.

La proliferazione di piccoli, le missioni satellitari sperimentali hanno creato più opportunità per gli studenti di essere coinvolti in progetti di ingegneria pratici.

Nel suo primo anno come studentessa di ingegneria meccanica alla Boston University, Jacqueline Bachrach, un "ragazzo spaziale" autodefinitosi, " si iscrisse al corso di Introduzione alla Rocketry di Walsh. Poco dopo, si è unita al suo laboratorio e da allora ha assunto un ruolo importante nella missione CuPID.

"Ho imparato molte abilità importanti, che eventualmente potrei applicare ad altre missioni, " disse Bachrach, ora minorenne. "Tutti nel progetto hanno così tante conoscenze che sono disposti a condividere. È stata un'esperienza incredibilmente preziosa, soprattutto per uno studente universitario."

Il viaggio avanti

Il team si sta già preparando per le intuizioni di CuPID sui misteri della riconnessione magnetica.

Atz dice di essere ansioso di stabilire il primo contatto con il satellite una volta che sarà nello spazio e di iniziare a trasferire i dati. Gli studenti saranno coinvolti in questo, pure. Lui e Walsh hanno iniziato a formare diversi studenti universitari, compreso Bachrach, per monitorare la salute del satellite e interpretare i suoi dati dall'orbita.

"Con una grande missione, non hai molte opportunità per gli studenti di avere una mano pesante nel contribuire, " ha detto Atz. "Con CuPID, gli studenti sono stati coinvolti in quasi ogni fase del percorso."

Per i numerosi studenti e scienziati coinvolti negli oltre 15 anni di sviluppo di CuPID, la parte più emozionante deve ancora venire.