Guidata dai professori di ricerca associati Dr. Wenschel Lan, ricercatore principale, e Dr. Giovanni Minelli, co-investigatore principale, dello Space Systems Academic Group (SSAG) di NPS, la missione Mola CubeSat lanciata nello spazio a bordo di NROL-123 include due carichi utili esperimenti costruiti da NPS, una fotocamera per immagini terahertz (TIC) e un carico utile in orbita a LED (LOOP), e un trasmettitore radio costruito dall'unità di scienza e tecnologia della difesa della Nuova Zelanda.

Il professore associato del Dipartimento di fisica dell'NPS Fabio Alves, insieme al professore associato Drago Grbovic e al professore emerito Gamani Karunasiri, hanno guidato gli sforzi per far avanzare la TIC e la tecnologia alla base. Dal 2018, una collaborazione del campus NPS tra il Sensor Research Lab e lo Small Satellite Lab ha consentito a docenti e studenti di sviluppare una serie di carichi utili di volo per dimostrare questa tecnologia all'avanguardia.

Il LOOP, costruito dal Ph.D. il candidato maggiore Dillon Pierce del Corpo dei Marines degli Stati Uniti, è il primo passo verso una capacità di tracciamento e comunicazione ottica.

Lo sforzo a lungo termine mira a far avanzare la ricerca NPS nelle comunicazioni ottiche nello spazio libero per CubeSat e piccoli satelliti, utilizzando laser ottici altamente direzionali per aumentare la velocità e la sicurezza delle comunicazioni in orbita terrestre bassa (LEO) evitando al contempo le frequenze radio congestionate.

L'esperimento iniziale con LOOP consiste nell'osservare visivamente i LED ultraluminosi sul satellite. Si prevede di seguire eventualmente LOOP con un telescopio terminale ottico da 70 centimetri situato sul tetto della Spanagel Hall dell'NPS.

"La missione dell'NPS è quella di educare i nostri studiosi-guerrieri e Mola continuerà sicuramente a raggiungere questo obiettivo", ha affermato Lan.

"Negli ultimi anni, abbiamo integrato questa ricerca nei corsi sui sistemi spaziali in modo che gli studenti possano lavorare con l'hardware reale del volo spaziale come parte del loro curriculum regolare oltre alla ricerca di tesi. Abbiamo anche avuto una grande esperienza lavorando con i nostri Five Eyes partner e ci ha dato la possibilità di collaborare anche con i nostri colleghi del campus."

I carichi utili di Mola sono supportati direttamente dalla rete Mobile CubeSat Command and Control (MC3) di NPS, un'iniziativa sponsorizzata dal Dipartimento della Difesa iniziata nel 2011 presso NPS.

Nel corso degli anni la SSAG ha sviluppato partnership con altre nove strutture di tracciamento, portando a una rete di stazioni di terra per piccoli satelliti, o SmallSats, basata sulla comunità e sponsorizzata dal governo degli Stati Uniti. Tra questi figurano altre tre università del servizio DOD, istituzioni civili, partner industriali e agenzie governative in tutto il paese, che lavorano all'interno di una rete operativa distribuita che condivide le responsabilità di tracciamento tramite stazioni di terra parallele.

Il progetto MC3 contribuisce a un importante rapporto di collaborazione dei Five Eyes (FVEY), un'alleanza di intelligence tra Australia, Canada, Nuova Zelanda, Regno Unito e Stati Uniti. Questi paesi sono parti di un trattato per la cooperazione congiunta nell'intelligence dei segnali e la rete MC3 prevede di collaborare eventualmente con la rete internazionale di comando e controllo FVEY SmallSat (ISC2N).

Per caso, Minelli e Alex Savattone, associato della Facoltà di ricerca della SSAG, erano ad Auckland, in Nuova Zelanda, per il lancio dell'NROL-123.

"Siamo ad Auckland per un incontro faccia a faccia a sostegno del programma FVEY. Il lancio di Mola è stato fortuito per noi poiché uno degli obiettivi principali di Mola è dimostrare le comunicazioni con le stazioni di terra FVEY", ha affermato Minelli.

Le prime ore dopo il lancio di Mola furono intense ed emozionanti, poiché il team cercò di stabilire le comunicazioni con il satellite. E ha funzionato molto bene.

"Il team, guidato dal dottor Wenschel Lan e dal dottor Gio Minelli, ha acquisito i dati dal CubeSat al primo passaggio dopo l'implementazione", ha affermato il dottor Jim Newman, presidente della SSAG.

Può sembrare semplice, ma non lo è, poiché è necessario completare molti passaggi procedurali una volta che il razzo Electron ha dispiegato i suoi carichi utili in orbita terrestre bassa (LEO).

"Quando la navicella verrà espulsa, si accenderà", ha spiegato Minelli prima del lancio. "Accenderà il suo ricevitore GPS per determinare la sua posizione. Il suo star tracker scatterà foto delle stelle, determinando l'orientamento del satellite sulla base di una mappa stellare precaricata. Se il livello della batteria è sufficiente, il satellite accenderà le sue ruote di reazione e tenta di stabilizzarsi, con i suoi pannelli solari rivolti verso il sole."

Le emozioni durante il lancio e lo schieramento di Mola erano piuttosto tese, poiché anni di duro lavoro sia degli studenti che dei ricercatori si erano accumulati fino a quel momento, quando il satellite passò sopra NPS, pronto a provare a comunicare circa 90 minuti dopo il lancio.

"È stata una lunga strada:originariamente abbiamo scritto il libro bianco che descriveva questo concetto nel 2019. Alla fine abbiamo ottenuto i finanziamenti, abbiamo attraversato la pandemia e l'abbiamo costruita", ha affermato Minelli. "Siamo un team molto piccolo e siamo in molti a impegnarsi in una missione come questa. Ogni membro del team e ogni studente hanno contribuito in modo significativo, altrimenti non funzionerebbe."

L'apprendimento pratico ed esperienziale degli studenti è stata una priorità fondamentale di SSAG sin dalla sua fondazione nel 1982. Quest'ultimo lancio si basa sulla prima incursione di NPS nel lancio di satelliti nello spazio. Negli anni '90, il presidente di lunga data della SSAG, il dottor Rudy Panholzer, ha guidato la progettazione, lo sviluppo, la costruzione e il lancio del PANSAT, o Petite Amateur Navy Satellite. Il programma ha sostenuto più di 50 master e ne ha formati molti altri.

PANSAT è stato schierato dallo Space Shuttle Discovery sulla STS-95 nel 1998, lo stesso volo che includeva l'ex astronauta del Progetto Mercury e senatore degli Stati Uniti John Glenn, e ha funzionato oltre ogni aspettativa. Con una durata della batteria e un funzionamento stimato dei sistemi di bordo per circa 36 mesi, PANSAT è rimasto in comunicazione con le stazioni di terra NPS per quasi otto anni!

Il team SSAG ha lanciato carichi utili sullo Space Shuttle, diversi CubeSat, piccoli satelliti e tecnologie innovative di distribuzione CubeSat. E Mola e i progetti futuri sono ora pronti a continuare a costruire su questa importante storia di volo.

Secondo Lan, questa storia ha sostenuto in passato e supporterà in futuro l'apprendimento rilevante in campo navale, sviluppando risorse spaziali a prezzi accessibili che non solo rappresentano opportunità di apprendimento per gli studenti, ma dimostreranno anche tecnologie scalabili per operazioni navali e di difesa nello spazio.

"Uno dei nostri obiettivi per la SSAG è quello di avere satelliti che gli studenti possano utilizzare per apprendere le operazioni dei veicoli spaziali", ha affermato Lan. "Abbiamo già avuto così tanti studenti che contribuiscono a Mola e i prossimi gruppi continueranno a raccoglierne i benefici."

Le capacità navali nel settore marittimo dipendono sempre più da conoscenze e competenze efficaci, come quelle insegnate all'NPS, per implementare e gestire sistemi nel settore spaziale.

"NPS fornisce il tipo di esperienza di apprendimento pratico con applicazione diretta della missione di cui il nostro Segretario della Marina, Carlos Del Toro, ha tratto beneficio quando era studente di NPS Space Systems, e intendiamo continuare a offrire ai nostri studenti tali opportunità in il futuro", ha detto Newman.

Fornito dalla Scuola di specializzazione navale