Le grandi tempeste stanno diventando più grandi. Il tifone Jebi è diventato il ciclone tropicale più forte che ha colpito il Giappone in 25 anni e ha ucciso almeno 10 persone la scorsa estate. L'uragano Florence ha stupito anche i meteorologi veterani con la sua potente combinazione di forti venti e umidità estrema quando è atterrato nella Carolina del Nord il 14 settembre.

Ora, alcuni ricercatori del MIT affermano che il modo migliore per studiare e comprendere queste tempeste mostruose è rendere più piccoli i satelliti che le seguono.

Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Aeronautica e Astronautica del MIT, guidato da Ph.D. la candidata Angela "Angie" Crews e il Professore Associato Kerri Cahoy, in collaborazione con Vince Leslie e William Blackwell al MIT Lincoln Laboratory, hanno pubblicato un nuovo studio che confronta i dati meteorologici raccolti da un CubeSat, un satellite a basso costo delle dimensioni di una scatola da scarpe, con i dati di un satellite meteorologico tradizionale.

"La linea di fondo è che questo minuscolo satellite ha raccolto dati che sono buoni quanto i dati di un satellite governativo da un miliardo di dollari, "dice Crews, l'autore principale dell'articolo, "Calibrazione e convalida di piccoli radiometri a microonde passivi satellitari:MicroMAS-2A e TROPICS". La ricerca è stata presentata ad una conferenza di SPIE, la società internazionale di ottica e fotonica.

I CubeSat hanno una serie di vantaggi rispetto ai cugini più grandi come il satellite NOAA-20, che pesa quasi 2, 300 chilogrammi, mentre il minuscolo MicroMAS-2A pesa meno di 4 kg. NOAA-20 ha impiegato otto anni dal momento in cui il contratto è stato assegnato a quando era operativo nello spazio, mentre CubeSats può essere costruito e distribuito in un anno o due.

"Puoi costruirli più velocemente, il che significa che puoi mettere le nuove tecnologie più velocemente invece di aspettare 10 anni per l'infusione di nuove tecnologie in un programma governativo, " dice Cahoy.

Anche i grandi satelliti necessitano di un proprio veicolo di lancio dedicato, ma CubeSats può essere riposto come carico utile secondario ogni volta che un veicolo di lancio ha un piccolo spazio di carico extra.

I CubeSat hanno alcuni inconvenienti rispetto ai loro parenti più grandi, come una durata più breve e il fatto che trasportano una gamma più limitata di strumenti. Il satellite MicroMAS-2, che misura la temperatura, vapore acqueo, e nubi di ghiaccio nell'atmosfera, è fondamentalmente una piattaforma per un singolo radiometro a microonde a scansione a 10 canali montato in un cubo rotante a un'estremità del satellite.

Eppure la cosa più importante del meteo CubeSats non è necessariamente ciò che possono fare da soli, è ciò che più CubeSat possono realizzare in concerto. Quando l'ossigeno e il vapore acqueo emettono naturalmente segnali nella porzione a microonde dello spettro elettromagnetico e tali segnali vengono misurati a diverse altezze da più satelliti in una costellazione di orbita terrestre bassa, hanno l'impatto combinato degli strumenti su un satellite più grande, e inseriti in modelli meteorologici in cui i dati vengono utilizzati per la modellazione avanzata e la previsione degli uragani, tempeste tropicali e temporali, compresa la ricostruzione 3D.

"Una costellazione di CubeSats ti consente di ottenere dati nello stesso punto più volte nello stesso giorno, cosa che al momento non è possibile con i satelliti meteorologici governativi standard, che magari ti danno dati nello stesso punto una volta alla settimana, " dice Cahoy. "Se stai monitorando una tempesta tropicale o un uragano e vuoi utilizzare i dati per aggiornare i tuoi modelli di previsione, non è buono come vorresti."

È qui che entra in gioco il progetto TROPICS (Time-Resolved Observations of Precipitation Structure and Storm Intensity with a Constellation of Smallsats) del MIT Lincoln Laboratory. TROPICS, guidato da Bill Blackwell, comprende una costellazione di sei CubeSat in tre piani orbitali della Terra bassa che dovrebbero essere completamente dispiegati nel 2020.

"TROPICI, in particolare, è davvero mirato a guardare i cicloni tropicali, dove le condizioni del nucleo interno possono cambiare molto rapidamente, " dice Crews. "Quindi, se abbiamo la costellazione lassù, possiamo imparare molto di più sui cicli di vita tropicali, e possiamo conoscere i fattori che influenzano l'intensità e ottenere molti più dati e caratterizzare davvero meglio questi cicloni tropicali".

Un altro vantaggio che i satelliti più grandi hanno rispetto ai CubeSats è che sono più facili da calibrare. Ma gli equipaggi, Cahoy e il team del MIT hanno trovato un nuovo modo per migliorare la calibrazione nel MicroMAS-2A. Poiché il MicroMAS-2A trasporta un radiometro che gira 30 volte al minuto, hanno scoperto che stava subendo intrusioni solari e lunari (momenti in cui il sole o la luna entravano nel campo di scansione e influenzavano le misurazioni del satellite) a una velocità molto più elevata. Laddove lo strumento NOAA-20 subirebbe forse 44 intrusioni nel corso di un anno, MicroMAS-2A sperimenterebbe 5, 700. Quindi, invece di scartare i dati o correggerli, hanno in programma di utilizzare le intrusioni come fonte di calibrazione perché sono così frequenti.

I ricercatori dicono che stanno solo grattando la superficie di ciò che CubeSats può fare, e che nei prossimi anni avrebbero potuto significare progressi rivoluzionari nel commercio, spedizione, e applicazioni militari.

"CubeSats continuerà a consentirci di testare tecnologie nuove e migliori:nuovi chip, nuova elettronica, nuovi sensori, più veloci perché possiamo entrare in orbita più rapidamente per vedere come funzionano, e fare un lavoro migliore nel progettare questi strumenti, costa a tutti meno soldi e ci fornisce più dati, " dice Cahoy.

Aggiunge Crews:"È un momento emozionante per essere in campo".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.