Från och med denna månad, NASA lanserar en svit med sex nästa generation, Jordobserverande små satellituppdrag för att demonstrera innovativa nya metoder för att studera vår föränderliga planet.

Dessa små satelliter varierar i storlek från en limpa bröd till en liten tvättmaskin och väger från några till 400 pund (180 kg). Deras ringa storlek håller utvecklings- och uppskjutningskostnaderna nere eftersom de ofta åker till rymden som en "sekundär nyttolast" på ett annat uppdrags raket – vilket ger en ekonomisk väg för att testa ny teknik och bedriva vetenskap.

"NASA använder alltmer små satelliter för att ta itu med viktiga vetenskapliga problem i vår uppdragsportfölj, sa Thomas Zurbuchen, biträdande administratör för NASA:s Science Mission Directorate i Washington. "De ger oss också möjlighet att testa nya tekniska innovationer i rymden och bredda engagemanget hos studenter och forskare för att få praktisk erfarenhet av rymdsystem."

Småsatellitteknik har lett till innovationer i hur forskare närmar sig jordobservationer från rymden. Dessa nya uppdrag, varav fem är planerade att lanseras under de närmaste månaderna, kommer att debutera nya metoder för att mäta orkaner, Jordens energibudget, aerosoler och väder.

"NASA expanderar små satellitteknologier och använder låg kostnad, små satelliter, miniatyriserade instrument, och robusta konstellationer för att främja geovetenskapen och ge samhällsnytta genom tillämpningar, sa Michael Freilich, direktör för NASA:s geovetenskapsavdelning i Washington.

Fyra CubeSats i tre lanseringar

Planerad lansering denna månad, RAVAN, radiometerbedömningen med vertikalt inriktade nanorör, är en CubeSat som kommer att demonstrera ny teknik för att upptäcka små förändringar i jordens energibudget på toppen av atmosfären - viktiga mätningar för att förstå växthusgaseffekter på klimatet. RAVAN leds av Bill Swartz vid Johns Hopkins Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland.

Under våren 2017 två CubeSats är planerade att lanseras till den internationella rymdstationen för en detaljerad titt på moln. Data från satelliterna kommer att bidra till att förbättra forskarnas förmåga att studera och förstå moln och deras roll i klimat och väder.

IceCube, utvecklad av Dong Wu vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, kommer att använda en ny, miniatyr, högfrekvent mikrovågsradiometer för att mäta molnis. HARPA, Hyper-Angular Rainbow Polarimeter, utvecklad av Vanderlei Martins vid University of Maryland Baltimore County i Baltimore, kommer att mäta luftburna partiklar och fördelningen av molndroppsstorlekar med en ny metod som tittar på ett mål ur flera perspektiv.

I början av 2017, MiRaTA – Microwave Radiometer Technology Acceleration-uppdraget – är planerad att skjutas upp i rymden med National Oceanic and Atmospheric Administrations Joint Polar Satellite System-1. MiRaTA packar många av funktionerna hos en stor vädersatellit i en rymdfarkost lika stor som en skokartong, enligt chefsutredare Kerri Cahoy från Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. MiRaTAs miniatyrsensorer kommer att samla in data om temperatur, vattenånga och molnis som kan användas i väderprognoser och stormspårning.

RAVANEN, HARPA, IceCube och MiRaTA CubeSat-uppdrag finansieras och hanteras av NASA:s Earth Science Technology Office (ESTO) i Earth Science Division. ESTO stödjer teknologer vid NASA-centra, industri och akademi för att utveckla och förfina nya metoder för att observera jorden från rymden, från informationssystem till nya komponenter och instrument.

"De här CubeSat-projektens prisvärda och snabba byggtider gör att man kan ta större risker, och ju mer risk vi tar nu, desto mer kapabla och pålitliga kommer instrumenten att vara i framtiden, sa Pamela Millar, Ledning för ESTO-flygvalidering. "Dessa små satelliter förändrar vårt sätt att tänka på att göra instrument och mätningar. Kuben har inspirerat oss att tänka mer utanför ramarna."

Två små satellitkonstellationer

NASA:s tidiga investering i dessa nya jordobserverande teknologier har mognat för att producera två robusta vetenskapsuppdrag, varav den första kommer att lanseras i december.

CYGNSS — cyklonen, Global Navigation Satellite System – kommer att vara NASA:s första jordvetenskapliga lilla satellitkonstellation. Åtta identiska satelliter kommer att flyga i formation för att mäta vindintensiteten över havet, ger nya insikter om tropiska cykloner. Dess nya tillvägagångssätt använder reflektioner från GPS-signaler från havsytan för att övervaka ytvindar och interaktioner mellan luft och hav i snabbt utvecklande cykloner, orkaner och tyfoner i hela tropikerna. CYGNSS, ledd av Chris Ruf vid University of Michigan, Ann Arbor, är avsedd att lanseras den 12 december från Cape Canaveral Air Force Station i Florida. Derek Posselt från NASA:s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien, är biträdande huvudutredare.

Tidigare i år tillkännagav NASA starten av ett nytt uppdrag för att studera insidan av orkaner med en konstellation av 12 CubeSats. TROPICS—the Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats—kommer att använda radiometerinstrument baserade på MiRaTA CubeSat som kommer att göra frekventa mätningar av temperatur och vattenångprofiler under hela livscykeln för enskilda stormar. William Blackwell vid Massachusetts Institute of Technology Lincoln Laboratory i Lexington leder uppdraget.

CYGNSS och TROPICS gynnades båda av tidiga ESTO-teknologiinvesteringar. Dessa Earth Venture-uppdrag är små, riktade vetenskapliga undersökningar som kompletterar NASA:s större jordforskningsuppdrag. Den snabbt utvecklade, kostnadsbegränsade Earth Venture-projekt är konkurrenskraftigt utvalda och finansierade av NASA:s Earth System Science Pathfinder-program inom Earth Science Division.

Små rymdskepp och satelliter hjälper NASA att utveckla vetenskapliga och mänskliga utforskningar, minska kostnaderna för nya rymduppdrag, och utöka tillgången till rymden. Genom teknisk innovation, små satelliter möjliggör helt nya arkitekturer för ett brett utbud av aktiviteter i rymden med potential för exponentiella hopp inom transformativ vetenskap.