En universitetsbyggd liten satellit känd som Cosmic X-Ray Background NanoSat-2 (CXBN-2) förbereds för ett ambitiöst kommande vetenskapsuppdrag. Rymdfarkosten – planerad att skjutas upp i rymden den 19 mars – förväntas leverera avgörande data som kan främja vår kunskap om den kosmiska röntgenbakgrunden (CXB).

Leds av Morehead State University (MSU), CXBN-2-projektet tar upp grundläggande vetenskapliga frågor angående strukturen, universums ursprung och utveckling. För att svara på dessa frågor, satelliten kommer att utföra högprecisionsmätningar av CXB.

"Målet med CXBN-2-uppdraget är att öka precisionen för mätningar av CXB i intervallet 30 till 50 keV till en precision på nästan fem procent, därigenom begränsar modeller som försöker förklara det relativa bidraget från föreslagna källor och ge insikt i det tidiga universums underliggande fysik, "Benjamin Malphrus, CXBN-2 huvudutredare vid MSU berättade för Astrowatch.net.

CXBN-2 är en liten CubeSat med två enheter som kommer att förlita sig på sina två Cadmium Zinc Telluride (CZT) detektorer för att uppnå sina vetenskapliga mål. Tillsammans med satellitens förbättrade arraykonfiguration, dessa instrument kommer att kunna utföra högprecisionsmätningar av CXB.

"Med den nya CZT-detektorn ombord på CXBN-2 och en förbättrad arraykonfiguration, en ny, mätning med hög precision är möjlig, " konstaterade Malphrus.

CZT-detektorerna utvecklades av Redlen Technologies, en ledande tillverkare av högupplösta halvledarstrålningsdetektorer. Företaget har producerat extremt enhetlig kristallstruktur CZT-material genom tillverkningsprocessen känd som Traveling Heater Method (THM). Detta möjliggör enhetlighet i halvledarmaterialet så att laddningen är jämnt fördelad, möjliggör större energiupplösning och detektering genom att blöda bort föroreningar.

CZT-detektorerna bildar REDLEN M1770 CZT Array, en bildmodul ombord på CXBN-2 CubeSat. Denna modul är en 256-pixel strålningsdetektor som är konfigurerad i en 16x16-matris med en 2,46 mm pixelpitch. Den består av en 2x2-array av 64-pixlar CZT-detektorer med tjocklekar på fem mm och bundna till en gemensam katodplatta.

"Även om det ursprungligen var avsett för detektering av röntgen- och gammastrålningsfotoner under drift i rumstemperatur och för tillämpningar inom medicinsk fysik och säkerhetsavbildning, vi fann att CZT-detektorerna hade den önskade energiupplösningen och fotoneffektiviteten över energiområdet av intresse för uppdraget." Thomas Pannuti, CXBN-2 Science Principal Investigator vid MSU berättade för Astrowatch.net.

Med en massa på cirka 5,7 lbs. (2,6 kg), CXBN-2 CubeSat har måtten 3,93 x 3,93 x 7,87 tum (10 x 10 x 20 centimeter) och är utrustad med fyra utplacerbara solpaneler som kan generera upp till 15 W effekt. Satelliten innehåller ett kraftdistribution och hanteringssystem som kallas PMD, ett kommando- och datahanteringssystem (C&DH) baserat på en Cortex Arm-processor, och ett innovativt system för attitydbestämning och kontroll (ADACS) utvecklat vid MSU.

I jämförelse med det första CXBN-uppdraget som skickades ut i rymden i september 2012, CXBN-2 CubeSat har två 256 pixel arrayer istället för en. Dessutom, den har en innovativ 3D-tryckt volframkollimator, en serie förbättringar av rymdfarkostbussen, och en innovativ konops som kännetecknas av ett fritt flygande minimalt snurrande rymdskepp.

I den här konfigurationen, CXBN-2-satelliten har potential att främja vår förståelse om den diffusa röntgenbakgrunden i synnerhet och den tidsmässiga utvecklingen av supermassiva svarta hål i galaxernas centrum i allmänhet. Malphrus och hans kollegor är övertygade om att deras CubeSat kommer att ge mätningar av CXB med hög precision, alltså begränsande modeller som adresserar det relativa bidraget från den föreslagna dominerande emitterande källpopulationen (nämligen kraftigt absorberade aktiva galaktiska kärnor).

"En sådan högprecisionsmätning av CXB kommer att ge insikt i den underliggande fysiken i det tidiga universum och ge ett fönster på de mest energiska objekten i det avlägsna universum, " förklarade Malphrus.

CXBN-2 befinner sig för närvarande i den sista fasen av förberedelserna för dess lyft den 19 mars från Space Launch Complex 41 vid Cape Canaveral Air Force Station i Florida. De sista förlanseringsaktiviteterna inkluderar färdigställande av markstödsmjukvaran och fortsatt karaktärisering av ingenjörsmodellens CZT-arrayer. Satellitens flyg- och ingenjörsmodeller färdigställdes hösten 2016 och klarade flygkvalifikationstest. Flygenheten levererades till lanseringsintegratören, Nanorack, i december 2016 och skickades därefter till Kennedy Space Center i Florida.

CXBN-2 CubeSat kommer att skjutas upp på toppen av en Atlas V-raket, piggybacking på det sjunde rymdfarkostuppdraget Cygnus till den internationella rymdstationen (ISS). Förutom Cygnus och CXBN-2, en flotta av andra satelliter, främst teknikdemonstratorer, kommer också att skickas i omloppsbana på detta uppdrag.

Även om MSU redan har skickat fem småsatser ut i rymden, CXBN-2 CubeSat verkar vara universitetets viktigaste vetenskapsuppdrag hittills.

"Vi går in i en ny era av betydande vetenskap som stöds av CubeSats och Morehead State är i framkant av detta företag. Möjligheten att delta i astrofysikforskning som underlättas av CubeSat-plattformen samt att utbilda våra studenter i rymdsystemteknik och observation astrofysik genom live-rymduppdrag som CXBN-2 är ovärderlig för vårt forskningsprogram, våra akademiska program och till våra studenter, " avslutade Pannuti.