RainCube 6U CubeSat med fullt utplacerad antenn. Upphovsman:NASA/JPL-Caltech
Denna helgen, när nästa leveransuppdrag till den internationella rymdstationen lyfter från NASA Wallops Flight Facility i Virginia, det kommer att bära bland sina förnödenheter och experimentera med tre satellitlådor i storleksordning som kommer att användas för att testa och demonstrera nästa generation av jordobservationsteknik.
NASA har ökat sin användning av CubeSats-små satelliter baserade på flera konfigurationer på cirka 4 x 4 x 4-tums kuber-för att sätta ny teknik i en bana där de kan testas i rymdens hårda miljö innan de används som en del av större satellituppdrag eller rymdskepps konstellationer.
De tre CubeSat-uppdragen som lanseras på Orbital ATK:s nionde kommersiella återförsörjningsuppdrag representerar ett brett spektrum av spetsteknologier inrymda i mycket små paket.
RainCube-en radar i en CubeSat-är just det:ett miniatyriserat nederbördsstudierande radarinstrument som väger drygt 26 kilo. RainCube är mindre, har färre komponenter, och använder mindre effekt än traditionella radarinstrument. NASA:s Earth Science Technology Office (ESTO) In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST) -program valde projektet för att visa att en sådan diminutiv radar kan drivas framgångsrikt på en CubeSat-plattform.
Detta uppdrag markerar första gången ett aktivt radarinstrument har flugits på en CubeSat.
Om det lyckas, RainCube kan öppna dörren till lägre kostnad, snabbkonverteringsuppdrag, där flera CubeSats arbetar tillsammans för att ge mer frekventa observationer än en enda satellit.
"En konstellation av RainCube -radarer skulle kunna observera den inre strukturen i vädersystem när de utvecklas enligt processer som måste karakteriseras bättre i väder- och klimatprognosmodeller, "säger RainCube huvudutredare Eva Peral från NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien.
RainCube kommer att använda våglängder i det högfrekventa Ka-bandet i det elektromagnetiska spektrumet. Ka -våglängder fungerar med mindre antenner (RainCubes utplacerade antenn mäter på bara en halv gård, eller mätare, och tillåter en exponentiell ökning av dataöverföring över långa avstånd - vilket gör RainCube till en demonstration även i förbättrad kommunikation. JPL utvecklade RainCube -instrumentet, medan Tyvak Inc. utvecklade rymdfarkosten.
Den fullständiga TEMPEST-D-rymdfarkosten som visas med solpanelerna utplacerade. Upphovsman:Blue Canyon Technologies
CubeSats kan också användas för att testa nya delsystem och tekniker för att förbättra datainsamling från rymden. Radiofrekvensinterferens (RFI) är ett växande problem för rymdbaserade mikrovågsradiometrar, instrument som är viktiga för att studera markfuktighet, meteorologi, klimat och andra jordens egenskaper. Eftersom antalet RFI-orsakande enheter-inklusive mobiltelefoner, radio, och tv -apparater - ökar, det kommer att bli ännu svårare för NASA:s satellitmikrovågsradiometrar att samla in data av hög kvalitet.
För att lösa detta problem, NASAs InVEST -program finansierade ett team som leddes av Joel Johnson från Ohio State University för att utveckla CubeRRT, CubeSat Radiometer Radio Frequency Interference Technology Validation mission. "Vår teknik, "sa Johnson, "kommer att göra det så att våra jordobservativa radiometrar fortfarande kan fortsätta att fungera i närvaro av denna störning."
RFI påverkar redan data som samlas in av satelliter som observerar jorden. För att mildra detta problem, mätningar överförs till marken där de sedan bearbetas för att ta bort eventuell RFI-skadad data. Det är en komplicerad process och kräver att mer data överförs till jorden. Med framtida satelliter som stöter på ännu mer RFI, mer data kan skadas och uppdrag kanske inte kan uppfylla sina vetenskapliga mål.
Johnson samarbetade med tekniker vid JPL och Goddard Space Flight Center, Grönt bälte, Maryland, att utveckla CubeRRT-satelliten för att demonstrera förmågan att upptäcka RFI och filtrera bort RFI-skadad data i realtid ombord på rymdfarkosten. Rymdfarkosten utvecklades av Blue Canyon Technologies, Flyttblock, Colorado.
En av de radiometersamlade vädermätningarna som är viktiga för forskare innefattar molnprocesser, specifikt stormutveckling och identifiering av den tid då regn börjar falla. För närvarande, vädersatelliter passerar stormar bara var tredje timme, inte tillräckligt ofta för att identifiera många av förändringarna i dynamiska stormsystem. Men utvecklingen av en ny, extremt kompakt radiometersystem kan ändra det.
NASA:s Earth System Science Pathfinder -program valde Steven Reising från Colorado State University och partners på JPL för att utveckla, bygga, och demonstrera en femfrekvensradiometer baserad på nyligen tillgänglig lågbrusförstärkarteknik utvecklad med stöd från ESTO. TEMPEST-D (Temporal Experiment for Storm and Tropical Systems Demonstration) kommer att validera den miniatyriserade radiometertekniken och visa rymdfarkostens förmåga att utföra dragmanövrer för att styra TEMPEST-D:s låga jordhöjd och dess position i omloppsbana. Instrumentet passar in i en Blue Canyon Technologies 6U CubeSat - samma storlek CubeSat som RainCube och CubeRRT.
"Med en tågliknande konstellation av TEMPEST-liknande CubeSats, vi skulle kunna ta tidsprov var fem till var tionde minut för att se hur en storm utvecklas, "sade Reising. Detta skulle förbättra den tre timmar långa satellitbesökstiden, särskilt när man samlar in data om tropiska stormar som orkaner som snabbt kan intensifieras och förändras.
RainCube, CubeRRT och TEMPEST-D är för närvarande integrerade ombord på Orbital ATK:s Cygnus-rymdfarkoster och väntar på lansering på en Antares-raket. Efter att CubeSats har anlänt till stationen, de kommer att distribueras till en låg jordbana och kommer att börja sina uppdrag för att testa dessa nya tekniker som är användbara för att förutsäga väder, säkerställa datakvalitet, and helping researchers better understand storms.