Ingenjören Joel Steinkraus använder solljus för att testa solarrayerna på en av Mars Cube One (MarCO) rymdfarkoster vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory. MarCO:erna kommer att vara de första CubeSats - ett slags modulär, mini-satellit -- flögs ut i rymden. De är designade för att flyga bakom NASA:s InSight-landare på sin kryssning till Mars. Om de gör resan till Mars, de kommer att testa ett relä av data om InSights inträde, nedstigning och landning tillbaka till jorden. Även om InSights uppdrag inte kommer att bero på framgången för MarCOs, de kommer att vara ett test på hur CubeSats kan användas i rymden. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Tjugo år sedan, CubeSats – en klass av boxiga satelliter som är tillräckligt små för att passa i en ryggsäck – användes av universitet som ett läromedel. enklare, mindre och billigare än traditionella satelliter, de har gjort utrymmet mer tillgängligt för privata företag och vetenskapsbyråer.
Den här sommaren, NASA har flugit de två första nästa generations CubeSats till rymden. De är just nu på väg till Mars, släpar tusentals mil bakom rymdfarkosten InSight. InSight och dess CubeSat-tagg-alongs är redan mer än halvvägs till den röda planeten.
Miniuppdraget, kallas Mars Cube One (MarCO), har redan bevisat att denna klass av rymdfarkoster kan överleva djuprymdmiljön. Det kommer härnäst att testa användningen av miniatyriserad kommunikationsteknik för att vidarebefordra data när InSight försöker landa i november. Att vidarebefordra landningsdata är ett av jobben för NASA:s orbiters, som kommer att registrera InSights nedstigning; ingenjörer lär sig mer av varje landningsförsök. MarCO kommer att testa om denna teknik kan utföra reläjobbet för framtida uppdrag.
För att slutföra sitt uppdrag, MarCOs har miniatyrantenner och radioapparater med hög förstärkning som kan kommunicera med jorden på ungefär 93 miljoner miles away. Deras framdrivningssystem är kapabla att styra mot Mars; varje MarCO genomförde sin andra styrmanöver i augusti. De har till och med färgkameror, varav en tog den första bilden från en CubeSat av jorden och månen – ett bevis på hur långt denna teknik bokstavligen har kommit.
MarCO är fortfarande experimentell. Det är tänkt att visa att rymdfarkoststeknik kan krympas till ett litet paket och ändå göra något användbart i rymden. Och medan CubeSats aldrig kommer att konkurrera med den större och mer komplexa rymdfarkost NASA vanligtvis flyger, rymdfarkosten MarCO är banbrytande för en ny klass av robotutforskning.
"Vår förhoppning är att MarCO kan hjälpa till att demokratisera rymden, sa Jakob Van Zyl, direktör för direktoratet för solsystemutforskning vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. "Tekniken är tillräckligt billig för att man skulle kunna föreställa sig länder som kommer in i rymden som inte var spelare i det förflutna. Till och med universitet skulle kunna göra detta."
Ett arv av Pathfinders
JPL initierade och byggde MarCO, bara ett av flera CubeSat-projekt som labbet har utvecklat. JPL är en naturlig plats att vara värd för CubeSats:The Lab byggde den första amerikanska satelliten, Explorer 1, som upptäckte Van Allens strålningsbälten 1958. Inte olikt en CubeSat, det var en liten, rudimentära rymdfarkoster. Historien om det amerikanska rymdprogrammet följde i dess spår.
JPL byggde senare en Mars mini-rover kallad Sojourner som tog små steg 1997 och visade sig vara en provkörning för NASAs Spirit, Opportunity och Curiosity rovers.
Illustration av en av de dubbla MarCO-rymdfarkosterna med några nyckelkomponenter märkta. Främre omslag är utelämnat för att visa några interna komponenter. Antenner och solpaneler är i utplacerad konfiguration. Kredit:NASA/JPL-Caltech
Innovation börjar ofta med sökvägsteknologi, sa Van Zyl. När ingenjörer har bevisat att något kan göras, vetenskapsuppdrag följer.
"När det kommer till innovation, MarCO är i samma klass som Explorer 1 och Sojourner, ", sa Van Zyl. "Frågan är:Kan vi använda CubeSats för att göra mer vetenskap? Inte all vetenskap, eftersom de är för begränsade för att bära många instrument. Men den här tekniken skapar ett sätt för människor att göra vetenskap till en mycket lägre investering för skattebetalarna."
NASA har redan förbundit sig att svara på frågan. Thomas Zurbuchen, biträdande administratör för myndighetens direktorat för vetenskapsuppdrag, är en förespråkare för CubeSats; förra månaden, han meddelade att NASA kommer att finansiera SmallSat vetenskapsuppdrag till ett värde av 100 miljoner dollar varje år.
Förbereder för framtida CubeSats
MarCO har redan lagt grunden för framtida utforskning med små rymdfarkoster.
"Nästan alla funktioner i MarCO anpassas för användning på framtida rymdfarkoster, sa John Baker, programledaren ansvarig för små rymdfarkoster på JPL. "Och många delar började med en kommersiell partners produkt som modifierades."
Rollen för MarCOs kommersiella partners kan inte överskattas. Dess solpaneler, kameror, flygelektronik, framdrivningssystem och attitydkontrollsystem tillhandahölls alla av kommersiella entreprenörer. En fördel med CubeSats är att de kan använda standardiserade delar och system, gör det möjligt för privata företag att sänka priset på ny teknik. Billigare rymdfarkoster innebär också att ingenjörer kan ta fler designrisker, testa den tekniken i rymden.
Van Zyl sa att MarCOs huvudmål var att bevisa att CubeSats kan överleva den hårda resan till rymden. MarCOs team kan bocka av den rutan från sin lista.
De är redan fokuserade på sitt nästa mål:Mars är bara några månader och 68 miljoner miles (110 miljoner kilometer) bort.
