NASA:s dubbla E-TBEx CubeSats – förkortning för Enhanced Tandem Beacon Experiment – ​​är planerad att lanseras i juni 2019 ombord på försvarsdepartementets Space Test Program-2 uppskjutning. Uppskjutningen omfattar totalt 24 satelliter från myndigheter och forskningsinstitutioner. De kommer att starta ombord på en SpaceX Falcon Heavy från historiska Launch Complex 39A vid NASA:s Kennedy Space Center i Florida.

E-TBEx CubeSats fokuserar på hur radiosignaler som passerar genom jordens övre atmosfär kan förvrängas av strukturerade bubblor i denna region, kallas jonosfären. Speciellt problematiskt över ekvatorn, dessa förvrängningar kan störa militär och flygbolags kommunikation samt GPS-signaler. Ju mer vi kan lära oss om hur dessa bubblor utvecklas, ju mer vi kan mildra dessa problem – men just nu, forskare kan inte förutsäga när dessa bubblor kommer att bildas eller hur de kommer att förändras över tiden.

"Dessa bubblor är svåra att studera från marken, sa Rick Doe, programansvarig för nyttolast för E-TBEx-uppdraget på SRI International i Menlo Park, Kalifornien. "Om du ser att bubblorna börjar bildas, de flyttar sedan. Vi studerar utvecklingen av dessa egenskaper innan de börjar förvränga radiovågorna som går genom jonosfären för att bättre förstå den underliggande fysiken."

Jonosfären är den del av jordens övre atmosfär där partiklar joniseras - vilket betyder att de separeras i ett hav av positiva och negativa partiklar, kallas plasma. Jonosfärens plasma blandas med neutrala gaser, som luften vi andas, så jordens övre atmosfär – och bubblorna som bildas där – reagerar på en komplicerad blandning av faktorer.

Eftersom dess partiklar har elektrisk laddning, plasman i denna region reagerar på elektriska och magnetiska fält. Detta gör att jonosfären reagerar på rymdväder:förhållanden i rymden, inklusive förändrade elektriska och magnetiska fält, ofta påverkad av solens aktivitet. Forskare tror också att tryckvågor som lanseras av stora stormsystem kan fortplanta sig upp i den övre atmosfären, skapar vindar som formar hur bubblorna rör sig och förändras. Det betyder att jonosfären – och bubblorna – formas av både markväder och rymdväder.

E-TBEx CubeSats skickar radiosignaler med tre frekvenser – nära de som används av kommunikations- och GPS-satelliter – till mottagningsstationer på marken, vid vilken tidpunkt forskare kan upptäcka små förändringar i signalernas fas eller amplitud. Dessa störningar kan sedan kartläggas tillbaka till den region av jonosfären som de passerade, ge forskare information om hur dessa bubblor bildas och utvecklas.

"Alla signaler skapas samtidigt - med samma fas - så du kan se hur de blir förvrängda när de passerar genom bubblorna, sade Doe. genom att titta på förvrängningarna, du kan backa ut information om mängden grovhet och tätheten i bubblorna."

Data som produceras av tvillingarna CubeSats kompletteras av liknande beacons ombord på NOAAs sex COSMIC-2-satelliter. Som E-TBEx CubeSats, COSMIC-2 beacons skickar signaler med tre frekvenser – något annorlunda än de som används av E-TBEx – till mottagningsstationer på marken. Kombinationen av mätningar från alla åtta satelliterna kommer att ge forskare chanser att studera några av dessa bubblor från flera vinklar samtidigt.

E-TBEx's beacon byggdes av ett team på SRI International, som också designade och tillverkade beacons på COMSIC-2. E-TBEx CubeSats utvecklades med Michigan Exploration Lab vid University of Michigan i Ann Arbor. Designen, tillverkning, integration och testning utfördes mestadels av grupper av studenter på grund- och forskarnivå.

"Att bygga och testa E-TBEx var ganska komplicerat på grund av antalet utplacerbara delar, sa James Cutler, en flygteknikprofessor vid University of Michigan som ledde studentteamen som arbetade med E-TBEx. "Lasten är i grunden en flygande radiostation, så vi har fem antenner att distribuera – fyra med två segment vardera – och, också, fyra solpaneler."

Vad forskare lär sig av E-TBEx kan hjälpa till att utveckla strategier för att undvika signalförvrängning – till exempel, tillåta flygbolag att välja en frekvens som är mindre känslig för störningar, eller låta militären fördröja en nyckeloperation tills en potentiellt störande jonosfärisk bubbla har passerat.

STP-2 hanteras av U.S. Air Force Space and Missile Systems Center. Uppdraget från försvarsdepartementet kommer att demonstrera förmågan hos Falcon Heavy-raketen samtidigt som den levererar satelliter till flera omloppsbanor runt jorden under cirka sex timmar. Dessa satelliter inkluderar ytterligare tre NASA-projekt för att förbättra framtida rymdfarkosters design och prestanda.