Rymdforskning är en dyr verksamhet. När ett rymdbaserat instrument har föreslagits, forskare vill få så mycket värde som möjligt av det. Den föreslagna satelliten växer snabbt i instrument och kapacitet. Dyr, strålningshärdade komponenter måste användas. Kostnaden placerar satellitinstrumentplattformar utom räckhåll för de flesta forskningsbudgetar.

Gå in i CubeSat, rymdindustrins platta möbler. Billiga och tillgängliga CubeSats har demokratiserat rymdvetenskapen. De kan vara så små som en 10 cm kub och kan väga mindre än ett kilo. Att vara liten och lätt, de kan inte innehålla mycket instrument, så kostnaderna förblir låga. Och, eftersom de är placerade i låg omloppsbana om jorden, de har relativt kort livslängd, så strålningshärdad elektronik behövs inte.

Ett billigt och muntert röntgenobservatorium

LaRocca och kollegor, rapportering i SPIE:s Journal of Astronomical Telescopes, Instrument, och system , har detaljerat utvecklingen av en CubeSat som heter HaloSat, designad för att mäta syres röntgenstrålning från diffusa källor, som glorian runt Vintergatan. Satelliten avbildar inte, men den räknar röntgenstrålar från en specifik riktning och från ett valt energiband, med viss rumslig upplösning.

För att uppnå det, forskarna använde kiseldriftdetektorer, vars utsignal förstärks och skickas till ett signalbehandlingskort. Elektroniken ombord kan snabbt lagra röntgenenergi och räknar från de tre detektorerna. Själva detektorerna har ingen optik, vilket är ett problem eftersom forskarna måste vara säkra på att röntgenstrålningen kommer från den riktade källan. För att lösa det här problemet, Detektorerna var placerade ganska djupt inne i satelliten med ett kollimerande rör som ledde till omvärlden. Grova kartor över röntgenstrålning byggs sedan upp genom att skanna satellitens orientering över målet.

Hela det vetenskapliga instrumentet väger mindre än 3 kg och förbrukar cirka 4 W. Styrsystemet tar upp paketet till 12 kg, medan hela satelliten är ungefär lika stor som en tjock bok.

HaloSat lanserades 2018, och dess uppdrag har förlängts till mitten av 2020. Än så länge, den har kartlagt röntgenutsläpp från Vintergatan och Krabbnebulosan. Den enkla kartläggningsspektrometern har levererat anmärkningsvärt rena data, vilket kommer att möjliggöra några års analyser och insikter.

Leva snabbt, dö ung

HaloSat kommer att gå av bana före slutet av 2020 på grund av drag, så uppdraget kan inte förlängas mycket längre. Sådana tidsmässiga begränsningar är en del av livet för en CubeSat-de är rymdfarkostens mångfluga. Frågan är inte om satelliten kommer att leva längre, men om användbara vetenskapliga resultat kan erhållas från ett så kort uppdrag. Forskarna har bevisat jakande:låg kostnad, kortlivade satellituppdrag kan ge användbara resultat.

En annan aspekt av CubeSat är utvecklingens tidslinje. Pengarna för HaloSat kom 2016. Instrumentet blev färdigt, integrerad med resten av satelliten och uppskjuten i mitten av 2018. Detta är otroligt snabbt. För att sätta utvecklingstiden i perspektiv, det konceptuella arbetet för GRACE-FO-uppdraget (gravitationsåtervinning och klimatexperiment), som är en förbättrad kopia av det ursprungliga GRACE-uppdraget, började 2012, och slutligen lanserades 2018.

Denna forskning visar också CubeSats begränsningar. HaloSat, som alla CubeSats, kan göra en sak och bara under en relativt kort tid. Om forskarna har resultat som de skulle vilja följa upp, då är det osannolikt att de kan göra det med samma satellit. Om uppgifterna visar att en annan typ av instrument krävs, forskarna får vänta tills en ny satellit skjuts upp. Detta understryker att, även om CubeSats gör utrymmet mer tillgängligt, forskare behöver ha ett mycket välplanerat och fokuserat uppdrag för att lyckas med det. HaloSat visar precis hur man gör det.

Som författarna uttryckte det, "Den snabba utvecklingen, integration, och ett lanseringsschema på 2,5 år för CubeSats kommer säkerligen att få mer intresse inom området astrofysik som både en testbädd för ny teknik såväl som en plattform för fokuserade uppdrag. HaloSat kan vara en av de första astrofysiska CubeSats, men det blir inte det sista."