Leds av Royal Meteorological Institute Belgien, Simba är ett CubeSat-uppdrag med 3 enheter för att mäta klimatvariablerna för den totala solinstrålningen och jordstrålningsbudgeten med ett miniatyriserat radiometerinstrument, som kommer att skjutas upp 2020 på den första flygningen av ESA:s utvecklade dispenser "Small Spacecraft Mission System" – avsedd för CubeSats och andra små satelliter – på en Vega-raket. Kredit:RMI
På grund av uppskjutning ombord på fredagens Vega-raket, ESA:s Simba CubeSat är ett litet uppdrag med en stor ambition:att mäta en av de grundläggande drivkrafterna bakom klimatförändringarna på ett nytt sätt. Den 30 cm långa nanosatelliten kommer att vända sig från jorden till rymden till solen och tillbaka igen, för att beräkna vår planets totala energibudget.
CubeSats är miniatyrsatelliter byggda av standardiserade 10-cm lådor. Simba, förkortning för 'sun-Earth Imbalance' är en '3-enheter' CubeSat, utvecklat för ESA av ett konsortium ledd av Belgiens Royal Meteorological Institute (RMI) med universitetet i Leuven och ISIS-Innovative Solutions in Space i Nederländerna.
"Det här är den sortens vetenskapliga instrument vi annars skulle placera på en satellitplattform i full storlek, " förklarar Stijn Nevens, Simba huvudutredare på RMI.
"Men om vi kan få det här att fungera på en mindre, billigare CubeSat, då kanske vi kan bygga och flyga flera versioner av det här instrumentet i framtiden, att täcka hela planeten för motsvarande kostnad för ett enda traditionellt uppdrag. Det är viktigt eftersom den variabel vi vill mäta är avgörande.
"Den huvudsakliga orsaken till klimatförändringarna är att en ökande mängd värme från solen hålls kvar i atmosfärssystemet. För att kvantifiera det direkt måste vi mäta hur mycket solenergi som jorden tar emot – vi kallar detta den totala solinstrålningen – då hur mycket av detta som reflekteras av jordens yta och atmosfär, eller strålas ut som värmeenergi med längre våglängder.
Simulerade resultat från Simba CubeSat-uppdraget, som kommer att använda en radiometer för att mäta solinstrålningsnivåer över jordens yta för att hjälpa till att studera meteorologi och klimatförändringar. Kredit:European Space Agency
"Att subtrahera den andra från den första, vi slutar med en siffra för jordens strålningsbudget – mängden energi som vår planet håller på istället för att reflektera eller stråla bort.
"Vi har redan en klass av instrument för att mäta bestrålad energi, kallas radiometrar, som omvandlar den till elektrisk kraft för mätändamål. Nedåtriktade radiometrar flyger till exempel på Europas Meteosat-satelliter i geostationär omloppsbana, såväl som den amerikanska familjen av CERES-instrument i lägre banor. Sedan finns det solriktade radiometrar på satelliter som SOHO och Proba-2.
"Men medan deras resultat har hög relativ noggrannhet, de kräver en hel del ytterligare modellering för att ta hänsyn till faktorer som dygnsskillnader och ytvariationer. De kommer därför med en stor felmarginal, medan instrumenten själva har inneboende fördomar. För skarpare klimatförändringsmodeller måste vi göra bättre ifrån oss."
Att bry sig om vår planet
Simba CubeSat i stängt tillstånd redo att monteras i sin startpod. Kredit:RMI
Tanken med Simba är att uppnå högre absolut noggrannhet genom att använda samma instrument för allra första gången för att mäta instrålning från både solen och jorden. CubeSat kommer att vända från vår planet till rymden – för kalibreringsändamål – sedan till vår moderstjärna.
"Vi använder ett bredband, vilda synfältsinstrument, vilket betyder att vi mäter det totala utgående flödet från hela jorden, ", tillägger Dr Nevens. "Simba är baserad på en hålrumsradiometer, som i princip är ett inre utrymme på andra sidan av ett mycket litet hål, helt svartmålad. Vi mäter hur hålrummet värms upp.
"Föreställ dig ett hus med centralvärme som du vill hålla värmen. En sommardag behöver du inte värma upp, men på en vinterdag kommer du att förlora mycket värme och behöver aktivt värma den. Så vi kommer att mäta hur mycket extra energi vi behöver lägga in för att hålla en fast temperatur.
"För att få vår baslinje börjar vi uppdraget med att titta ner på jorden under en lång tid, för att se vilken temperatur den stabiliserar sig vid. Sedan svänger vi ut i rymden, bara några grader från absoluta noll, för att lära oss den maximala värmenivån vi behöver använda för att hålla den där. Då vänder vi oss till solen i tur och ordning, mäter mängden strålning som kommer in."
Konstnärens syn på Vega VV16 med dispensern Small Spacecraft Mission Service (SSMS) och SAT-AIS. Kredit:ESA - J. Huart
Simba är utrustad med ett specialutvecklat CubeSat-optimerat "attitydbestämning och kontrollsystem" eller ADCS för kort, bidragit från universitetet i Leuven. Detta inkluderar en experimentell stjärnspårningskamera för att fixera sin position mot stjärnkonstellationerna på himlen och "reaktionshjul" vars växlingshastighet får nanosatelliten att ändra sin attityd som reaktion.
Dr Nevens tillägger:"Denna ADCS kommer att ge Simba en peknoggrannhet på 0,1 grader, vilket också förbättrar vår datas övergripande noggrannhet. Vi ska uppnå spårbarhet, att kunna veta exakt var och vad vi tittar på när som helst."
Simba har fått stöd av Belgian Science Policy Office genom "Fly"-elementet i ESA:s General Support Technology-program, förbereda lovande teknologier för rymden. Den kommer att skjutas upp tillsammans med dussintals andra CubeSats och små satelliter ombord på den första flygningen av ESA:s Vega Small Spacecraft Mission Service denna fredagsmorgon.
Följ lanseringen på ESA Web TV från 03:15 CEST, med start kl. 03:51 CEST (01:51 UTC, 10:51 på torsdag kväll fransk Guyana tid).
