Efter nästan 2,5 år i omloppsbana, en vädersatellit i skokartong ringde hem en sista gång innan den störtade in i jordens atmosfär och brann upp den 24 december, 2020. RainCube (radar i en CubeSat) var en teknikdemonstration som var tänkt att visa att krympa en väderradar till en låg kostnad, miniatyrsatellit kallad CubeSat skulle kunna tillhandahålla data av vetenskaplig kvalitet.

RainCube distribuerades den 13 juli, 2018, från den internationella rymdstationen och hade ett primärt uppdrag på tre månader. CubeSats instrument "såg" regn och andra typer av nederbörd genom att studsa radarsignaler från regndroppar, is, och snöflingor, och mäta styrkan och tiden det tog för signalerna att återvända till satelliten. Det gav forskare bilder på vad som hände i stormar runt om i världen.

Radarinstrument på jordobservationssatelliter i full storlek har genomfört sådana mätningar i flera år. "Men nyckeln med RainCube var inte att ta in ny vetenskap, sa Simone Tanelli, RainCube huvudforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. "Istället, det visade att vi kunde ge dig liknande data med en låda som är ungefär 100 gånger mindre i volym än en satellit i full storlek."

RainCube varade mycket längre än de första tre månaderna den var planerad till, gör det möjligt för forskare att samla in data om orkanerna Marco och Laura 2020 samtidigt som en annan CubeSat kallad TEMPEST-D. De två CubeSats använde olika typer av instrument för att samla olika, men kompletterande, observationer som gav forskarna en 3D-blick inuti dessa stormande stormar.

"Det öppnade dörren till något som jordforskare blir riktigt exalterade över, som använder flera CubeSats samtidigt för att studera vår planet, sa Shannon Statham, RainCube projektledare på JPL.

Fyller i tomrummen

Jordens atmosfär är i konstant rörelse, och vissa fenomen – som stormar – kan förändras från minut till minut. Aktuella satelliter i låg omloppsbana om jorden kan observera en storm en eller två gånger om dagen beroende på stormens läge. Det betyder att det kan gå många timmar mellan observationer av en enda storm. Att flyga en flotta av satelliter med några minuters mellanrum kan ge forskare finkorniga tidsdata för att hjälpa till att fylla dessa täckningsluckor.

Men en jordobservationssatellit i full storlek kan kosta hundratals miljoner dollar att bygga, lansera, och fungera, och många är stora som bilar eller bussar. "Det skulle vara omöjligt att flyga en flotta av dessa satelliter i full storlek eftersom det inte skulle vara överkomligt, sa Tanelli.

CubeSats, å andra sidan, kan variera från ungefär storleken på en flinglåda till en brödrost, och deras byggnad, spridning, och verksamheten kan kosta mindre än 10 miljoner dollar. Denna lägre prislapp kan ge forskare chansen att flyga flera av dessa små satelliter samtidigt.

Stora saker i små paket

Dock, en CubeSats ringa statur kräver omfattande ingenjörskonst för att krympa ner ett instrument samtidigt som dess förmåga att samla in och överföra vetenskaplig data bevaras. Annan utrustning, som radarantennen som tar emot signaler, måste också förnyas.

Det är där teknikdemonstrationer som RainCube kommer in. För just detta uppdrag, ingenjörer sänkte magkänslan hos ett radarinstrument i full storlek till endast det väsentliga och gjorde om hur delarna passade ihop. Antennen – inspirerad av en antenn som utvecklats av University of Southern California för deras Aeneas CubeSat – gick från att vara en stel struktur till något som liknar ett paraply med hopfällbara komponenter som kunde vikas till en ultrakompakt volym och vecklas ut en gång i rymden. RainCube-ingenjörer utförde denna mekaniska origami, byggde sin skapelse, och sedan lanserade CubeSat inom tre år.

"RainCube är min baby, sade Statham, som – tillsammans med Tanelli och JPL:s chefsutredare Eva Peral – har varit med i projektet sedan starten. "Så dess slut är bitterljuvt eftersom vi hoppades få lite mer tid med det, men vi har visat att vetenskapsuppdrag med CubeSats är möjliga, vilket är vad vi hade för avsikt att göra."

Mer om uppdraget

RainCube är ett teknikdemonstrationsuppdrag för att möjliggöra Ka-bands nederbördsradarteknik till en låg kostnad, snabb vändningsplattform. Det sponsras av NASA:s Earth Science Technology Office genom programmet InVEST-15. JPL arbetade med Tyvak Nanosatellite Systems, Inc. i Irvine, Kalifornien, att flyga RainCube-uppdraget. Caltech i Pasadena, Kalifornien, hanterar JPL för NASA.