Kleinsatelliten lösen große wissenschaftliche Fragen

CU Boulder wird bald neue Augen auf die Sonne werfen. Zwei Miniatursatelliten, die von Forschern des Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) entwickelt wurden, sollen noch in diesem Monat auf der SSO-A der Raumfahrt starten: SmallSat Express Mission an Bord einer SpaceX Falcon 9 Rakete von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien.

Die neuen Missionen – das Miniatur-Röntgen-Solarspektrometer-2 (MinXSS-2) und der Kompakte Spektralbestrahlungsmonitor (CSIM) – werden Daten über die Physik der Sonne und ihre Auswirkungen auf das Leben auf der Erde sammeln.

Diese „CubeSats“, die kleiner als ein Mikrowellenherd sind, sollen neben mehr als 60 anderen Raumfahrzeugen in eine erdnahe Umlaufbahn fliegen. Laut Spaceflight ist die SSO-A: SmallSat Express die bisher größte dedizierte Mitfahrmission von einer in den USA stationierten Trägerrakete.

Die bevorstehenden Missionen unterstreichen die wachsende Führungsrolle von CU Boulder beim Einsatz von CubeSats für die wissenschaftliche Forschung, sagte Tom Woods, Associate Director von LASP. Er erklärte, dass mit der Möglichkeit, Raumfahrzeuge von kommerziellen Missionen wie SSO-A zu starten, kleine Satelliten zu erweitern, unter Wissenschaftlern immer beliebter werden.

„Es ist an der Zeit, mehr und mehr Wissenschaft mit diesen Kleinsatelliten zu betreiben“, sagte Woods, der leitende Forscher der MinXSS-2-Mission.

Kleine Pakete

Zum Teil liegt das daran, dass es sich nicht um traditionelle Satelliten handelt. CubeSats wurden entwickelt, um große wissenschaftliche Fragen in kleinen Paketen zu beantworten, oft mit handelsüblichen Geräten, um Kosten und Gewicht gering zu halten. Die Antenne für den MinXSS-2 besteht beispielsweise aus einem Baumarktband, das nach dem Erreichen der Umlaufbahn des CubeSat an seinen Platz kommt.

Eine typische CubeSat-Mission kostet rund 2 Millionen Dollar für den Bau und Betrieb – weit weniger als ein vollwertiger Wissenschaftssatellit, der in die Zehner- oder Hundertmillionen gehen kann. MinXSS-2 und CSIM wurden beide durch Zuschüsse der NASA finanziert.

„Die Startkosten gehen in Kilogramm“, sagte Woods. „Wenn du deine Satelliten kleiner machen kannst, kostet es viel weniger, sie zu starten.“

Bislang hat allein LASP zwei dieser leichten Raumfahrzeuge eingesetzt, weitere sind in Planung. Ein CubeSat, den CU Boulder-Studenten vom Dach eines Gebäudes auf dem Campus aus bedienten, half, ein sechs Jahrzehnte altes Weltraummysterium um geladene Partikel zu lösen, die in den Strahlungsgürteln der Erde eingeschlossen waren.

Die beiden neuen CubeSats werden auf dieser wachsenden Expertise aufbauen, sagte Woods. CSIM ist eine kompaktere Version eines wissenschaftlichen Instruments, das LASP für den Total- und Spektral-Solarstrahlungssensor (TSIS-1) entwickelt hat, der derzeit Daten von außerhalb der Internationalen Raumstation sammelt.

Während seiner Zeit im Orbit zeigt CSIM auf die Sonne und überwacht Veränderungen in der Energie, die der Stern zur Erde sendet. Diese Veränderungen, einschließlich 11-jähriger Einbrüche und Spitzenwerte in der Sonnenaktivität, können eine große Rolle bei der Gestaltung des Klimas auf der ganzen Erde spielen.

Blue Canyon Technologies, ein Unternehmen mit Sitz in Boulder und gegründet von ehemaligen CU Boulder-Alumni, baute das Raumschiff, und die Mission wird von Erik Richard, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter am LASP, geleitet.

Sonneneruptionen

MinXSS-2 ist ein Nachfolger von MinXSS, das 2016 eingeführt und etwa ein Jahr lang betrieben wurde. MinXSS-2 wird bis zu fünf Jahre im Orbit bleiben, aber auch Informationen über „weiche“ Röntgenstrahlen von der Sonne sammeln. Diese hochenergetische Strahlung könnte neue Informationen darüber enthüllen, wie sich die Magnetfelder der Sonne drehen und brechen und möglicherweise riesige Ausbrüche von geladenen Teilchen zur Erde senden.

Solche Eruptionen können Satelliten beschädigen, die die Erde umkreisen, und Störungen in den Stromnetzen auf dem Boden verursachen, sagte Woods.

„MinXSS-2 überwacht die Physik dieser Eruptionen, um festzustellen, warum diese Energie so explosionsartig freigesetzt wird“, sagte er.

Wenn der Satellit nächste Woche startet, wird er auch der Höhepunkt der mehrjährigen harten Arbeit der Studenten der CU Boulder sein, die bei der Planung und Zusammenstellung von MinXSS-2 geholfen haben. Da CubeSats relativ schnell zu bauen sind, sind sie großartige Lehrmittel, sagte Woods.

Die Entwicklung eines CubeSat ist „ein Dreijahresprogramm“, sagte er. „Die Schüler können reinkommen und die ganze Sache machen. Sie können dabei helfen, es innerhalb ihrer Studentenkarriere zu entwerfen, zu bauen und zu fliegen. Mit großen Satelliten kann man das nicht machen.“

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