Bazıları bir ayakkabı kutusundan daha küçük olan küçük uydular, şu anda Dünya’nın yaklaşık 200 mil üzerinde yörüngede dönüyor ve gezegenimiz ve evren hakkında veri topluyor. Onları, örneğin dünya çapında telefon görüşmeleri ve GPS sinyalleri gönderen daha büyük ticari uydulardan ayıran, yalnızca küçük boyları değil, beraberindeki daha küçük maliyetleridir. Bu SmallSats, uzaydan bilim yapma şeklimizi değiştirmeye hazır. Daha ucuz fiyat etiketleri, daha fazlasını piyasaya sürebileceğimiz anlamına gelir; bu, farklı görüntüleme konumlarından günde birden çok kez eşzamanlı ölçümlerin takımyıldızlarına izin verir – geleneksel, daha büyük platformlarla maliyeti engelleyici bir veri bolluğu.
SmallSats olarak adlandırılan bu cihazlar, büyük mutfak buzdolaplarının boyutundan golf toplarının boyutuna kadar değişebilir. Nanouydular, spektrumun bu daha küçük ucundadır, 1 ila 10 kilogram ağırlığındadır ve ortalama bir somun ekmek büyüklüğündedir.
1999’dan başlayarak, Stanford ve California Politeknik üniversitelerinden profesörler nano uydular için bir standart oluşturdular. 10x10x10 santimetre nominal birimler (1U küp) ve 1 kg ağırlık ile modüler bir sistem tasarladılar. CubeSats , 1.5U, 2U, 3U, 6U ve benzeri bu birimlerin yığılmasıyla boyut olarak büyür. CubeSats ticari kullanıma hazır parçalarla oluşturulabildiğinden, geliştirmeleri uzay araştırmalarını birçok kişi ve kuruluş, özellikle öğrenciler, kolejler ve üniversiteler için erişilebilir hale getirdi. Artan erişim ayrıca Kolombiya , Polonya , Estonya , Macaristan , Romanya ve Pakistan dahil olmak üzere çeşitli ülkelere izin verdi.- CubeSats’ı ilk uyduları olarak başlatmak ve uzay araştırma programlarına öncülük etmek.
İlk CubeSats, zorlu uzay ortamında uçma ve gerekli işlemleri gerçekleştirme yeteneklerini gösteren eğitim araçları ve teknolojik kavram kanıtları olarak tasarlandı. Tüm uzay kaşifleri gibi, vakum koşulları, kozmik radyasyon, geniş sıcaklık dalgalanmaları, yüksek hız, atomik oksijen ve daha fazlasıyla mücadele etmek zorundalar. Bugüne kadar 500’e yakın fırlatma ile , özellikle hobiler için neredeyse ulaşılabilecek hale geldikleri için, Dünya’nın yörüngesindeki artan “uzay çöpü” miktarıyla ilgili endişeleri dile getirdiler . Ancak bu nano uyduların yetenekleri arttıkça ve olası katkıları arttıkça, uzayda kendi yerlerini kazandılar.
Kavram kanıtından bilim uygulamalarına
Yapay uydular hakkında düşünürken, uzay aracının kendisi (genellikle “uydu otobüsü” olarak adlandırılır) ile faydalı yük (genellikle bilimsel bir araç, kameralar veya çok özel işlevleri olan aktif bileşenler) arasında bir ayrım yapmak zorundayız. Tipik olarak, bir uzay aracının boyutu, bir bilim yükü olarak ne kadar taşıyabileceğini ve çalışabileceğini belirler. Teknoloji geliştikçe, küçük uzay araçları gitgide daha karmaşık enstrümanları destekleyebilecek kapasitede hale geliyor.
Bu gelişmiş nano uydu yükleri, SmallSats’ın büyüdüğü ve artık Dünya ve evren hakkındaki bilgimizi artırmaya yardımcı olabileceği anlamına geliyor. Bu devrim yolunda ilerliyor; Birçok devlet kuruluşu, özel şirket ve vakıf, Dünya’daki hava ve iklim , uzay havası ve kozmik ışınlar , gezegensel keşifler ve çok daha fazlası dahil olmak üzere geniş bir bilim yelpazesini kapsayan, belirli bilim sorularını yanıtlamayı amaçlayan CubeSat otobüslerinin ve yüklerinin tasarımına yatırım yapıyor. . Ayrıca, bu soruları ele alacak daha büyük ve daha pahalı uydu görevleri için yol gösterici olarak hareket edebilirler.
Burada, Baltimore County, Maryland Üniversitesi’nde bilim odaklı bir CubeSat uzay aracı üzerinde işbirliği yapan bir ekibi yönetiyorum. Hiper Açısal Gökkuşağı Polarimetresi (HARP) yükümüz , bulutlar ve aerosoller – Dünya atmosferinde asılı duran kirlilik, toz, deniz tuzu veya polen gibi küçük parçacıklar – arasındaki etkileşimleri gözlemlemek için tasarlanmıştır. HARP, uzaydaki ilk ABD görüntüleme polarimetresi olmaya hazırlanıyor . Bu, ilk günlerinde küçücük bir CubeSat’a sığdırmanın mümkün olmayacağı türden gelişmiş bir bilimsel enstrümanın bir örneğidir.
NASA’nın Yer Bilimleri Teknoloji Ofisi tarafından finanse edilen HARP, Utah State Üniversitesi’nin Space Dynamics Lab tarafından geliştirilen CubeSat uzay aracına binecek . CubeSat yükleri için hazır tüketici parçaları kullanma geleneğini kıran HARP ekibi, farklı bir yaklaşım benimsedi. Enstrümanımızı, HARP’ın bilim hedeflerinin gerektirdiği hassas çok açılı, çok spektral polarizasyon ölçümlerini gerçekleştirmek için özel olarak tasarlanmış ve özel olarak üretilmiş parçalarla optimize ettik.
HARP’ın şu anda Haziran 2017’de Uluslararası Uzay İstasyonuna fırlatılması planlanıyor. Kısa bir süre sonra serbest bırakılacak ve tamamen özerk, veri toplayan bir uydu haline gelecek.
SmallSats – büyük bilim
HARP, aerosollerin bulutları oluşturan su damlacıkları ve buz parçacıkları ile nasıl etkileşime girdiğini görmek için tasarlanmıştır. Aerosoller ve bulutlar, Dünya atmosferinde derinden bağlantılıdır – bulut damlacıklarını tohumlayan ve sonunda yağışlarını bırakan bulutlara dönüşmelerini sağlayan aerosol parçacıklarıdır.
Bu karşılıklı bağımlılık, hava kirliliği yoluyla atmosferdeki parçacıkların miktarını ve türünü değiştirmenin bulutların türünü, boyutunu ve ömrünü ve ayrıca yağışın ne zaman başladığını etkileyeceği anlamına gelir. Bu süreçler Dünya’nın küresel su döngüsünü , enerji dengesini ve iklimini etkileyecektir .
Güneş ışığı atmosferdeki aerosol parçacıkları veya bulut damlacıkları ile etkileşime girdiğinde karşılaştığı şeyin boyutuna, şekline ve bileşimine bağlı olarak farklı yönlere dağılır. HARP uzaydan görülebilen saçılan ışığı ölçecek. Atmosferdeki aerosol miktarları ve damlacıkların boyutları hakkında çıkarımlar yapabileceğiz ve temiz bulutları kirli bulutlarla karşılaştırabileceğiz.
Prensipte, HARP aracı, tüm dünyayı kapsayan günlük veri toplama yeteneğine sahip olacaktır; mini boyutuna rağmen, Dünya gözlemi için çok büyük miktarda veri toplayacaktı. Bu tür bir yetenek, küçük bir uyduda benzeri görülmemiştir ve daha ucuz, daha hızlı konuşlandırılan yol bulucu öncülerinin daha büyük ve daha karmaşık misyonların geleceğine işaret eder.
HARP, bilim verilerinin toplanması için CubeSats’ın avantajlarından yararlanan şu anda devam etmekte olan birkaç programdan biridir. NASA, üniversiteler ve diğer kurumlar, yeni yer bilimleri teknolojisini , Dünya’nın ışınım döngüsünü , Dünya’nın mikrodalga emisyonunu , buz bulutlarını ve diğer birçok bilim ve mühendislik zorluklarını araştırıyor. Son zamanlarda MIT, Dünya atmosferindeki yağış ve fırtına yoğunluğunu incelemek için TROPICS adlı 12 CubeSats takımyıldızını başlatmak için finanse edildi .
Şimdilik, boyut hala önemli
Ancak CubeSats’ın doğası, yapabilecekleri bilimi hala kısıtlıyor. Güç, depolama ve en önemlisi, bilgiyi Dünya’ya geri iletme yeteneğindeki sınırlamalar, HARP aracımızı bir CubeSat platformunda sürekli olarak çalıştırma yeteneğimizi engellemektedir.
Çalışmamızın bir başka parçası olarak, bilimsel gözlemlerini yaparken HARP’ın nasıl yaptığını gözlemleyeceğiz. Burada UMBC’de, küçük uyduların Dünya sistemleri ve uzayla ilgili bilim sorularını yanıtlamada ne kadar başarılı olduğunu incelemek için Dünya ve Uzay Araştırmaları Merkezi’ni kurduk. HARP’ın ham verilerinin dönüştürüleceği ve yorumlanacağı yer burasıdır. Bulut/aerosol etkileşimleri hakkındaki soruları yanıtlamanın ötesinde, bir sonraki hedef SmallSats ve diğer teknolojilerin Dünya ve uzay bilimi uygulamaları için en iyi şekilde nasıl kullanılacağını belirlemektir. Neyin işe yarayıp neyin yaramadığını görmek, daha büyük uzay görevlerini ve gelecekteki operasyonları bilgilendirmeye yardımcı olacaktır.
CubeSats aracılığıyla uzaya popüler erişimle desteklenen SmallSat devrimi, şimdi bir sonraki devrime doğru ilerliyor. Yeni nesil nanosatellit yükleri bilimin sınırlarını ilerletecek. Daha büyük ve daha güçlü uydulara olan ihtiyacı asla ortadan kaldıramayabilirler, ancak NanoSats, Dünya’yı ve evreni keşfetmek için devam eden yarışta kendi rollerini genişletmeye devam edecek.