Včera ráno našeho času odstartovala z kosmodromu ve Virginii raketa Antares, která vynášela zásobovací loď Cygnus. Jejím cílem je Mezinárodní vesmírná stanice, kam veze více než tři tuny vědeckých experimentů, potřeb pro výstupy astronautů do volného prostoru a zásob pro posádku. Nesmíme ale zapomínat ani na kategorii, která v posledních letech získává stále větší význam – cubesaty. Na palubě bychom totiž našli tři družice o velikosti krabice na cereálie, které mají za úkol vyzkoušet a ověřit zatím ještě neozkoušené technologie pro sledování Země.

Ukládání balíků s nákladem do útrob lodi Cygnus OA-9.
Zdroj: https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com

Jak jsme již psali v úvodním odstavci, význam družic složených ze základních kostek s hranou délky 10 centimetrů stále roste. Jednou ze silných stránek cubesatů je, že se na nich dají velmi snadno, levně a rychle testovat nové technologie v reálných kosmických podmínkách. NASA tak stále častěji využívá služeb těchto drobečků, aby na nich otestovala nové technologie, než je posadí na nějakou velkou (a drahou) družici. Cubesaty jsou díky své nízké výrobní ceně jako stvořené pro vytvoření sítě družic, která dokáže sbírat informace z několika míst současně.

Na aktuálně vypuštěné trojici cubesatů je krásná především pestrost a rozsah testovaných technologií, které představují špičku tohoto prudce se rozvíjejícího oboru. Přestože jsou testované technologie různé, můžeme v trojici cubesatů vysledovat jeden společný trend. Všechny cubesaty totiž více či méně souvisí s výzkumem počasí. Pojďme se tedy na všechny tři družice podívat podrobněji.

RainCube s plně rozloženou anténou.
Zdroj: https://www.nasa.gov

RainCube (Radar in a CubeSat) – Málokdy se stane, aby název družice i příslušná zkratka nějak souvisely s účelem dané družice. Tady se to však povedlo. Jde o miniaturizovaného průzkumníka s radarem, který bude měřit srážky. RainCube je mnohem menší (váží 12 kg), má méně dílů a potřebuje méně elektrické energie než tradiční kosmické radary. Program (InVEST In-Space Validation of Earth Science Technologies) v rámci úřadu ESTO (Earth Science Technology Office) vybral právě tento projekt, aby prokázal své schopnosti.

Elektronika radaru a složená anténa zabírají 4,5U z celkového 6U cubesatu RainCube.
Zdroj: https://www.jpl.nasa.gov

Odborníky zajímá především to, jak bude miniaturizovaný radar fungovat na platformě cubesatu. Bude to totiž poprvé, kdy se na těchto malých družicích použije aktivní radar. Pokud se demonstrace schopností podaří, mohl by RainCube otevřít dveře nízkonákladovým, často snímkujícím  sítím družic, kde mnoho identických kusů zvládne snímat častěji než jedna velká družice. „Síť družic na principu RainCube by byla schopna sledovat vnitřní strukturu meteorologických systémů i to, jak se vyvíjejí podle procesů v krátkodobých i dlouhodobých modelech, které zatím potřebujeme lépe pochopit,“ popisuje Eva Peral, která stojí v čele vědecké skupiny projektu RainCube v kalifornské Jet Propulsion Laboratory.

RainCube použije vysokofrekvenční vlny v pásmu Ka. Toto pásmo je vhodnější pro malé antény, což se hodí, protože skládací anténa RainCube měří sotva jeden metr. Další výhodou pásma Ka je to, že umožňuje exponenciální navýšení datového přenosu na velké vzdálenosti – RainCube tak nepřímo otestuje i vylepšené komunikační technologie. O vývoj samotného radaru se postarali odborníci z JPL, zatímco samotný cubesat postavila firma Tyvak Inc.

CubeRRT a jeho tvůrci
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Cubesaty často testují technologie, které mají zlepšit sběr dat z vesmíru. Radiofrekvenční rušení (RFI – Radio frequency interference) je pomalu rostoucí problém, kterému čelí kosmické mikrovlnné radiometry. Tyto přístroje mají za úkol měřit dálkově vlhkost půdy, sledovat meteorologické jevy a další klimatické projevy. S tím, jak se zvyšuje počet zařízení, která RFI způsobují – ať už jde o mobilní telefony, rádia či televize – je pro satelity využívající mikrovlnné radiometry stále složitější nasbírat kvalitní údaje.

Na tento problém cílí projekt Joela Johnsona z Ohio State University, který navrhnul CubeRRT (CubeSat Radiometer Radio Frequency Interference Technology Validation). Jeho projekt se dočkal realizace opět díky programu InVEST a sám tvůrce od něj očekává velké věci: „Naše technologie umožní, aby radiometry studující Zemi mohly pokračovat v práci bez ohledu na toto rušení.“

Vizualizace CubeRRT
Zdroj: http://space.skyrocket.de/

RFI totiž není jen teoretický problém, ale fenomén, který již nyní ovlivňuje sběr dat z družic. Aby byl tento problém omezen, jsou data přenášena na zemi, kde jsou zpracována speciálními algoritmy, které z nich vyčistí všechna data ovlivněná RFI. Jde o složitý proces a na Zemi se navíc musí přenášet zbytečně velké objemy dat. Budoucí družice se tohoto problému nezbaví – naopak – trend RFI bude stoupat. Stále více dat bude tímto jevem ovlivněno a stále méně sond bude schopno dosáhnout stanovených cílů.

Johson tedy ve spolupráci s technology z JPL a Goddardova střediska vyvinul cubesat CubeRRT, který má ověřit schopnost v reálném čase detekovat a odfiltrovat data poškozená RFI. K této detekci a odfiltrování bude docházet přímo na palubě cubesatu, který postavila firma Blue Canyon Technologies z Boulderu, stát Colorado.

Jedním z měření, kde jsou data sbírána radiometrem jsou procesy v mracích – především pak vývoj bouří a určení času, kdy začne pršet. V současné době meteodružice přelétnou nad bouří jednou za tři hodiny, což rozhodně nestačí k identifikaci všech změn v dynamickém bouřícím systému. Ovšem nové, extrémně kompaktní radiometry by to mohly změnit.

TEMPEST-D
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Program NASA Earth System Science Pathfinder si vybral návrh od Stevena Reisinga z Colorado State University, který spolupracuje s JPL. Díky tomu mohl být vyvinut, postaven a otestován pětifrekvenční radiometr založený na nově dostupné nízkošumové technologii zesilovačů, které vznikly s podporou ESTO. Mise TEMPEST-D (Temporal Experiment for Storms and Tropical Systems Demonstration) má ověřit fungování miniaturizované radiometrové technologie a prokázat schopnost cubesatu  provádět manévry s využitím odporu prostředí na nízké oběžné dráze. Stejně jako v případě minulých dvou družic, se i zde jedná o 6U cubesat, což znamená, že družice je složena ze šesti základních kostek (uspořádání 3×2), přičemž i tento cubesat postavila coloradská společnost Blue Canyon Technologies.

Stavba cubesatu TEMPEST-D
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„Kdyby vznikla síť, nebo spíše „vláček“ cubesatů jako je TEMPEST, byli bychom schopni sbírat data každých pět až deset minut, takže by bylo vidět, jak se bouře vyvíjí,“ popisuje Reising. Svým způsobem by šlo o podobný vláček, jaký používají malé družice CYGNSS, které vzhledem k nízkému sklonu oběžné dráhy vůči rovníku monitorují především tropické oblasti. Pokud by byl sklon dráhy vyšší, mohly by družice sledovat větší část Země a monitorovat změny bouří, které mohou být například u hurikánů velmi rychlé. Asi není potřeba zdůrazňovat, že včasný sběr informací umožní rychlejší rozhodování, což může zachránit lidské životy či majetek.

RainCube, CubeRRT a TEMPEST-D jsou momentálně v útrobách lodi Cygnus. Po jejím připojení k ISS a otevření průlezu se astronauti postarají o vyložení nákladu. Z malé přechodové komory pak budou cubesaty vypuštěny na nízkou oběžnou dráhu, kde začne jejich ostrá mise trvající několik měsíců. Zhruba za rok cubesaty přirozeně vstoupí do atmosféry, kde shoří. Věřme, že v té době už budou mít pozemní operátoři lepší informace o nových technologiích pro předpověď počasí, pro zajištění kvalitních dat i pro lepší chápání bouří.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://www.jpl.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
http://space.skyrocket.de/img_sat/ecamsat__1h.jpg
https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/…/DdVMRYpVwAAbEVL-678×452.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/cubesat20180517-16.jpg
https://www.jpl.nasa.gov/cubesat/images/raincube/radar.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/cuberrt_team-3rd_image.jpg
http://space.skyrocket.de/img_sat/cuberrt__3.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/tempest-d-2nd_image.jpg
https://www.nasa.gov/mission_pages/…/explorer/Images/TEMPEST-D%20Image%204.JPG