Magia negra. Isso é o que os engenheiros de radiofrequência chamam de forças misteriosas que orientam as comunicações pelo ar. Essas forças envolvem física complexa e são difíceis de dominar na Terra. Eles só ficam mais desconcertantes quando você está enviando sinais para o espaço.

Até agora, a forma escolhida para lançar essa "mágica" foi o prato parabólico. Quanto maior a antena parabólica, melhor será a "captura" ou transmissão de sinais de longe.

Mas os CubeSats estão mudando isso. Estas espaçonaves foram feitas para serem leves, barato e extremamente pequeno:a maioria não é muito maior do que uma caixa de cereal. De repente, os projetistas de antenas precisam embalar sua "magia negra" em um dispositivo onde não haja espaço para um prato - muito menos para muitas outras coisas.

"É como tirar um coelho da cartola, "disse Nacer Chahat, um especialista em design de antenas no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, Pasadena, Califórnia. "Reduzir o tamanho do radar é um desafio para a NASA. Como engenheiros espaciais, geralmente temos muito volume, portanto, construir antenas compactadas em um pequeno volume não é algo que fomos treinados para fazer. "

Desafio aceito.

Chahat e sua equipe estão empurrando os limites do design de antenas, e recentemente trabalhou com uma equipe CubeSat na antena para Radar In a CubeSat (RainCube), uma missão de demonstração de tecnologia programada para lançamento em 2018. A antena distinta do RainCube se parece um pouco com um guarda-chuva enfiado em uma caixa automática; quando aberto, suas costelas estendem-se para fora de uma vasilha e abrem uma malha dourada.

Como o nome sugere, RainCube usará radar para medir chuva e neve. Os CubeSats são medidos em incrementos de 1U (uma unidade CubeSat, ou 1U, é aproximadamente equivalente a uma caixa cúbica de 4 polegadas, ou 10x10x10 centímetros cúbicos). A antena RainCube deve ser pequena o suficiente para ser acomodada em um contêiner de 1,5U. Pense nisso como uma antena em uma lata, sem espaço livre para mais nada.

"Grande, antenas implantáveis ​​que podem ser armazenadas em um pequeno volume são uma tecnologia-chave para missões de radar, "disse Eva Peral do JPL, investigador principal do RainCube. "Eles abrem um novo reino de possibilidades para o avanço da ciência e aplicações exclusivas."

Para manter seu tamanho relativamente pequeno, a antena depende da alta frequência, Comprimento de onda da banda Ka - algo que ainda é raro para NASA CubeSats, mas é ideal para RainCube. Mas a banda Ka tem outros usos além do radar. Permite um aumento exponencial na transferência de dados em longas distâncias, tornando-se a ferramenta perfeita para telecomunicações.

A banda Ka permite taxas de dados cerca de 16 vezes maiores do que a banda X, o padrão atual na maioria das espaçonaves da NASA.

Nesse sentido, o desenvolvimento da antena do RainCube pode testar o uso do CubeSats de maneira mais geral. Embora a maioria tenha se limitado a estudos simples em órbita próxima à Terra, a tecnologia certa poderia permitir que eles fossem usados ​​em lugares tão distantes quanto Marte ou além. Isso pode abrir o CubeSats para uma ampla gama de missões futuras.

"Para permitir a próxima etapa na evolução do CubeSat, você precisa deste tipo de tecnologia, "disse Jonathan Sauder do JPL, chefe de engenheiro mecânico para a antena RainCube.

Chahat foi trazido para a equipe RainCube depois de trabalhar em outro projeto de antena inovador. A missão MarCO (Mars Cube One) consiste em um par de Cubesats que foi proposto para voar em 2018 com a sonda InSight da NASA, que mediria a tectônica do Planeta Vermelho pela primeira vez. Enquanto o InSight está tocando, os dois MarCO CubeSats retransmitiriam informações sobre o pouso de volta à Terra. Assim como RainCube, MarCO é principalmente uma demonstração de tecnologia; testaria como as missões futuras poderiam usar CubeSats para transportar relés de comunicação com eles, permitindo que os pesquisadores saibam o que está acontecendo no terreno com muito mais rapidez.

O design MarCO não se parece em nada com uma antena típica. No lugar de um prato redondo, há três painéis planos pontilhados com material reflexivo. A forma e o tamanho desses pontos formam anéis concêntricos que imitam a curva de um prato. Assim como um prato pode, este padrão de mosaico de pontos focaliza o sinal irradiado da alimentação da antena para a Terra.

"Novas tecnologias como essas permitem que a NASA e o JPL façam mais com menos, "disse John Baker do JPL, gerente de programa da MarCO. "Queremos tornar possível explorar qualquer lugar que quisermos no sistema solar."

RainCube e MarCO destacam soluções criativas para os limites de tamanho do CubeSats. O próximo truque para Chahat e seus colegas será combinar esses designs em uma antena ainda maior:um refletor de 3,3 pés por 3,3 pés (1 metro por 1 metro) e composto de 15 painéis planos. Esses painéis segmentados se desdobrariam como a superfície plana do MarCo, enquanto a alimentação da antena se expandiria como a antena do RainCube. Esta antena seria chamada de OMERA, abreviação de One Meter Reflectarray.

"Se pudermos estender a tecnologia para um metro de tamanho, a antena OMERA vai empurrar os limites do que pode ser praticamente voado hoje em um CubeSat, "disse Tom Cwik, gerente de tecnologia espacial do JPL.

Um protótipo do OMERA CubeSat deverá estar pronto em março de 2017.

"A maior variedade de OMERA produzirá maior ganho para aplicações de telecomunicações, ou produzirá larguras de feixe mais estreitas para as necessidades das ciências da Terra, "Chahat disse. Isso significa que seríamos capazes de nos aventurar ainda mais longe no espaço profundo e teremos radares ainda mais poderosos e precisos."