p Por trás de cada previsão do tempo - da sua localidade, previsão de cinco dias para uma atualização da pista de furacão de última hora - são os satélites que os tornam possíveis. As agências governamentais dependem de observações de satélites meteorológicos para informar os modelos de previsão que nos ajudam a nos preparar para a aproximação de tempestades e identificar áreas que precisam ser evacuadas ou socorristas de emergência. p Os satélites meteorológicos são tradicionalmente grandes, tanto no esforço necessário para construí-los quanto em tamanho real. Eles podem levar vários anos para serem construídos e podem ser tão grandes quanto um pequeno ônibus escolar. Mas tudo isso pode mudar no futuro com a ajuda de um satélite do tamanho de uma caixa de sapatos que começará a orbitar a Terra ainda este mês.

p O CubeSat financiado pela NASA, chamado Microwave Radiometer Technology Acceleration (MiRaTA), será lançado na órbita da Terra a partir do foguete que transportará o próximo grande satélite meteorológico dos EUA (JPSS-1 da NOAA) para o espaço. O MiRaTA foi projetado para demonstrar que um pequeno satélite pode transportar tecnologia de instrumentos que é capaz de reduzir o custo e o tamanho de futuros satélites meteorológicos e tem o potencial de coletar rotineiramente dados meteorológicos confiáveis.

p Os radiômetros de micro-ondas são um dos instrumentos mais robustos a bordo dos satélites meteorológicos atuais. Esses instrumentos sensíveis medem sinais de radiofrequência relacionados à radiação térmica emitida pelos gases atmosféricos, como oxigênio molecular e vapor de água, e também detectar partículas como nuvem de gelo. Esses dados são entradas importantes para modelos que rastreiam tempestades e outros eventos climáticos. Calibrar esses radiômetros é importante para evitar que eles desviem, de forma que seus dados possam ser usados ​​para modelos climáticos e meteorológicos precisos. Portanto, um alvo de calibração geralmente é incluído no satélite para ajudar o radiômetro a manter sua precisão.

p A miniaturização de instrumentos radiômetros de micro-ondas para caber em um CubeSat leva ao desafio de encontrar um instrumento de calibração que não seja apenas preciso, mas também compacto, disse Kerri Cahoy, investigador principal do MiRaTA e professor associado do Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. "Você não tem espaço para os alvos de calibração volumosos que você normalmente usaria em satélites maiores, "Cahoy disse." Alvos de calibração de radiômetro de micro-ondas em satélites maiores podem ser do tamanho de uma torradeira, mas para CubeSats, teria que ser do tamanho de um baralho de cartas. "

p Cahoy e seu colega William Blackwell, o instrumento de radiômetro de micro-ondas do Laboratório MIT Lincoln, surgiu com uma solução baseada em uma técnica que ela estudou na escola de pós-graduação chamada rádio ocultação (RO), por meio do qual os sinais de rádio recebidos de satélites GPS em uma órbita mais alta são usados ​​para medir a temperatura do mesmo volume da atmosfera que o radiômetro está visualizando. A medição de temperatura GPS-RO pode então ser usada para calibrar o radiômetro.

p "Na aula de física, você aprende que um lápis submerso na água parece que está quebrado ao meio porque a luz se curva de forma diferente na água e no ar, "Cahoy disse." As ondas de rádio são como a luz, pois refratam quando passam por mudanças nas densidades do ar, e podemos usar a magnitude da refração para calcular a temperatura da atmosfera circundante com precisão quase perfeita e usar isso para calibrar um radiômetro. "

p Em 2012, o programa de Validação Espacial de Tecnologias da Ciência da Terra (InVEST) da NASA emitiu um pedido de propostas de demonstração de tecnologia, o que levou Blackwell e Cahoy, que estava ensinando no MIT, colocar sua teoria à prova, oferecendo um projeto aos alunos de Cahoy em sua aula de sensores e instrumentação para determinar se a ideia era viável. Quando dois alunos demonstraram, por meio de modelagem por computador, que a ocultação por rádio poderia de fato funcionar para a calibração do radiômetro, Cahoy e Blackwell perguntaram a Rebecca Bishop da The Aerospace Corporation, que desenvolveu receptores GPS-RO para CubeSats, para se juntar à equipe. Eles então enviaram uma proposta completa para MiRaTA à NASA, que deu luz verde para financiamento na primavera de 2013.

p Construir MiRaTA foi um esforço de equipe. Bishop modificou um off-the-shelf, receptor GPS de baixo custo para fazer medições de ocultação de rádio para calibração; MIT Lincoln Laboratory e University of Massachusetts Amherst aplicaram suas habilidades de engenharia para miniaturizar ainda mais o radiômetro de microondas; e Cahoy e sua equipe de alunos, guiado por mentores especialistas do MIT Lincoln, construiu o satélite que abrigaria tudo.

p "Construir um CubeSat pode ser difícil porque você precisa colocar baterias, um rádio, um computador, seus instrumentos, rodas que você gira para virar seu satélite, e painéis solares dobrados e antenas em um espaço muito pequeno, "Cahoy disse." E você está usando o espaço equivalente a fita adesiva e super cola para restringir essa confusão de fios e conectores e colocá-la em seu compartimento.

p "Mas, "Cahoy acrescentou, "o trabalho árduo realmente compensará em grandes dados científicos se tudo correr conforme o planejado."

p Na melhor das hipóteses, três semanas após o lançamento, o MiRaTA estará totalmente operacional, e dentro de três meses a equipe terá obtido os dados de validação do radiômetro e do receptor GPS. O grande objetivo da missão - declarar o sucesso da demonstração de tecnologia - seria confirmado um pouco mais adiante, pelo menos meio ano de distância, após a análise dos dados.

p Se a validação da tecnologia MiRaTA for bem-sucedida, Cahoy disse que visualiza uma eventual constelação desses CubeSats orbitando toda a Terra, tirar fotos do estado da atmosfera e do clima a cada 15 minutos - frequente o suficiente para rastrear tempestades, de nevascas a furacões, em tempo real. "Nosso objetivo é fazer com que nossos radiômetros tenham um desempenho tão bom quanto aqueles dos satélites meteorológicos atuais e sejam capazes de fornecer o tipo de dados que ajudem as agências e as pessoas no caminho de um desastre natural a se prepararem com antecedência e com sabedoria, " ela disse.

p "Esta é uma missão muito emocionante, pois será a primeira demonstração em órbita de um all-weather, radiômetro de três frequências CubeSat usando calibração atmosférica baseada em GPS-RO, "disse Charles Norton do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, associado do programa no Earth Science Technology Office (ESTO) da NASA e gerente de tarefas do MiRaTA. "É uma verdadeira prova da criatividade e inovação das equipes envolvidas que estão promovendo tecnologias de medição para futuras missões de pequenas constelações de satélites, " ele disse, ao mesmo tempo que acrescenta que o Laboratório de Dinâmica Espacial da Universidade do Estado de Utah e a Instalação de Voo Wallops da NASA estão apoiando a estação terrestre e as operações de missão do CubeSat.

p MiRaTA e outras missões InVEST de ciências da Terra são financiadas e gerenciadas pelo programa ESTO da NASA na Divisão de Ciências da Terra da NASA. ESTO apoia tecnólogos em centros da NASA, indústria e academia para desenvolver, refinar e demonstrar novos métodos para observar a Terra do espaço, de sistemas de informação a novos componentes e instrumentos.

p Pequenos satélites, incluindo CubeSats, estão desempenhando um papel cada vez maior na exploração, demonstração de tecnologia, pesquisa científica e investigações educacionais na NASA, incluindo:exploração do espaço planetário; Observações da Terra; ciência fundamental da Terra e do espaço; e desenvolver instrumentos científicos precursores, como comunicações de laser de ponta, comunicações de satélite a satélite e capacidades de movimento autônomo.