Petits satellites, certains plus petits qu'une boîte à chaussures, sont actuellement en orbite à environ 200 milles au-dessus de la Terre, collecter des données sur notre planète et l'univers. Ce n'est pas seulement leur petite taille, mais aussi leur coût moindre qui les distingue des plus gros satellites commerciaux qui diffusent des appels téléphoniques et des signaux GPS dans le monde entier, par exemple. Ces SmallSats sont sur le point de changer notre façon de faire de la science depuis l'espace. Leur prix moins cher signifie que nous pouvons en lancer plus, permettant des constellations de mesures simultanées à partir de différents emplacements de visualisation plusieurs fois par jour - une abondance de données qui serait prohibitive avec le traditionnel, plates-formes plus grandes.

Appelé SmallSats, ces appareils peuvent aller de la taille d'un grand réfrigérateur de cuisine à la taille d'une balle de golf. Les nanosatellites sont sur cette petite extrémité du spectre, pesant entre un et 10 kilogrammes et ayant en moyenne la taille d'une miche de pain.

À partir de 1999, des professeurs des universités polytechniques de Stanford et de Californie ont établi une norme pour les nanosatellites. Ils ont conçu un système modulaire, avec des unités nominales (cubes 1U) de 10x10x10 centimètres et 1kg de poids. Les CubeSats grandissent par l'agglomération de ces unités – 1,5U, 2U, 3U, 6U et ainsi de suite. Étant donné que les CubeSats peuvent être construits avec des pièces du commerce, leur développement a rendu l'exploration spatiale accessible à de nombreuses personnes et organisations, surtout les étudiants, collèges et universités. Un accès accru a également permis à divers pays – dont la Colombie, Pologne, Estonie, Hongrie, Roumanie et Pakistan - pour lancer CubeSats comme leurs premiers satellites et pionniers de leurs programmes d'exploration spatiale.

Les CubeSats initiaux ont été conçus comme des outils pédagogiques et des preuves de concept technologiques, démontrant leur capacité à voler et à effectuer les opérations nécessaires dans un environnement spatial difficile. Comme tous les explorateurs de l'espace, ils doivent composer avec des conditions de vide, rayonnement cosmique, grandes variations de température, grande vitesse, l'oxygène atomique et plus encore. Avec près de 500 lancements à ce jour, ils ont également soulevé des inquiétudes concernant la quantité croissante de « débris spatiaux » en orbite autour de la Terre, d'autant plus qu'ils sont presque à la portée des amateurs. Mais à mesure que les capacités de ces nanosatellites augmentent et que leurs contributions possibles augmentent, ils ont gagné leur place dans l'espace.

De la preuve de concept aux applications scientifiques

Quand on pense aux satellites artificiels, nous devons faire une distinction entre le vaisseau spatial lui-même (souvent appelé le "bus satellite") et la charge utile (généralement un instrument scientifique, caméras ou composants actifs aux fonctions très spécifiques). Typiquement, la taille d'un vaisseau spatial détermine combien il peut transporter et fonctionner comme une charge utile scientifique. À mesure que la technologie s'améliore, les petits engins spatiaux deviennent de plus en plus capables de supporter des instruments de plus en plus sophistiqués.

Ces charges utiles avancées de nanosatellites signifient que les SmallSats ont grandi et peuvent désormais contribuer à accroître nos connaissances sur la Terre et l'univers. Cette révolution est bien amorcée; de nombreuses organisations gouvernementales, des entreprises privées et des fondations investissent dans la conception de bus et de charges utiles CubeSat qui visent à répondre à des questions scientifiques spécifiques, couvrant un large éventail de sciences, y compris le temps et le climat sur Terre, la météo spatiale et les rayons cosmiques, exploration planétaire et bien plus encore. Ils peuvent également servir d'éclaireurs pour des missions satellitaires plus importantes et plus coûteuses qui répondront à ces questions.

Je dirige une équipe ici à l'Université du Maryland, Le comté de Baltimore qui collabore à un vaisseau spatial CubeSat axé sur la science. Notre charge utile Hyper Angular Rainbow Polarimeter (HARP) est conçue pour observer les interactions entre les nuages ​​et les aérosols - de petites particules telles que la pollution, poussière, sel de mer ou pollen, suspendu dans l'atmosphère terrestre. HARP est sur le point d'être le premier polarimètre imageur américain dans l'espace. C'est un exemple du type d'instrument scientifique avancé qu'il n'aurait pas été possible d'installer sur un minuscule CubeSat à ses débuts.

Financé par le Earth Science Technology Office de la NASA, HARP montera sur le vaisseau spatial CubeSat développé par le Space Dynamics Lab de l'Utah State University. Brisant la tradition d'utiliser des pièces grand public pour les charges utiles CubeSat, l'équipe HARP a adopté une approche différente. Nous avons optimisé notre instrument avec des pièces conçues et fabriquées sur mesure spécialisées pour effectuer le multi-angle délicat, mesures de polarisation multispectrale requises par les objectifs scientifiques de HARP.

HARP est actuellement prévu pour le lancement en juin 2017 vers la Station spatiale internationale. Peu de temps après, il sera publié et deviendra un entièrement autonome, satellite de collecte de données.

SmallSats – grande science

HARP est conçu pour voir comment les aérosols interagissent avec les gouttelettes d'eau et les particules de glace qui composent les nuages. Les aérosols et les nuages ​​sont profondément liés dans l'atmosphère terrestre – ce sont les particules d'aérosols qui ensemencent les gouttelettes des nuages ​​et leur permettent de se transformer en nuages ​​qui finissent par laisser tomber leurs précipitations.

Cette interdépendance implique que la modification de la quantité et du type de particules dans l'atmosphère, par la pollution de l'air, affectera le type, taille et durée de vie des nuages, ainsi qu'au début des précipitations. Ces processus affecteront le cycle global de l'eau de la Terre, bilan énergétique et climat.

Lorsque la lumière du soleil interagit avec des particules d'aérosols ou des gouttelettes de nuages ​​dans l'atmosphère, il se disperse dans des directions différentes selon la taille, forme et la composition de ce qu'il a rencontré. HARP mesurera la lumière diffusée qui peut être vue depuis l'espace. Nous pourrons faire des déductions sur les quantités d'aérosols et la taille des gouttelettes dans l'atmosphère, et comparer les nuages ​​propres aux nuages ​​pollués.

En principe, l'instrument HARP aurait la capacité de collecter des données quotidiennement, couvrant le globe entier; malgré sa petite taille, il recueillerait d'énormes quantités de données pour l'observation de la Terre. Ce type de capacité est sans précédent dans un satellite minuscule et laisse présager l'avenir d'un des précurseurs d'éclaireurs plus rapides à déployer vers des missions plus importantes et plus complexes.

HARP est l'un des nombreux programmes actuellement en cours qui exploitent les avantages des CubeSats pour la collecte de données scientifiques. Nasa, les universités et autres institutions explorent les nouvelles technologies des sciences de la terre, Le cycle radiatif de la Terre, l'émission de micro-ondes de la Terre, nuages ​​de glace et de nombreux autres défis scientifiques et techniques. Plus récemment, le MIT a été financé pour lancer une constellation de 12 CubeSats appelée TROPICS pour étudier l'intensité des précipitations et des tempêtes dans l'atmosphère terrestre.

Pour l'instant, la taille compte toujours

Mais la nature des CubeSats limite toujours la science qu'ils peuvent faire. Limitations de puissance, stockage et, le plus important, la capacité de transmettre les informations à la Terre entrave notre capacité à faire fonctionner en continu notre instrument HARP au sein d'une plate-forme CubeSat.

Donc, comme une autre partie de notre effort, nous observerons le comportement de HARP au fur et à mesure de ses observations scientifiques. Ici, à l'UMBC, nous avons créé le Center for Earth and Space Studies pour étudier dans quelle mesure les petits satellites répondent aux questions scientifiques concernant les systèmes terrestres et l'espace. C'est là que les données brutes de HARP seront converties et interprétées. Au-delà de répondre aux questions sur les interactions nuage/aérosol, le prochain objectif est de déterminer comment utiliser au mieux les SmallSats et d'autres technologies pour les applications des sciences de la Terre et de l'espace. Voir ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas aidera à éclairer les missions spatiales plus importantes et les opérations futures.

La révolution SmallSat, boosté par l'accès populaire à l'espace via les CubeSats, se précipite maintenant vers la prochaine révolution. La prochaine génération de charges utiles de nanosatellites fera avancer les frontières de la science. Ils ne remplaceront peut-être jamais le besoin de satellites plus gros et plus puissants, mais les NanoSats continueront d'étendre leur propre rôle dans la course en cours pour explorer la Terre et l'univers.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.