Il y a seulement quelques années, les communautés d'astronomie et d'héliophysique étaient sceptiques quant à savoir si CubeSats pouvait obtenir des données scientifiques de manière fiable. Mais ces satellites de la taille d'un pain ont prouvé leur capacité à renvoyer des données utiles.

Lors de la réunion d'avril 2019 de l'American Physical Society qui se tiendra du 13 au 16 avril, à Denver, Colorado, Christopher S. Moore, un stagiaire postdoctoral au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in the Solar and Stellar X-ray Group, décrira comment les CubeSats jumeaux du spectromètre solaire miniature à rayons X (MinXSS) mesurent les rayons X mous du Soleil. Il s'agissait des premières missions CubeSat axées sur la science solaire effectuées pour la Direction des missions scientifiques de la NASA.

Comme il le décrira lors de la réunion, Moore était l'un des dizaines d'étudiants diplômés qui ont contribué à MinXSS au cours de sa vie. Il a travaillé sur les MinXSS CubeSats dans le cadre de sa recherche doctorale à l'Université du Colorado à Boulder.

« Ce travail a démontré que ces petits, relativement bon marché - allant de 1 million de dollars à 2 millions de dollars pour MinXSS - les CubeSats peuvent collecter des données qui remplissent un créneau spécifique et sont cohérentes avec les grands satellites, qui sont beaucoup plus chers, et contribuer aux grandes investigations scientifiques, ", a déclaré Moore.

MinXSS-1 a été lancé en décembre 2015 sur le lancement Atlas-V Cygnus OA-4, Mission de ravitaillement orbital ATK vers la Station spatiale internationale, où il a été déployé pour une orbite d'environ 12 mois autour de la Terre. La deuxième version, MinXXS-2, a été lancé sur le SpaceX Falcon 9 dans le cadre du vol spatial SSO-A:SmallSat Express en décembre 2018 et déployé pour une orbite et une opération de quatre à cinq ans.

Les CubeSats à vocation scientifique sont peu coûteux, satellites à courte durée de vie construits pour effectuer des observations et des mesures scientifiques spécifiques. MinXSS, par exemple, comporte des composants économiques tels qu'un ruban à mesurer extensible qui sert d'antenne radio.

Sa charge utile scientifique se compose d'un spectromètre à rayons X mous qui a été modifié pour être compatible avec l'environnement hostile de l'espace. MinXSS embarque également des photomètres à base de silicium pour d'autres mesures de rayons X mous et de lumière visible.

Le MinXSS-1 financé par la NASA (le premier des satellites jumeaux) a été le test initial du Blue Canyon Technologies XACT, qui est un système miniaturisé de détermination et de contrôle d'attitude. Le succès de MinXSS-1 et XACT a abouti au prix SmallSat 2016 Mission of the Year.

"MinXSS mesure les rayons X mous solaires entre 0,5 et 12 kiloélectrons-volts à une résolution spectrale modérée, qui inclut la bande passante de 0,5 à 2 keV peu observée, ", a expliqué Moore. "Cette région spectrale est très informative sur les conditions du plasma atmosphérique solaire pour des températures supérieures à 2 millions de kelvins présentes dans les éruptions solaires et pendant la quiescence (dormance)."

Les données collectées par MinXSS sont cohérentes avec les inférences des grands satellites. "Les données MinXSS nous aideront à comprendre la physique derrière les éruptions solaires, " dit Moore. " Les rayons X mous transportent des informations sur la température, densité et composition chimique de la matière dans l'atmosphère du Soleil, qui permet aux scientifiques de retracer comment des événements tels que des éruptions cutanées et d'autres processus pendant les périodes plus calmes chauffent la matière environnante dans la couronne, l'atmosphère du Soleil."

Les variations de l'émission de rayons X solaires sont fortement corrélées avec des caractéristiques magnétiques à grande échelle appelées régions actives. "Ces régions actives apparaissent comme des boucles lumineuses dans les rayons X mous, mais apparaissent comme des taches sombres à la surface solaire (la photosphère), on les appelle donc « taches solaires ». Les données MinXSS peuvent aider à contraindre directement la température du plasma de ces caractéristiques relativement quasi-statiques, ", a déclaré Moore.

Les CubeSats offrent « d'excellentes opportunités de former de futurs leaders en technologie et en science, en tant qu'étudiants de premier cycle, les étudiants diplômés et les post-doctorants ont généralement un rôle central dans la conception, développement, essai, opérations de mission et analyse scientifique, " a déclaré Moore. " Plus de 40 étudiants diplômés de l'Université du Colorado Boulder ont contribué à MinXSS au cours de la durée de vie du projet. "

En raison des récents succès de CubeSat, La NASA et la National Science Foundation offrent désormais de nouvelles opportunités de financement pour financer directement les CubeSats à vocation scientifique.