La recherche spatiale est une entreprise coûteuse. Une fois qu'un instrument spatial est proposé, les chercheurs veulent en tirer le plus de valeur possible. Le satellite proposé se développe rapidement en instruments et en capacités. Cher, des composants durcis aux radiations doivent être utilisés. La dépense place les plates-formes d'instruments satellites hors de portée de la plupart des budgets de recherche.

Entrez dans le CubeSat, le mobilier en kit de l'industrie spatiale. Les CubeSats bon marché et accessibles ont démocratisé la science spatiale. Ils peuvent être aussi petits qu'un cube de 10 cm et peser moins d'un kilogramme. Étant petit et léger, ils ne peuvent pas contenir beaucoup d'instrumentation, donc les coûts restent bas. Et, parce qu'ils sont placés en orbite terrestre basse, ils ont des durées de vie relativement courtes, l'électronique durcie par rayonnement n'est donc pas nécessaire.

Un observatoire à rayons X bon marché et joyeux

LaRocca et ses collègues, reporting dans SPIE Journal des télescopes astronomiques, Instruments, et systèmes , ont détaillé le développement d'un CubeSat appelé HaloSat, conçu pour mesurer l'émission de rayons X de l'oxygène à partir de sources diffuses, comme le halo autour de la Voie lactée. Le satellite n'image pas, mais il compte les rayons X d'une direction spécifique et d'une bande d'énergie choisie, avec une certaine résolution spatiale.

Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé des détecteurs de dérive au silicium, dont la sortie est amplifiée et envoyée à une carte de traitement du signal. L'électronique embarquée est capable de stocker rapidement l'énergie des rayons X et les décomptes des trois détecteurs. Les détecteurs eux-mêmes n'ont pas d'optique, ce qui est un problème car les chercheurs doivent être sûrs que les rayons X proviennent de la source ciblée. Pour résoudre ce problème, les détecteurs étaient placés assez profondément à l'intérieur du satellite avec un tube de collimation menant au monde extérieur. Des cartes grossières des émissions de rayons X sont ensuite construites en balayant l'orientation du satellite au-dessus de la cible.

L'ensemble de l'instrument scientifique pèse moins de 3 kg et consomme environ 4 W. Le système de contrôle porte le colis jusqu'à 12 kg, tandis que le satellite entier a à peu près la taille d'un livre épais.

HaloSat a été lancé en 2018, et sa mission a été prolongée jusqu'à mi-2020. Jusque là, il a cartographié les émissions de rayons X de la Voie lactée et de la nébuleuse du Crabe. Le spectromètre de cartographie simple a fourni des données remarquablement propres, ce qui permettra quelques années d'analyses et de réflexions.

Vivez rapidement, mourir jeune

HaloSat se désorbitera avant la fin de 2020 en raison de la traînée, la mission ne peut donc pas être prolongée beaucoup plus longtemps. Une telle limitation temporelle fait partie de la vie d'un CubeSat - ils sont l'éphémère des engins spatiaux. La question n'est pas de savoir si le satellite vivra plus longtemps, mais si des résultats scientifiques utiles peuvent être obtenus à partir d'une mission aussi courte. Les chercheurs ont prouvé l'affirmative :à faible coût, les missions satellitaires de courte durée peuvent donner des résultats utiles.

Un autre aspect du CubeSat est le calendrier de développement. L'argent pour HaloSat est arrivé en 2016. L'instrument a été achevé, intégré au reste du satellite et lancé d'ici la mi-2018. C'est incroyablement rapide. Pour mettre le temps de développement en perspective, le travail conceptuel de la mission GRACE-FO (récupération gravimétrique et expérimentation climatique), qui est une copie améliorée de la mission GRACE originale, a commencé en 2012, et enfin lancé en 2018.

Cette recherche démontre également les limites des CubeSats. HaloSat, comme tous les CubeSats, peut faire une chose et seulement pour un temps relativement court. Si les chercheurs ont des résultats qu'ils aimeraient suivre, alors il est peu probable qu'ils puissent le faire avec le même satellite. Si les données montrent qu'un autre type d'instrument est requis, les chercheurs devront attendre le lancement d'un nouveau satellite. Cela met en évidence que, bien que les CubeSats rendent l'espace plus accessible, les chercheurs doivent avoir une mission très bien planifiée et ciblée pour la réussir. HaloSat montre comment faire cela.

Comme le disent les auteurs, « Le développement rapide, l'intégration, et le calendrier de lancement de 2,5 ans pour CubeSats suscitera certainement plus d'intérêt dans le domaine de l'astrophysique en tant que banc d'essai pour les nouvelles technologies et plate-forme pour des missions ciblées. HaloSat est peut-être l'un des premiers CubeSats d'astrophysique, Mais ça ne sera pas le dernier."