Un petit satellite de construction universitaire connu sous le nom de Cosmic X-Ray Background NanoSat-2 (CXBN-2) est en cours de préparation pour une ambitieuse mission scientifique à venir. Le vaisseau spatial – dont le lancement dans l'espace est prévu le 19 mars – devrait fournir des données cruciales qui pourraient faire progresser nos connaissances sur le fond de rayons X cosmique (CXB).

Dirigé par Morehead State University (MSU), le projet CXBN-2 aborde des questions scientifiques fondamentales concernant la structure, Origine et évolution de l'univers. Pour répondre à ces questions, le satellite effectuera des mesures de haute précision du CXB.

"L'objectif de la mission CXBN-2 est d'augmenter la précision des mesures du CXB dans la gamme 30 à 50 keV à une précision de près de cinq pour cent, limitant ainsi les modèles qui tentent d'expliquer la contribution relative des sources proposées et donnant un aperçu de la physique sous-jacente de l'univers primitif, " Benjamin Malfrus, Le chercheur principal de CXBN-2 à MSU a déclaré à Astrowatch.net.

CXBN-2 est un petit CubeSat à deux unités qui s'appuiera sur ses deux détecteurs au tellurure de cadmium-zinc (CZT) pour atteindre ses objectifs scientifiques. Avec la configuration de réseau améliorée du satellite, ces instruments seront capables d'effectuer des mesures de haute précision du CXB.

"Avec le nouveau détecteur CZT à bord du CXBN-2 et une configuration de réseau améliorée, un nouveau, une mesure de haute précision est possible, " a noté Malphrus.

Les détecteurs CZT ont été développés par Redlen Technologies, l'un des principaux fabricants de détecteurs de rayonnement à semi-conducteurs à haute résolution. La société a produit un matériau CZT à structure cristalline extrêmement uniforme grâce au processus de fabrication connu sous le nom de méthode de chauffage mobile (THM). Cela permet une uniformité dans le matériau semi-conducteur afin que la charge soit uniformément répartie, permettant une plus grande résolution et détection d'énergie en purgeant les impuretés.

Les détecteurs CZT forment le REDLEN M1770 CZT Array, un module d'imagerie à bord du CXBN-2 CubeSat. Ce module est un détecteur de rayonnement de 256 pixels configuré dans une matrice 16x16 avec un pas de pixel de 2,46 mm. Il se compose d'un réseau 2x2 de détecteurs CZT de 64 pixels d'une épaisseur de cinq mm et liés à une plaque cathodique commune.

« Bien qu'à l'origine destiné à la détection de photons X et gamma en fonctionnement à température ambiante et pour des applications en physique médicale et en imagerie de sécurité, nous avons constaté que les détecteurs CZT possédaient la résolution énergétique et l'efficacité photonique souhaitées sur la plage d'énergie d'intérêt pour la mission. » Thomas Pannuti, Le chercheur principal scientifique CXBN-2 à MSU a déclaré à Astrowatch.net.

Avec une masse d'environ 5,7 lb. (2,6 kilogrammes), le CXBN-2 CubeSat a des dimensions de 3,93 x 3,93 x 7,87 pouces (10 x 10 x 20 centimètres) et est équipé de quatre panneaux solaires déployables capables de générer jusqu'à 15 W de puissance. Le satellite intègre un système de distribution et de gestion d'énergie connu sous le nom de PMD, un système de gestion de commandes et de données (C&DH) basé sur un processeur Cortex Arm, et un système innovant de détermination et de contrôle d'attitude (ADACS) développé à MSU.

En comparaison avec la première mission CXBN envoyée dans l'espace en septembre 2012, le CXBN-2 CubeSat dispose de deux matrices de 256 pixels au lieu d'une. De plus, il dispose d'un collimateur de tungstène imprimé en 3D innovant, une série d'améliorations au bus du vaisseau spatial, et un conops innovant caractérisé par un vaisseau spatial à rotation minimale en vol libre.

Dans cette configuration, le satellite CXBN-2 a le potentiel de faire progresser notre compréhension du fond diffus de rayons X en particulier et de l'évolution temporelle des trous noirs supermassifs au centre des galaxies en général. Malphrus et ses collègues sont convaincus que leur CubeSat fournira des mesures du CXB avec une grande précision, contraignant ainsi les modèles qui traitent de la contribution relative de la population de sources émettrices dominantes proposées (à savoir les noyaux galactiques actifs fortement absorbés).

"Une telle mesure de haute précision du CXB fournira un aperçu de la physique sous-jacente de l'univers primitif et fournira une fenêtre sur les objets les plus énergétiques de l'univers lointain, " expliqua Malphrus.

CXBN-2 est actuellement dans la phase finale des préparatifs de son décollage du 19 mars du Space Launch Complex 41 à la base aérienne de Cap Canaveral en Floride. Les dernières activités de pré-lancement comprennent la finalisation du logiciel d'assistance au sol et la poursuite de la caractérisation des matrices CZT du modèle d'ingénierie. Les modèles de vol et d'ingénierie du satellite ont été achevés à l'automne 2016 et ont réussi les tests de qualification en vol. L'unité de vol a été livrée à l'intégrateur de lancement, Nanoracks, en décembre 2016 et a ensuite été expédié au Kennedy Space Center en Floride.

Le CXBN-2 CubeSat sera lancé au sommet d'une fusée Atlas V, sur le dos de la septième mission du vaisseau spatial Cygnus vers la Station spatiale internationale (ISS). Outre Cygnus et CXBN-2, une flotte d'autres satellites, principalement des démonstrateurs technologiques, seront également envoyés en orbite pour cette mission.

Bien que MSU ait déjà envoyé cinq petits satellites dans l'espace, le CXBN-2 CubeSat semble être la mission scientifique la plus importante de l'université à ce jour.

"Nous entrons dans une nouvelle ère de science importante soutenue par CubeSats et Morehead State est à l'avant-garde de cette entreprise. L'opportunité de participer à la recherche en astrophysique facilitée par la plate-forme CubeSat ainsi que de former nos étudiants à l'ingénierie des systèmes spatiaux et à l'observation l'astrophysique à travers des missions spatiales en direct comme CXBN-2 est inestimable pour notre programme de recherche, nos programmes académiques et à nos étudiants, " a conclu Pannuti.