Potremmo DISTRIBUIRE CubeSat attorno a Urano per monitorare come cambia

Le missioni di esplorazione del sistema solare esterno sono ancora gravemente carenti, anche se avevano la massima priorità nel Planetary Science Decadal Survey del 2013-2022. In effetti, molti pianeti del sistema solare esterno non sono mai stati nemmeno orbitati da una sonda. Per uno in particolare – Urano – dobbiamo affidarci ai dati della Voyager 2, con strumenti progettati oltre 50 anni fa, o alle osservazioni dalla Terra. Nessuna delle due soluzioni può davvero comprendere la strana fisica che sta accadendo a questo pianeta che giace essenzialmente su un fianco. E anche se ci sono state molte architetture di missione proposte da andare a vedere, è sempre divertente dare un'occhiata a una nuova quando ne spunta fuori. Un team di Stanford ha ideato un nuovo concetto chiamato Sustain CubeSat Activity Through Transmitter Electromagnetic Radiation (SCATTER). È stata assegnata una sovvenzione al NASA Institute for Advanced Concepts per sviluppare ulteriormente l'idea. Hanno pubblicato un articolo poco fa e vale la pena approfondire qui.

Uno dei principali ostacoli da superare nell’esplorazione di Urano è come alimentare una missione lì. È troppo lontano perché i pannelli solari possano essere effettivamente di grande utilità, quindi l’unica altra opzione praticabile è un generatore termico a radioisotopi (RTG). Questi sono stati utilizzati in missioni come le sonde Voyager e da allora sono stati migliorati in modo incrementale. Tuttavia, sono grandi e ingombranti, il che li rende poco pratici per i satelliti più piccoli.

Urano ha anche un ambiente dinamico che sarebbe difficile da monitorare da un solo satellite. Il suo campo magnetico, una delle parti più interessanti del sistema uraniano, cambia quasi ogni giorno. Una singola sonda orbitale difficilmente riuscirebbe a rilevare i cambiamenti necessari in quel sistema, dato che può raccogliere solo un singolo punto spaziale di dati sul campo magnetico in un dato momento.

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Sarebbe meglio avere più sonde con sensori posizionate in tutto il sistema uraniano. In questo modo, hanno potuto osservare il cambiamento dinamico del campo magnetico mentre avviene da diversi punti di vista spaziali. Ma qualsiasi sistema di prova multipla di questo tipo sarebbe proibitivamente costoso da inviare su Urano con il proprio RTGS.

Così la dottoressa Sigrid Close e il suo team a Stanford hanno deciso di provare un’altra tecnica emergente per vedere se potevano risolvere il problema: il power beaming. Recentemente abbiamo riferito di un test riuscito di un satellite energetico che trasmette energia sulla Terra come parte di un esperimento unico nel suo genere. Tuttavia, nulla nelle leggi della fisica limita la trasmissione di potenza da un satellite a una stazione di terra. La stessa tecnologia può alimentare da remoto qualsiasi dispositivo in qualsiasi punto del sistema solare.

Il sistema sviluppato dalla Dr. Close e dal suo team si basava sull'idea di una stazione base con un potente RTG che avrebbe poi rilasciato una serie di CubeSat più piccoli con sensori su di essi in tutto il loro sistema uraniano. La stazione base fungerebbe quindi da fonte di alimentazione e hub di comunicazione per i CubeSat in tutto il sistema. Genererebbe energia utilizzando il suo RTG e la trasmetterebbe ai CubeSat tramite raggi di potenza. Questi CubeSat, a loro volta, monitorerebbero l’ambiente locale in cui si trovano e trasmetterebbero dati come campi magnetici e altre radiazioni EM alla stazione base, che potrà poi trasmetterli alla Terra utilizzando il suo sistema di comunicazione molto più robusto.

Inoltre, i CubeSat potrebbero anche potenzialmente utilizzare l’energia trasmessa loro dalla stazione base per navigare. Dispiegando un tipo di vela solare, i CubeSat potrebbero utilizzare la pressione di radiazione fornita dal raggio di potenza per farsi strada attraverso il sistema uraniano, che, oltre al massiccio pianeta, contiene almeno 27 lune diverse.

Comprendere la fisica fondamentale dietro la trave di potenza e il sistema di propulsione a vela è stato al centro di un rapporto della Dott.ssa Close e dei suoi colleghi pubblicato al Forum AIAA SCITECH nel 2022. Principalmente l'interesse era su quale dimensione di CubeSat sarebbe stata ideale per la missione . Hanno optato per un Cubesat da 0,5U che misurava circa 10 cm x 10 cm x 5 cm e pesava circa 500 g. Questa configurazione ha offerto il miglior compromesso tra agilità e capacità di trasferire potenza.