PICASSO, ESA’s CubeSat om geheimen van zonsopgang te achterhalen

CubeSats zijn miniatuursatellieten die zijn opgebouwd uit gestandaardiseerde dozen van 10 centimeter. De PICo-satelliet voor Atmospheric and Space Science Observations, ofwel PICASSO, ontwikkeld met ESA door het Belgische Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA), is een ‘3-unit’ CubeSat met  twee wetenschappelijke ladingen. Het bevat een verkleinde spectrometer voor het monitoren van de atmosfeer, evenals monstersondes (genaamd 'SLP') om het ruimteplasma rond de nanosatelliet te meten.

“PICASSO is in principe een experiment,” legt projectwetenschapper Didier Fussen uit, die de Solar Radiation Department bij BIRA leidt. “Kan een instrument dat betrouwbare wetenschappelijke metingen van de ozonlaag levert, een essentiële parameter voor de gezondheid van het leven op aarde, worden ondergebracht op een platform ter grootte van een schoenendoos?”

“Het antwoord blijkt ‘ja’ te zijn. Om dit mogelijk te maken hebben wij samengewerkt met onze partners AAC Clyde Space in Schotland die onze CubeSat hebben gebouwd, en VTT Finland die ons voorzag van een aangepaste verkleinde spectrometer.”

“Ondertussen hebben BIRA-collega’s een viertal zelfgemaakte Langmuir-sondes ter beschikking gesteld om van deze vluchtmogelijkheid gebruik te maken. Uitgaande van de zonnepanelen van de nanosatelliet zullen deze 'SLP'-sondes variaties in het ruimteplasma in de baan van PICASSO meten, waardoor een nieuw perspectief op het ruimteweer wordt geopend.”

“De andere essentiële elementen die de missie mogelijk maakten, waren de financiële steun van BELSPO (het Belgische Federaal Wetenschapsbeleid), de UK Space Agency en de Belgische Nationale Loterij, evenals de technische steun van ESA: CubeSats zijn kleinschalig en gebruiken commerciële kant-en-klare onderdelen om de betaalbaarheid te verhogen, maar voor wetenschappelijke doeleinden begint hun algemene complexiteit op die van een standaardmissie te lijken.”

Iets in de lucht

Gericht op de studie van de bovenste atmosfeer heeft BISA in de loop der jaren instrumenten geleverd voor vele andere satellieten, met name door het voorstel voor de komende ESA Earth Watch mission Altius die de ozonlaag en de bovenste atmosfeer over een veel bredere spectrale lijn zal volgen, maar PICASSO is de eerste CubeSat-missie van het Instituut.

De impuls voor de wereldwijde ozonbewaking vanuit de ruimte gaat terug tot het midden van de jaren '80, en de schokkende ontdekking van een gat in de ozonlaag door zuidpoolwetenschappers, die vervolgens werd bevestigd door satellietgegevens. De bevinding dat de ozonlaag dunner werd door door de mens veroorzaakte gassen was slecht nieuws, omdat deze een vitale rol speelt bij het beschermen van het leven tegen schadelijke ultraviolette straling.

Als reactie daarop is, parallel aan het internationale verbod op de verantwoordelijke 'chloorfluorkoolstof'-gassen, een nieuwe generatie instrumenten voor ozonbewaking ontworpen en gelanceerd, waaraan het BIRA in veel gevallen een bijdrage heeft geleverd. ESA’s Envisat-milieusatelliet die in 2002 werd gelanceerd, had bijvoorbeeld alleen al drie van dergelijke atmosferische sondes.

“Het resultaat was iets van een gouden eeuw voor ozonbewaking met een goede verticale resolutie,” voegt Dr Fussen toe, “maar daar komt nu een einde aan omdat de meeste missies het einde van hun leven bereiken. PICASSO zal dus dienen als een demonstrator van de capaciteit van kleine satellieten om toezicht te houden op de samenstelling van de atmosfeer.”

 “De huidige trends suggereren dat het ozongat zich geleidelijk aan stabiliseert of herstelt, maar we kunnen niet simpelweg hopen op het beste,” zegt Didier. “Atmosferische dynamiek heeft een grote natuurlijke variabiliteit van jaar tot jaar, wat een voortdurende observatie vereist.”

PICASSO’s spectrometer werkt op basis van zone-occultatiemethode, een verfijnde versie van ‘zoek de verschillen’. Het vergelijkt de spectrale kenmerken van het zonlicht dat door de atmosfeer schijnt met het zonlicht dat direct door de ruimte komt om de ozonconcentratieprofielen verticaal in kaart te brengen.

Door twee keer per baan de zonsopgang en -ondergang te observeren, zal de CubeSat ook een experimentele methode proberen om de temperatuur van de bovenste atmosfeer te meten. Didier legt uit: “Terwijl we de zonneschijf in beeld brengen, meten we hoe deze is vervorms door het lenseffect van de atmosferische breking, waardoor ze er kleiner en minder cirkelvormig uit ziet. Uit deze 'hoekgroottevariatie' kan de dichtheid van de lucht op grote hoogte worden berekend en daaruit kan de temperatuur worden afgeleid.”

PICASSO is ondersteund via het ‘Fly’-element van ESA’s General Support Technology Programme, dat veelbelovende technologieën voor de ruimtevaart voorbereidt. Het zal samen met tientallen andere CubeSats en kleine satellieten aan boord van de inhuldigingsvlucht van ESA’s Vega Small Spacecraft Mission Service deze zondagochtend vroeg worden gelanceerd.

Over SSMS

Vega’s Small Spacecraft Mission Service (SSMS) ‘dispenser’ of verspreider biedt lanceermogelijkheden voor meerdere lichte satellieten met een algehele massa variërend van CubeSats van 0,2 kg tot minisatellieten van 400 kg. 

De SSMS kent een lichtgewicht modulair ontwerp dat bestaat uit een onder- en bovendeel, elk met bevestigingen die gebruikt kunnen worden voor een reeks satellietconfiguraties afhankelijk van de vereisten.

Over Vega

Vega  is een 30 meter hoge, viertraps draagraket die opereert vanuit de Europese ruimtebasis in Frans-Guyana. Deze is ontworpen om tussen 300 kg en 1,5 ton laadvermogen te tillen, afhankelijk van de baan en de hoogte. 

ESA’s toekomstige Vega-C, een krachtigere versie van Vega, zal een extra 700 kg aan capaciteit en groter volume bieden binnen een bredere draagraket tegen vergelijkbare kosten van Vega – dit maakt nog meer passagiers per individuele lancering mogelijk tegen aanzienlijk lagere kosten per kilogram.

A propos de SSMS

Le dispenseur Small Spacecraft Mission Service (SSMS) de Vega offre des occasions de lancement à plusieurs satellites légers d’une masse totale allant de CubeSats de 0,2 kg jusqu’à des minisatellites de 400 kg.

Le SSMS présente une conception modulaire légère comprenant une partie inférieure et une partie supérieure, chacune équipée de fixations pouvant être utilisées pour recevoir un éventail de configurations de satellites en fonction des besoins.

A propos de Vega

Vega est un lanceur haut de 30 m et comprenant 4 étages qui est opéré depuis le port spatial de l’Europe en Guyane française. Il a été conçu pour emporter une charge utile allant de 300 kg à 1,5 tonne en fonction de l’orbite et de l’altitude.

Le futur Vega-C développé par l’ESA est une version plus puissante de Vega qui offrira une capacité supplémentaire de 700 kg et un volume augmenté à l’intérieur d’une coiffe plus large, le tout à un coût similaire à Vega, permettant ainsi d’emporter plus de passagers par lancement individuel à un coût par kilogramme plus bas.