Poderíamos DISPERSAR CubeSats em torno de Urano para rastrear como ele muda

Jul 31, 2023

As missões de exploração do sistema solar exterior ainda são extremamente escassas, embora tenham sido altamente priorizadas no Levantamento Decadal da Ciência Planetária de 2013-2022. Na verdade, muitos planetas do sistema solar exterior nunca foram orbitados por uma sonda. Para um em particular – Urano – devemos confiar em dados da Voyager 2, com instrumentos concebidos há mais de 50 anos, ou em observações baseadas na Terra. Nenhuma das soluções pode compreender genuinamente a estranha física que ocorre neste planeta que está essencialmente deitado de lado. E embora existam muitas arquiteturas de missão propostas para dar uma olhada, é sempre divertido dar uma olhada em uma nova quando ela aparece. Uma equipe de Stanford criou um novo conceito chamado Atividade Sustentada do CubeSat por meio de Radiação Eletromagnética do Transmissor (SCATTER). Foi concedida uma bolsa do Instituto de Conceitos Avançados da NASA para desenvolver ainda mais a ideia. Eles lançaram um artigo há pouco tempo e vale a pena dar uma olhada aqui.

Um grande obstáculo a superar na exploração de Urano é como impulsionar uma missão lá. Está muito longe para que os painéis solares sejam efetivamente úteis, então a única outra opção viável é um gerador térmico de radioisótopos (RTG). Eles foram usados ​​em missões como as sondas Voyager e foram aprimorados gradativamente desde então. No entanto, são grandes e volumosos, o que os torna impraticáveis ​​para satélites mais pequenos.

Urano também possui um ambiente dinâmico que seria difícil de monitorar a partir de apenas um satélite. O seu campo magnético, uma das partes mais excitantes do sistema uraniano, muda quase diariamente. Seria improvável que uma única sonda orbital detectasse as mudanças necessárias naquele sistema, uma vez que só pode coletar um único ponto espacial de dados sobre o campo magnético a qualquer momento.

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Seria melhor ter múltiplas sondas com sensores colocados em todo o sistema uraniano. Dessa forma, eles poderiam observar a mudança dinâmica do campo magnético conforme ela acontece a partir de diferentes pontos de vista espacial. Mas qualquer sistema de múltiplas provas seria proibitivamente caro para ser enviado a Urano com o seu próprio LBTR.

Então, a Dra. Sigrid Close e sua equipe em Stanford decidiram tentar outra técnica emergente para ver se conseguiam resolver o problema – a transmissão de energia. Recentemente, relatamos um teste bem-sucedido de um satélite de energia que envia energia de volta à Terra como parte de um experimento inédito. No entanto, nada nas leis da física limita a transmissão de energia de um satélite de volta para uma estação terrestre. A mesma tecnologia pode alimentar remotamente qualquer dispositivo em qualquer lugar do sistema solar.

O sistema que Close e sua equipe desenvolveram dependia da ideia de uma estação base com um poderoso RTG que liberaria uma série de CubeSats menores com sensores em todo o sistema uraniano. A estação base serviria então como fonte de energia e hub de comunicações para os CubeSats em todo o sistema. Ele geraria energia usando seu RTG e a transmitiria aos CubeSats por meio de transmissão de energia. Esses CubeSats, por sua vez, monitorariam o ambiente local em que estão situados e retransmitiriam dados como campos magnéticos e outras radiações EM de volta à estação base, que poderia então transmiti-los de volta à Terra usando seu sistema de comunicação muito mais robusto.

Além disso, os CubeSats também poderiam usar potencialmente a energia transmitida a eles pela estação base para navegar. Ao implantar um tipo de vela solar, os CubeSats poderiam usar a pressão de radiação fornecida pelo feixe de energia para percorrer o sistema uraniano, que, além do enorme planeta, contém pelo menos 27 luas diferentes.

Compreender a física fundamental por trás do feixe de energia e do sistema de propulsão da vela foi o foco de um relatório da Dra. Close e seus colegas publicado no Fórum AIAA SCITECH em 2022. Principalmente o interesse estava em qual tamanho do CubeSat seria ideal para a missão . Eles escolheram um Cubesat de 0,5U medindo cerca de 10cm x 10cm x 5cm e pesando cerca de 500g. Esta configuração trouxe o melhor equilíbrio entre agilidade e capacidade de transferência de potência.