Ein bahnbrechender Mini-Wettersatellit der NASA beendet seine Mission

RainCube, der zur Erforschung von Stürmen entwickelt wurde, war der erste CubeSat, der ein wissenschaftliches Radarinstrument mit sich führte.

Nach fast zweieinhalb Jahren im Orbit hat ein schuhkartongroßer Wettersatellit ein letztes Mal nach Hause telefoniert, bevor er in die Erdatmosphäre eintaucht und am 24. Dezember 2020 verglüht. RainCube (Radar in einem CubeSat) war eine Technologiedemonstration, die zeigen sollte, dass die Verkleinerung eines Wetterradars in einen kostengünstigen Miniatursatelliten, einen sogenannten CubeSat, Daten in wissenschaftlicher Qualität liefern kann.

RainCube wurde am 13. Juli 2018 von der Internationalen Raumstation aus gestartet und hatte eine primäre Mission von drei Monaten. Das Instrument des CubeSat „sah“ Regen und andere Arten von Niederschlag, indem es Radarsignale von Regentropfen, Eis und Schneeflocken abprallen ließ und die Stärke und die Zeit maß, die die Signale benötigten, um zum Satelliten zurückzukehren. Es lieferte den Wissenschaftlern Bilder davon, was in den Stürmen auf der ganzen Welt geschah.

Radarinstrumente auf großen Erdbeobachtungssatelliten führen solche Messungen schon seit Jahren durch. „Aber das Wichtigste bei RainCube war nicht, neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen“, sagt Simone Tanelli, RainCube-Chefwissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Stattdessen ging es darum, zu zeigen, dass wir ähnliche Daten mit einer Box liefern können, deren Volumen etwa 100 Mal kleiner ist als das eines vollwertigen Satelliten.“

RainCube hielt weit länger als die ursprünglich geplanten drei Monate durch und ermöglichte es den Forschern, zeitgleich mit einem anderen CubeSat namens TEMPEST-D Daten zu den Hurrikanen Marco und Laura im Jahr 2020 zu sammeln. Die beiden CubeSats nutzten verschiedene Arten von Instrumenten, um unterschiedliche, aber sich ergänzende Beobachtungen zu sammeln, die den Forschern einen 3D-Blick in das Innere dieser aufgewühlten Stürme ermöglichten.

„Das öffnete die Tür zu etwas, das Geowissenschaftler wirklich begeistert, nämlich mehrere CubeSats gleichzeitig zu nutzen, um unseren Planeten zu untersuchen“, sagt Shannon Statham, RainCube-Projektmanagerin am JPL.

Das Füllen der Lücken

Die Erdatmosphäre ist ständig in Bewegung, und einige Phänomene – wie Stürme – können sich von Minute zu Minute ändern. Aktuelle Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn können einen Sturm ein- oder zweimal am Tag beobachten, je nachdem, wo sich der Sturm befindet. Das bedeutet, dass viele Stunden zwischen den Beobachtungen eines einzelnen Sturms vergehen können. Der Einsatz einer Flotte von Satelliten, die im Abstand von Minuten fliegen, könnte den Forschern feinkörnige zeitliche Daten liefern, um diese Lücken in der Abdeckung zu schließen.

Aber ein großer Erdbeobachtungssatellit kann Hunderte von Millionen Dollar kosten, um ihn zu bauen, zu starten und zu betreiben, und viele sind so groß wie Autos oder Busse. „Es wäre unmöglich, eine Flotte dieser Satelliten in voller Größe zu fliegen, weil es nicht bezahlbar wäre“, sagt Tanelli.

CubeSats hingegen können von der Größe einer Müslischachtel bis zu einem Toaster reichen, und ihr Bau, Einsatz und Betrieb können weniger als 10 Millionen Dollar kosten. Dieser niedrigere Preis könnte Forschern die Möglichkeit geben, mehrere dieser winzigen Satelliten gleichzeitig fliegen zu lassen.

Große Dinge in kleinen Paketen

Die winzige Statur eines CubeSat erfordert jedoch umfangreiche technische Maßnahmen, um ein Instrument zu verkleinern und gleichzeitig seine Fähigkeit zur Sammlung und Übertragung wissenschaftlicher Daten zu erhalten. Andere Geräte, wie die Radarantenne, die Signale empfängt, müssen ebenfalls überarbeitet werden.

Hier kommen Technologie-Demonstrationen wie RainCube ins Spiel. Für diese spezielle Mission haben die Ingenieure die Innereien eines Radargeräts in voller Größe auf das Wesentliche reduziert und neu gestaltet, wie die Teile zusammenpassen. Die Antenne – inspiriert von einer Antenne, die von der University of Southern California für ihren Aeneas CubeSat entwickelt wurde – wurde von einer starren Struktur zu einer Art Regenschirm mit zusammenklappbaren Komponenten, die sich zu einem ultrakompakten Volumen zusammenfalten und im Weltraum wieder entfalten können. Die RainCube-Ingenieure führten dieses mechanische Origami durch, bauten ihre Kreation und brachten den CubeSat innerhalb von drei Jahren ins All.

„RainCube ist mein Baby“, sagte Statham, der – zusammen mit Tanelli und JPL Principal Investigator Eva Peral – das Projekt von Anfang an begleitet hat. „Daher ist sein Ende bittersüß, denn wir hatten gehofft, etwas mehr Zeit mit ihm zu haben, aber wir haben gezeigt, dass wissenschaftliche Missionen mit CubeSats möglich sind, was unser Ziel war.“

Mehr über die Mission

RainCube ist eine Technologie-Demonstrationsmission, um Ka-Band-Niederschlagsradar-Technologien auf einer kostengünstigen, schnell einsatzbereiten Plattform zu ermöglichen. Sie wird vom Earth Science Technology Office der NASA im Rahmen des InVEST-15-Programms gesponsert. JPL arbeitete mit Tyvak Nanosatellite Systems, Inc. in Irvine, Kalifornien, zusammen, um die RainCube-Mission zu fliegen. Das Caltech in Pasadena, Kalifornien, verwaltet das JPL für die NASA.

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