Kde by byla předpověď počasí bez družicových údajů – ať už jde o běžné povídání o tom, zda bude zítra svítit slunce, nebo jde o životy zachraňující predikci vývoje hurikánu. Díky družicím mají odborníci v ruce data, která nám mohou pomoci připravit se na blížící se bouře a jiné výkyvy počasí, nebo vytipovat lokality, které v první řadě vyžadují evakuaci. Meteorologické družice byly vždy velké a jejich stavba trvala několik let. Mnohé z nich si svými rozměry nezadají s malými autobusy. To se ale může v budoucnu změnit ve prospěch družic, jejichž rozměry můžeme přirovnat ke krabici od bot. První krok nás čeká již brzy. Americký cubesat s celým názvem Microwave Radiometer Technology Acceleration (zkráceně MiRaTA) se na oběžnou dráhu Země vydá společně s velkou družicí JPSS-1. MiRaTA má ověřit, zda mohou malé družice nést technologie, které mohou do budoucna snížit cenu a velikost příštích meteorologických družic a které mají potenciál ke sběru užitečných informací.

Mikrovlnné radiometry jsou jedním z široce využívaných přístrojů na dnešních meteodružicích. Jejich úkolem je měřit radiofrekvenční signály spojené s tepelným zářením, které vydávají plyny v atmosféře jako je molekulární kyslík, vodní pára, ale i ledové částice v mracích. Právě tato data jsou klíčovým zdrojem informací pro předpovědní modely. S jejich pomocí můžeme predikovat vývoj bouří a dalších jevů. Abychom získali správná data, je u těchto přístrojů důležitá jejich kalibrace, která zajistí, že se měření neodchýlí od reality a stále bude poskytovat důvěryhodné údaje. Proto na družicích často najdeme kalibrační terče, které pomáhají udržovat požadovanou přesnost.

Snaha o vytvoření zmenšeného mikrovlnného radiometru, který se má vejít do cubesatu, vedla k mnoha technologickým výzvám. Vývojáři si například museli poradit i s tím, aby kalibrační přístroj byl nejen přesný, ale i malý. „Na cubesatu není místo pro rozměrné kalibrační terče, které se normálně používají na velkých družicích,“ popisuje Kerri Cahoy z Massachusetts Institute of Technology, která stála v čele týmu, který vyvíjel cubesat MiRaTA a dodala: „Na velkých družicích mohou mít takové terče velikost toasteru, kdežto my jsme potřebovali něco o velikosti balíčku karet.“

Nakonec tým specialistů vsadil na techniku radiového zákrytu (radio occultation), při které se radiové signály z navigačních družic na vyšších oběžných drahách používají k měření teploty stejné oblasti atmosféry, kterou sleduje i radiometr. A právě teplotní údaje z měření tohoto radiového zákrytu družic GPS se dá použít ke kalibraci malého přístroje.

„Už v hodinách fyziky se děti učí, že když částečně ponoříte tužku do vody, vypadá jako zlomená. Je to tím, že světlo se ve vodě ohýbá jinak než ve vzduchu,“ popisuje zjednodušeně celý princip Kerri Cahoy a pokračuje: „Radiové vlny se chovají podobně jako světlo. Lámou se, pokud přechází mezi různě hustými vrstvami vzduchu. My můžeme změřit velikost tohoto lámání, abychom změřili teplotu okolní atmosféry s téměř dokonalou přesností. Tato data pak pomohou s kalibrací radiometru.“

V roce 2012 NASA vyhlásila program InVEST (In-Space Validation of Earth Science Technologies), který hledal návrhy na demonstraci nových technologií. Tato možnost zaujala Kerri Cahoy a jejího kolegu Williama Blackwella, kteří se rozhodli, že svou teorii ověří. Studenti, které Kerri Cahoy učila, dostali možnost se projektu zúčastnit a ověřit, zda je základní myšlenka realizovatelná. Když se dvěma studentům pomocí počítačové simulace podařilo prokázat, že radiové zákryty mohou sloužit jako zdroj dat pro kalibraci radiometru, Cahoy a Blackwell se obrátili na Rebeccu Bishop z Aerospace Corporation. Tato firma vyrobila senzory radiového zákrytu družic GPS s rozměry pro cubesaty a přidala se k vznikajícímu projektu. V té době už měli tvůrci nápadu dostatečnou podporu, aby mohli sepsat kompletní technologický návrh cubesatu MiRaTA adresovaný NASA. Na jaře roku 2013 tým dostal potěšující zprávu o přidělení financí.

Stavba samotného cubesatu byla týmová. Rebecca Bishop upravila komerčně dostupné GPS přijímače tak, aby prováděly měření radiových zákrytů pro kalibraci, MIT Lincoln Laboratory a University of Massachusetts poskytly inženýrské schopnosti k další miniaturizaci mikrovlnného radiometru a Cahoy s týmem svých studentů postavila samotné tělo cubesatu.

„Stavba takto malé družice může být pěkně složitá, protože do malého prostoru musíte dostat baterie, vysílač, počítač, antény, skládací solární panely a samotné užitečné vybavení,“ uvedla Cahoy a dodala: „Ve výsledku pak bojujete se svazkem kabelů a konektorů, které musíte dostat do malého prostoru. Ale ta práce má význam a vyplatí se pokud vše půjde tak, jak má a přijdou velké vědecké objevy.“

V ideálním případě by měl být cubesat MiRaTA tři týdny po startu plně funkční a během tří měsíců pak tým nasbírá dostatek validačních dat z radiometru samotného i z GPS přijímače. Hlavní cíl celé mise, tedy prokázání, že technologie byla úspěšně prověřena, by však měl přijít až později – minimálně za půl roku, protože všechna data se budou muset důkladně analyzovat.

Pokud bude technologie kalibrace na cubesatu MiRaTA úspěšná, Kerri Cahoy má už se systémem velké plány. Představuje si síť těchto cubesatů, které by obíhaly kolem celé Země a každých 15 minut by pořizovaly měření o stavu atmosféry a počasí. Tato frekvence plně stačí k tomu, abychom mohli v reálném čase sledovat vývoj bouří a hurikánů. „Naším cílem je, abychom měli radiometry stejně kvalitní jaké jsou na současných meteodružicích. Stejně tak chceme být schopni poskytovat tato data všem agenturám a lidem, kteří v případě přírodních katastrof pomáhají včas upozorňovat na hrozící nebezpečí.“

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
http://spaceflight101.com/
https://www.nasa.gov/
https://esto.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/…/image/mirata_logo.png?itok=QdufDfut
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/dsc_0623cropped11.jpg
http://kcahoy.scripts.mit.edu/…/2015/11/Cahoy03-e1448526438684.jpg
http://spaceflight101.com/jpss-1/wp-content/uploads/sites/190/2017/11/Mirata_Real.jpg