Os mini-satélites e suas potencialidades



Os mini-satélites, alguns menores que uma caixa de sapatos, estão atualmente em órbita em torno de 320km  acima da superfície da Terra. São menores e consequentemente muito mais baratos do que um satélite convencional: não só a construção é mais barata, mas também o transporte e o lançamento. E se formos pensar em pegada de carbono, é evidente que um mini-satélite deixa uma pegada muito menor.

Especialistas tem classificado os satélites de acordo com sua massa.  Um satélite convencional (como o GOES-16, por exemplo) é chamado de large satellite (satélite grande). A seguir, uma tabela que encontrei e minhas pesquisas e relaciona a massa do satélite com sua classificação.

Group name[1] Mass (kg)
Large satellite >1000
Medium satellite 500 to 1000
Mini satellite 100 to 500
Micro satellite 10 to 100
Nano satellite 1 to 10
Pico satellite 0.1 to 1
Femto satellite <0.1

Como o preço dos mini-satélites é reduzido em comparação ao de um satélite convencional, é possível que pequenos grupos de pesquisa consigam lançar seu próprio satélite. Por exemplo, uma Universidade pode, a princípio, lançar um mini-satélite uma vez que os custos envolvidos são compatíveis com os orçamentos típicos de um financiamento de pesquisa.

 

A partir de 1999, professores de Stanford e da California Polytechnic estabeleceram um padrão para nanosatélites. Eles criaram um sistema modular, com unidades nominais cúbicas (1U) de 10x10x10 cm e peso de 1 kg. São os CubeSats, que podem crescer em tamanho de acordo com a necessidade da pesquisa e de acordo com o orçamento. Graças aos CubeSats, países em desenvolvimento como por exemplo a Colômbia, Polônia, Estônia, Hungria, Romênia e Paquistão puderam lançar CubeSats como seus primeiros satélites, democratizando dessa forma a exploração espacial e a compreensão do Sistema Terra.

Uma unidade (1U) do CubeSat. Fonte: Wikimedia Commons

Os CubeSats foram incialmente projetados como ferramentas educacionais. Através deles, alunos puderam compreender as dificuldades de se lançar um satélite. Os alunos puderam  lidar com condições de vácuo, presença de lixo espacial,  radiação cósmica, grandes oscilações de temperatura, de alta velocidade, etc. De acordo com esse texto do The Conversation, já são quase 500 lançamentos de CubeSats até o presente momento.

Observe, no gráfico acima, o total de missões de lançamento do CubeSat. Cada cor representa o tipo de missão. Chama a atenção o aumento de lançamentos ao longo dos anos, indicando um sucesso do CubeSat. A cor vermelha mostra o uso comercial do CubeSat, ou seja, uma empresa privada pode lançar um satélite e ter acesso a dados meteorológicos ou espaciais. Antes do advento do CubeSat, apenas grandes agências governamentais podiam arcar com o lançamento de um satélite.

No entanto, a história dos mini satélites não começou agora no século XXI. O primeiro satélite pequeno a ser lançado foi o Sputnik I, lançado pela extinta União Soviética em 1957. O Sputnik I pesava 83kg e tinha como finalidade medir o campo gravitacional da Terra. Depois do Sputnink I, outros mini satélites foram lançados, principalmente pelos EUA, com finalidades diversas {x}. A grande diferença é que agora um mini satélite pode ser lançado com mais finalidade, ele ficou mais barato, comparativamente mais leve e com mais funções.

O uso de mini satélites e o HARP 

Não confundir com HAARP

HARP (Hyper-Angular Rainbow Polarímetro) é um satélite CubeSat financiado pelo programa NASA ESTO InVest e projetado para medir as propriedades de aerossóis e de  nuvens a partir do espaço. Os aerossóis são partículas sólidas e líquidas em suspensão na atmosfera (como poeira, fumaça, pólen, poluição de partículas da indústria, automóveis, etc.) provenientes de fontes naturais ou artificiais. Os objetivos científicos da HARP incluem a caracterização detalhada de partículas de aerossóis e as medidas das propriedades das partículas de nuvens (gotículas d’água ou cristais de gelo, que formam as nuvens), incluindo sua fase termodinâmica (gelo ou água) e o tamanho das gotas de água da nuvem.

Os aerossóis e as nuvens estão interconectados. Nesse post, mencionei que para que as gotículas de nuvem se formem, é necessário existir uma superfície para que o vapor d’água possa se condensar. Essa superfície é exatamente  um aerossol. Alguns aerossóis tem mais afinidade com a água (são higroscópicos) e possibilitam que as gotículas das nuvens cresçam mais rapidamente. Portanto, conhecer o tipo de aerossol presente em um determinado local e a distribuição desse aerossol (distribuição de tamanho e distribuição espacial) é um elemento que nos ajuda a compreender melhor o desenvolvimento das nuvens e claro, dessa maneira ajuda a entender melhor o processo de formação da chuva. Claro, isso pode significar uma melhoria na previsão do tempo. E poder prever chuva com qualidade e confiabilidade é essencial para diversas atividades humanas, destacando principalmente a produção de alimentos.

A modificação da quantidade e do tipo de partículas na atmosfera, por meio da poluição do ar, afetará o tipo, o tamanho e tempo de vida das nuvens, afetando assim o tipo e a quantidade da precipitação. Esses processos afetarão o ciclo global da água, o balanço energético e o clima da Terra.

Quando a luz solar interage com partículas de aerossol ou gotículas de nuvens na atmosfera, dispersa-se em direções diferentes, dependendo do tamanho, forma e composição do aerossol que encontrou. HARP medirá a luz espalhada que pode ser vista do espaço. Dessa maneira, será possível fazer inferências sobre as quantidades de aerossóis e os tamanhos de gotículas na atmosfera.

O HARP é um dos vários programas em andamento que aproveitam as vantagens dos CubeSats para a coleta de dados científicos. NASA, universidades e outras instituições estão explorando novas tecnologias de ciências da terra, ciclo radiativo da Terra, emissão de microondas da Terra, nuvens de gelo e muitos outros desafios de ciência e engenharia. Mais recentemente, o MIT foi financiado para lançar uma constelação de 12 CubeSats chamado TROPICS para estudar a precipitação e a intensidade das tempestades.