NASA-teamet forfølger klatter og bobler med den nye PetitSat-mission

At finde ud af, hvordan plasmabobler og -klatter påvirker hinanden og i sidste ende transmissionen af ​​kommunikation, GPS, og radarsignaler i Jordens ionosfære vil være opgaven for en nyligt udvalgt CubeSat-mission.

Et hold af NASA-forskere og ingeniører, ledet af Jeffrey Klenzing og Sarah Jones, forskere ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, for nylig vundet NASA-midler til at bygge plasmaforbedringer i Ionosphere-Thermosphere Satellite. Missionen, også kendt som petitSat, er en forløber for en mulig Explorer-klasse mission og udnytter flere F&U-understøttede teknologier, inklusive selve satellitbussen.

Når den opsendes fra den internationale rumstation i 2021, missionen vil studere tæthedsuregelmæssigheder i ionosfæren på mellem- og lavbreddegrad, som optager en lille brøkdel af atmosfæren og dybest set er et ioniseret lag, der eksisterer side om side med termosfæren omkring 50 til 250 miles over Jordens overflade.

Ionosfæren er et plasma, en ioniseret gas bestående af positive ioner og frie elektroner. Det er vigtigt at radiokommunikation på lang afstand, fordi den reflekterer radiobølger tilbage til Jorden. Følgelig, eventuelle forstyrrelser i plasmatætheden forstyrrer GPS- og radarsignaler.

Disse forstyrrelser eller uregelmæssigheder kommer i form af ionosfæriske udtømninger eller bobler, strukturer, der indeholder færre elektroner, og forbedringer eller klatter, der indeholder et større antal elektroner. "Alle disse uregelmæssigheder kan forvrænge transmissionen af ​​radiobølger, sagde Klenzing, missionens hovedefterforsker.

Blobs and Bubbles:A Different Story

Tidligere undersøgelser af klatterne indikerer, at de kan være det direkte resultat af bobler, der dannes nær den geomagnetiske ækvator, sagde Klenzing. Andre observationer, imidlertid, fortælle en anden historie. Blopperne kan observeres i områder, hvor bobler ikke strækker sig og kan dannes, når bobler ikke gør det.

De antyder, at flere mekanismer er på spil, inklusive hurtigt vandrende bølger, der kommer fra termosfæren, et varmt neutralt atmosfærisk lag, hvor det meste af ionosfæren befinder sig. Faktisk, disse bølgelignende termosfæriske strukturer skaber bølger i ionosfæren gennem ion-neutral træk - et fænomen kaldet Medium-Scale Traveling Ionospheric Disturbances, eller MSTID'er. De resulterende MSTID'er skaber elektriske felter, der kan transportere energi fra sommerhalvkuglen til vinterhalvkuglen. Det menes, at de observerede plasmaklatter er konsekvensen af ​​disse elektriske felter.

"Vores mission vil undersøge sammenhængen mellem disse to fænomener - forbedrede plasmadensitetsmålinger, eller klatter, og bølgevirkningen i termosfæren, " sagde Klenzing.

At finde ud af, holdet vil flyve to instrumenter:en version af det Goddard-udviklede ion-neutrale massespektrometer, eller INMS – verdens mindste massespektrometer, der har fløjet på ExoCube, en CubeSat-mission sponsoreret af National Science Foundation - og Gridded Retarding Ion Drift Sensor, eller GRIDS, leveret af Utah State University og Virginia Tech.

Massespektrometeret vil måle tæthederne af en række partikler i de øvre dele af Jordens atmosfære, observere, hvordan disse tætheder ændrer sig som reaktion på daglige og sæsonbestemte cyklusser. Det universitetsleverede instrument, i mellemtiden, vil måle fordelingen, bevægelse, og ionernes hastighed.

Dellingr-baseret mission

Holdet vil integrere sine instrumenter på et Dellingr-baseret rumfartøj. Et team af Goddard-ingeniører skabte specifikt denne 6U CubeSat for at demonstrere, at disse små fartøjer kunne være pålidelige og omkostningseffektive, samtidig med at de leverer overbevisende videnskab. Dellingr, som også bærer INMS, magnetometre, og andre teknologier, forventes lanceret i august.

I modsætning til Dellingr, hvis solpaneler er monteret på siden af ​​rumfartøjet, petitSat vil flyve deployerbare solcellepaneler - en forbedring, der vil give missionsoperatører mulighed for lettere at pege arrays mod solen for at genoplade batterierne. Den vil også bære en mere avanceret stjernetracker, sagde Jones, INMS hovedefterforsker.

Når petitSat er indsat 249 miles over Jorden - i overensstemmelse med den internationale rumstations kredsløb - vil de resulterende data blive sammenlignet med dem, der er indsamlet af andre jord- og rumbaserede aktiver, sagde Klenzing. "Gennem sammenlignende analyse, vi vil bringe afslutningen på vores centrale videnskabelige spørgsmål:hvad er forbindelsen mellem plasmaforbedringer og MSTID'er. Vi har studeret stumper og stykker, men vi har aldrig haft et komplet udvalg af instrumenter."