NASA-teamet miniaturiserer århundredgammel teknologi til brug på CubeSats

En århundrede gammel teknologi, som videnskabsmænd bruger til at undersøge ionosfæren - det vigtige atmosfæriske lag, der kan forstyrre transmissionen af ​​radiobølger - bliver mindre.

Et hold af NASA-forskere og ingeniører ved Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, opgraderer og miniaturiserer elektronikken på et prototypeinstrument, kaldet koncentration vs. højde for en kredsende elektromagnetisk ekkolod, eller EKKOER. Enheden kunne bruges til at "lyde" ionosfæren fra enten et jordbaseret observatorium eller i sidste ende en konstellation af CubeSats.

Det ionosfæriske lag, som er elektrisk ladet eller ioniseret primært af ekstrem ultraviolet stråling, der kommer fra solen om dagen eller ved bombardement af kosmiske stråler om natten, er af interesse for videnskabsmænd på grund af den rolle, det spiller i transmissionen af ​​radiobølger.

Afhængig af koncentrationen af ​​elektroner i ionosfæren og frekvensen af ​​radiobølgerne, laget reflekterer radiobølger til Jorden, i stedet for at lade dem flygte ud i rummet. Imidlertid, soludbrud, det spontane udbrud af højenergistråling fra solens overflade, kan forårsage en kraftig stigning i antallet af ioniserede partikler, dermed ændrer højden og tætheden af ​​partiklerne.

"Tyngekraften trækker det tættere plasma (ioniseret gas) ned mod Jorden til lavere højder, der er mindre tætte. Dette er en ustabil konfiguration, " sagde ECHOES Principal Investigator og Goddard-videnskabsmand Mark Adrian. "Denne bevægelse fører til en turbulent blanding af ionosfæren, ikke ulig at hælde fløde i din morgenkaffe. Dette producerer tæthedsuregelmæssigheder eller strukturer, der reflekterer og bryder radiobølger - hvad vi blot refererer til som interferens."

For at bestemme elektrontætheden lodret i ionosfæren, videnskabsmænd har længe brugt radiolydgivere - i det væsentlige, dedikerede radiostationer. En række forskellige radiofrekvenser er rettet lodret til ionosfæren, og en modtager opsamler og måler derefter værdierne af de returnerende signaler eller ekkoer.

Den umiddelbare plan er at bruge EKKOER på jorden, bidrager til et netværk af instrumenter, der understøtter forudsigelse af rum-vejr og kortlægning i realtid af ionosfæren. Imidlertid, instrumenterne kunne også flyve i rummet, for eksempel, i en konstellation af CubeSats, der ville gøre samtidige, flerpunktsonderinger af oversiden af ​​Jordens omsluttende ionosfære, som ligger 46 til omkring 621 miles over Jordens overflade.

Lydteknikken er mindst et århundrede gammel. Imidlertid, det var ikke før rumalderens daggry, at teknikken blev anvendt til raketsonder og fuldgyldige satellitmissioner, såsom den canadisk-byggede og NASA-lancerede Alouette 1 i 1962. For nylig, NASA lancerede Radio Plasma Imager på en mission kaldet Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration, eller BILLEDE. Også, Jet Propulsion Laboratory, i samarbejde med sine europæiske partnere, forudsat en anden lydgiver, Mars Advanced Radar til underjordisk og ionosfærisk sondering, til Den Europæiske Rumorganisations Mars Express-mission.

"I bund og grund, det, vi gør, er at miniaturisere en 100 år gammel radiomodtagers signalbehandlingsteknologi, " sagde ECHOES co-principal investigator Damon Bradley, der ledede udviklingen af ​​det digitale signalbehandlingssystem til radiometeret på NASA's Soil Moisture Active Passive, eller SMAP mission, som sporer globale jordfugtighedsniveauer. "ECHOES er i bund og grund en lavfrekvent radar, der bruger rumbaseret digital signalbehandling, som på SMAP, men for at sondere ionosfæren i modsætning til at kortlægge globale jordfugtighedsniveauer."

Før det miniaturiserede instrument kan flyve i rummet, imidlertid, holdet skal bevise, at det er i stand til at opnå tæthedsmålinger i et relevant miljø. Som en del af deres teknologiudviklingsindsats, holdet planlægger at integrere ECHOES elektronik og antennesystemer med anden instrumenthardware og udføre en test ved Goddard Geophysical and Astronomical Observatory senere på året.

"En vellykket proof-of-concept demonstration af ECHOES-instrumentet ville placere Goddard i en unik position til at konkurrere om andre fremtidige heliofysiske eller planetariske muligheder, især de involverede CubeSat eller small-satellit platforme, " sagde Adrian.