Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

NASA-teknolog udvikler selvkalibrering, hybrid rummagnetometer

Prototypen hybridmagnetometer flyver muligvis på en raket-mission, kaldet VISIONS-2, næste år. Kredit:NASA/W. Hrybyk

De har fløjet på højt profilerede interplanetære og mere beskedne lavjord-kredsende missioner, men i alle tilfælde vil de allestedsnærværende fluxgate magnetometre, som forskere bruger til at måle intensiteten af ​​et magnetisk felt, blive nedbrudt over tid.

En teknolog ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, udvikler nu et selvkalibrerende magnetometer, der ville være ideelt til måling af intensiteten og orienteringen af ​​magnetiske linjer fra både CubeSat og mere traditionelle rumfartøjer.

Med Goddards forsknings- og udviklingsfinansiering, Todd Bonalsky udvikler en fungerende prototype, som han planlægger at flyve på en missil-raket-mission kaldet Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2, eller VISIONS-2, i 2018. VISIONS-2 er designet til at studere udstrømningen af ​​iltioner fra Jordens øvre atmosfære og ind i magnetosfæren.

Prototypen kombinerer to typer magnetometre-den meget præcise fluxgate og det optisk pumpede atommagnetometer-til en relativt lille pakke, der kan bruges på missioner af konstellationstypen, hvor flere CubeSats indsættes til at samle samtidigt, observationer med flere punkter. Denne teknik er især effektiv til at studere Jordens stadigt skiftende, indhyllende magnetfelter.

"Vi har allerede vist, at vi kan tage relativt store, strøm-sultne fluxgate magnetometre og skrumpe dem ned for at flyve på CubeSats, "sagde Bonalsky, der med succes miniaturiserede et fluxgate -magnetometer til Dellingr CubeSat -missionen (dette kan linke til Dellingr -funktionen, der er planlagt til slutningen af ​​juli), som NASA for nylig lancerede. Et Goddard -team udviklede med vilje Dellingr for at forbedre pålideligheden af ​​disse små platforme.

"Nu, Jeg vil indarbejde vores miniaturiserede fluxgate med et absolut atommagnetometer for at skabe en fuldstændigt selvkalibrerende, miniaturiseret vektormagnetometer til CubeSats og små satellitter, ens. Dette har aldrig været gjort før, " han sagde.

Behov for et hybrid system

Behovet for et alt-i-et-instrument ligger i de iboende fordele og ulemper ved begge magnetometre, gjort mere udfordrende, da teknologer forsøger yderligere at skrumpe størrelsen af ​​disse instrumenter til at passe ind i CubeSats, hvis enheder kun måler fire tommer på en side.

Lavet af en kerne, som er meget modtagelig for magnetisering, og to trådspoler, der ligner en transformer, fluxgate magnetometre har længe været videnskabelige arbejdsheste på grund af deres generelle robuste konstruktion og nøjagtighed. De fungerer, når en vekselstrøm, eller AC, passeres gennem en spole, kaldet den primære, at producere et vekslende magnetfelt, der inducerer AC i den anden spole, kaldes det sekundære.

Intensiteten og fasen af ​​vekselstrømmen i den sekundære måles konstant. Når der sker en ændring i det ydre magnetfelt, output fra den sekundære spole ændres. Omfanget og fasen af ​​denne ændring kan analyseres for at bestemme intensiteten og orienteringen af ​​de pågældende magnetfelter. Følgelig, enheden måler ikke kun et objekts magnetfelt, men også dens retning, om det er nord, syd, øst, eller vest.

Imidlertid, stadigt skiftende temperaturer som dem, man støder på i rummet, reducerer dets ydeevne over tid. Følgelig, missionsplanlæggere flyver lejlighedsvis et atommagnetometer, der fungerer efter et andet sæt principper, for at opretholde fluxgate's kalibrering.

Først udviklet for mere end 50 år siden, atommagnetometre er lavet af alkaligasser, såsom rubidium eller cæsium, som udsender en frekvens, der er proportional med magnetfeltet. Med andre ord, de resonerer bogstaveligt talt - som et krystal vinglas, når dets kant gnides - hvilket angiver omfanget af et magnetfelt.

Atomiske magnetometre, desværre, er ikke et universalmiddel, enten. Selvom den ikke er tilbøjelig til at drive eller nedbrydes, de kan kun måle feltets størrelse, ikke dens retning.

Under hans R &D -finansiering, Bonalsky udvikler et selvkalibrerende hybridsystem, der kombinerer begge måleteknikker.

For at opnå dette, han har bygget en ultra-lille, "chip-skala" atommagnetometer filament, som han planlægger at installere inden for sensorspolerne på fluxgate magnetometeret, han udviklede til Dellingr -missionen. Derefter planlægger han at teste enheden på Goddards opgraderede magnetiske testfacilitet som forberedelse til dens mulige optagelse i den VISIONS-2-lydende raketmission.

"Hvis vi lykkes, Goddard vil være i spidsen for CubeSat magnetometri af videnskabelig kvalitet, " han sagde.

Små satellitter, herunder CubeSats, spiller en stadig større rolle i efterforskning, demonstration af teknologi, videnskabelig forskning og uddannelsesundersøgelser på NASA, herunder:planetarisk rumforskning; Jordobservationer; grundlæggende jord- og rumvidenskab; og udvikling af precursor science-instrumenter som banebrydende laserkommunikation, satellit-til-satellit-kommunikation og autonome bevægelsesmuligheder.