NASAs SET-mission for at studere satellitbeskyttelse er klar til opsendelse

NASA's Space Environment Testbeds, eller SET, vil opsende i juni 2019 på sin mission om at undersøge, hvordan man bedre kan beskytte satellitter i rummet. SET får en tur til rummet på et US Air Force Research Lab-rumfartøj ombord på en SpaceX Falcon Heavy-raket fra NASAs Kennedy Space Center i Florida.

SET studerer selve rummets natur – som ikke er helt tomt, men fyldt med stråling - og hvordan det påvirker rumfartøjer og elektronik i kredsløb. Energetiske partikler fra Solen eller det dybe rum kan udløse hukommelsesskader eller computerforstyrrelser på rumfartøjer, og over tid, nedbryde hardware. SET søger at forstå disse effekter bedre for at forbedre design af rumfartøjer, ingeniørarbejde, og operationer, og undgå fremtidige uregelmæssigheder. Beskyttelse af rumfartøjer er en vigtig del af NASAs mission, da agenturets Artemis-program søger at udforske Månen og videre.

"Da rumstråling er en af ​​de primære farer, rummissioner støder på, at forske i måder, hvorpå de kan forbedre deres evner til at overleve i disse barske miljøer, vil øge overlevelsesevnen for missioner nær Jorden såvel som missioner til Månen og Mars, " sagde Reggie Eason, SET projektleder ved NASAs hovedkvarter i Washington.

SET sigter mod en del af jordens nærområde kaldet spalteregionen:kløften mellem to af Jordens enorme strålingsbælter, også kendt som Van Allen bælterne. De doughnut-formede Van Allen-bælter syder af stråling fanget af Jordens magnetfelt. Hvor SET-baner menes at være roligere, men kendt for at variere under ekstreme rumvejrstorme drevet af Solen. Hvor meget det ændrer sig præcist, og hvor hurtigt, forbliver usikker.

"Der har ikke været for mange målinger til at fortælle os, hvor slemt det går i slotregionen, " sagde Michael Xapsos. Xapsos er et af to medlemmer på SET Project Scientist Team sammen med astrofysiker Yihua Zheng ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Det er derfor, vi tager dertil. Før vi sætter satellitter der, du skal være opmærksom på, hvor varierende omgivelserne er, " sagde Xapsos.

Slot-regionen er attraktiv for satellitter - især navigations- og kommunikationssatellitter - fordi fra omkring 12, 000 miles op, det tilbyder ikke kun et relativt venligt strålingsmiljø, men også en vid udsigt over Jorden. Under intense magnetiske storme, imidlertid, energiske partikler fra det ydre bånd kan strømme ind i spalteområdet.

SET vil undersøge slotområdet, at levere nogle af de første dag-til-dag vejrmålinger af dette særlige kvarter i nær-jorden rum. Missionen studerer også de fine detaljer om, hvordan stråling beskadiger instrumenter og tester forskellige metoder til at beskytte dem, hjælpe ingeniører med at bygge dele, der er bedre egnet til rumflyvning.

"Elektroniske enheder i disse dage er så små, kompliceret og hurtigt, " sagde Xapsos. Jo mindre en enhed er, jo mere sårbar den er over for strålingsskader, og jo mere udfordrende er det at forudsige dens ydeevne i rummet. "SET vil give os mulighed for bedre at forstå, hvad der sker, når en ion rammer en enhed, og at forbedre modeller for, hvor ofte disse forstyrrelser opstår."

Der er to slags strålingsskader, som SET undersøger. De første er kendt som enkelthændelseseffekter - dvs. hvad sker der, når en højenergi-ion accelereret af et soludbrud eller fra en galaktisk kosmisk stråle gennemborer elektronik. Disse strejker sker tilfældigt, en partikel ad gangen, og indlæs et kredsløb med ekstra elektrisk ladning. Resultatet kan være en datavending - i binær kode, for eksempel, at vende et 0 til et 1 – det påvirker den lagrede hukommelse eller de programmer, der kører rumfartøjer. Mange rumfartøjer er udstyret til at komme sig over disse problemer, men i værste fald de kan forårsage systemnedbrud og katastrofal skade.

Men disse dramatiske slag er ikke den eneste bekymring - mildere stråling over tid forringer også kredsløb. Ladede partikler fanget i strålingsbælterne vejrer elektronik, gradvist reducere deres ydeevne, jo længere de er i kredsløb.

SET er udstyret med en rumvejrmonitor og tre printkorteksperimenter - hver ikke større end et postkort - for at studere begge typer skader.

CREDANCE – en forkortelse for Cosmic Radiation Environment Dosimetry and Charging Experiment – ​​er SETs rumvejrmonitor, bygget til at undersøge kosmiske stråler og partikler i strålingsbælterne. Disse er de højenergifragmenter af atomer, der kan gennembore rumfartøjets vægge, beskadige elektronik.

To kredsløbseksperimenter studerer også enkelthændelseseffekter. COTS-2—standing for Commercial Off the Shelf—collects information on the frequency of single event effects and how to mitigate them, especially in specialized computer chips. DIME—short for the Dosimetry Intercomparison and Miniaturization Experiment—consists of two separate boards that together demonstrate six different ways to measure space radiation using affordable, commercially available parts. The experiment can help future missions decide the best way to monitor radiation for their spacecraft.

Another circuit board experiment focuses on total radiation dose. ELDRS—short for Enhanced Low Dose Rate Sensitivity—is named for the mystery it studies:the ELDRS effect. This is what engineers call the intensified damage that certain types of electronics face when exposed to mild radiation over time—as opposed to the lesser damage experienced if exposed to the same total dose all at once. Information from this experiment will help improve test methods on Earth to make electronics space-ready.

Sammen, the SET experiments will expand our understanding of the near-Earth space environment and how its radiation impacts instruments. "SET data will directly go into improving our models so we can better evaluate the radiation environment future missions will encounter, " said Goddard aerospace engineer Megan Casey. Models are a key component in selecting and testing any electronics destined for spaceflight.

SET is part of the Space Environment Effects (SFx) experiment, one of three experiments on board the Demonstration and Science Experiments, or DSX, spacecraft being launched by the U.S. Air Force.

DSX is launching as part of the Space Test Program-2 (STP-2) mission, managed by the U.S. Air Force Space and Missile Systems Center (SMC). SET is one of four NASA missions on this STP-2 launch—all of which are dedicated to improving technology in space. DSX separates from the launch vehicle approximately 3.5 hours after launch.

SET is the latest addition to NASA's fleet of heliophysics observatories. NASA heliophysics missions study a vast interconnected system from the Sun to the space surrounding Earth and other planets, and to the farthest limits of the Sun's constantly flowing stream of solar wind. SET's observations provide key information on the Sun's effects on our spacecraft, enabling further exploration of space.