Twin NASA-satellitter til at studere signalforstyrrelser fra rummet

NASAs tvillinge E-TBEx CubeSats - en forkortelse for Enhanced Tandem Beacon Experiment - er planlagt til at blive opsendt i juni 2019 ombord på forsvarsministeriets Space Test Program-2-lancering. Opsendelsen omfatter i alt 24 satellitter fra regering og forskningsinstitutioner. De vil starte ombord på en SpaceX Falcon Heavy fra det historiske Launch Complex 39A ved NASAs Kennedy Space Center i Florida.

E-TBEx CubeSats fokuserer på, hvordan radiosignaler, der passerer gennem Jordens øvre atmosfære, kan forvrænges af strukturerede bobler i denne region, kaldet ionosfæren. Især problematisk over ækvator, disse forvrængninger kan forstyrre militær- og luftfartskommunikation samt GPS-signaler. Jo mere vi kan lære om, hvordan disse bobler udvikler sig, jo mere vi kan afbøde disse problemer – men lige nu, videnskabsmænd kan ikke forudsige, hvornår disse bobler vil dannes, eller hvordan de vil ændre sig over tid.

"Disse bobler er svære at studere fra jorden, " sagde Rick Doe, payload program manager for E-TBEx missionen på SRI International i Menlo Park, Californien. "Hvis du ser boblerne begynder at dannes, så flytter de sig. Vi studerer udviklingen af ​​disse funktioner, før de begynder at forvrænge radiobølgerne, der går gennem ionosfæren for bedre at forstå den underliggende fysik."

Ionosfæren er den del af Jordens øvre atmosfære, hvor partikler ioniseres - hvilket betyder, at de er adskilt i et hav af positive og negative partikler, kaldet plasma. Ionosfærens plasma er blandet med neutrale gasser, som luften vi indånder, så Jordens øvre atmosfære – og de bobler der dannes der – reagerer på en kompliceret blanding af faktorer.

Fordi dens partikler har elektrisk ladning, plasmaet i denne region reagerer på elektriske og magnetiske felter. Dette gør ionosfæren lydhør over for rumvejr:forhold i rummet, herunder skiftende elektriske og magnetiske felter, ofte påvirket af solens aktivitet. Forskere tror også, at trykbølger lanceret af store stormsystemer kan forplante sig op i den øvre atmosfære, skabe vinde, der former, hvordan boblerne bevæger sig og ændrer sig. Det betyder, at ionosfæren - og boblerne - er formet af både terrestrisk vejr og rumvejr.

E-TBEx CubeSats sender radiobeacon-signaler ved tre frekvenser - tæt på dem, der bruges af kommunikations- og GPS-satellitter - til modtagestationer på jorden, på hvilket tidspunkt videnskabsmænd kan registrere små ændringer i signalernes fase eller amplitude. Disse forstyrrelser kan derefter kortlægges tilbage til det område af ionosfæren, som de passerede igennem, give videnskabsmænd information om, hvordan disse bobler dannes og udvikler sig.

"Alle signaler skabes på samme tid - med den samme fase - så du kan se, hvordan de bliver forvrænget, når de passerer gennem boblerne, sagde Doe. ved at se på forvrængningerne, du kan tilbagevise oplysninger om mængden af ​​ruhed og tætheden i boblerne."

Dataene produceret af de to CubeSats suppleres af lignende beacons ombord på NOAAs seks COSMIC-2-satellitter. Ligesom E-TBEx CubeSats, COSMIC-2 beacons sender signaler ved tre frekvenser - lidt anderledes end dem, der bruges af E-TBEx - til modtagestationer på jorden. Kombinationen af ​​målinger fra alle otte satellitter vil give videnskabsmænd chancer for at studere nogle af disse bobler fra flere vinkler på samme tid.

E-TBEx's beacon blev bygget af et team hos SRI International, som også har designet og fremstillet beacons på COMSIC-2. E-TBEx CubeSats blev udviklet med Michigan Exploration Lab ved University of Michigan i Ann Arbor. Designet, fremstilling, integration og test blev for det meste udført af hold af bachelor- og kandidatstuderende.

"At bygge og teste E-TBEx var ret komplekst på grund af antallet af deployerbare dele, " sagde James Cutler, en rumfartsingeniørprofessor ved University of Michigan, der ledede de studerendes hold, der arbejdede på E-TBEx. "Nyttelasten er i bund og grund en flyvende radiostation, så vi har fem antenner at installere – fire med hver to segmenter – og, også, fire solpaneler."

Hvad forskere lærer af E-TBEx kan hjælpe med at udvikle strategier til at undgå signalforvrængning - f.eks. giver flyselskaber mulighed for at vælge en frekvens, der er mindre modtagelig for forstyrrelser, eller lade militæret udsætte en nøgleoperation, indtil en potentielt forstyrrende ionosfærisk boble er passeret.

STP-2 administreres af U.S. Air Force Space and Missile Systems Center. Forsvarsministeriets mission vil demonstrere Falcon Heavy-rakettens evner, mens den leverer satellitter til flere baner rundt om Jorden i løbet af omkring seks timer. Disse satellitter inkluderer tre yderligere NASA-projekter for at forbedre fremtidens rumfartøjers design og ydeevne.