Chefsutredaren Efthyia Zesta och hennes team kommer att studera hur jordens övre atmosfäriska lager reagerar på det ständigt föränderliga flödet av solenergi in i magnetosfären med Dione CubeSat-uppdraget. Todd Bonalsky (höger) tillhandahåller magnetometersystemet. Kredit:NASA/W. Hrybyk
NASA har valt ett nytt CubeSat-uppdrag för att samla in data som inte har samlats in sedan byrån flög Dynamics Explorer i början av 1980-talet.
Det nya uppdraget, kallad Dione efter den antika grekiska oraklens gudinna, kommer att bära fyra miniatyriserade instrument för att studera hur jordens övre atmosfäriska lager reagerar på det ständigt föränderliga flödet av solenergi in i magnetosfären – den omslutande bubblan av magnetfält runt jorden som avleder de flesta partiklar som bryter ut från solen. Jordens övre atmosfär är där de flesta satelliter som kretsar i låg omloppsbana finns, och deras banor påverkas starkt av plötsliga täthetsförändringar skapade av rymdväder.
Förväntas lanseras 2022, Dione kommer att hjälpa till att ge forskare insikter i dessa fysiska processer – som bidrar till luftmotståndet, en process som gör att satelliter som kretsar i låg omloppsbana i förtid återvänder till atmosfären – och tillhandahåller data som behövs för att förbättra rymdväderprognoser.
"Eftersom fler aspekter av vardagen beror på den förutsägbara funktionen hos satelliter i låg omloppsbana om jorden, förståelsen och förmågan att förutse rymdvädrets inverkan på dessa tillgångar har blivit ett nationellt säkerhetsbehov, " sade uppdragets huvudutredare Eftyhia Zesta, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Mätningar som traditionellt samlats in av större, dyrare satelliter måste nu åstadkommas genom att tänka utanför lådan – eller snarare inuti en CubeSat-låda. Dione kommer att öppna vägen för att åstadkomma just det."
Den vägsökande Dione-rymdfarkosten är en prototyp. Det skulle komplettera den konceptuella Geospace Dynamics Constellation, ett uppdrag som föreslagits av 2013 års Heliophysics Decadal Survey, som, om det utvecklas, skulle samla in liknande data från flera liknande utrustade rymdfarkoster, sa Zesta. "Vårt team vill visa att vi kan göra den här typen av mätning med en CubeSat och så småningom flyga rymdfarkoster av Dione-typ i en konstellation, sa Zesta.
Med en konstellation, forskare kunde samla in samtidigt, flerpunktsobservationer av jordens jonosfär och termosfär, att lära sig mer specifikt hur dessa övre atmosfäriska skikt reagerar på energi som dumpas från magnetosfären.
Dione kommer att samla in data som inte har samlats in sedan NASA:s Dynamics Explorer-uppdrag med dubbla rymdfarkoster lanserades i början av 1980-talet. Kredit:NASA
Första data sedan Dynamics Explorer
Dione kommer att tillhandahålla den första uppsättningen energiinmatningsdata och jonosfärisk-termosfärisk data på mer än tre decennier. "Vi har inte samlat in den här typen av specifik data sedan NASA lanserade Dynamics Explorer 1981, sa Zesta, vars team inkluderar biträdande huvudutredare Marilia Samara och Diones systemingenjör Jaime Esper samt ett antal Goddard- och universitetsforskare som tillhandahåller instrumenten. Dynamics Explorer bestod av två satelliter som undersökte interaktioner mellan plasma i magnetosfären och de i jordens jonosfär.
Dock, det kommer att uppnå dessa mål med tydliga skillnader. Där Dynamics Explorer samlade in data kanske en gång var tredje omlopp, Dione kommer att samla in mätningar från på varandra följande banor på grund av Diones lägre effektbehov och miniatyriserade system. Det kommer också att göra detta från en mycket mindre plattform - en skokartong, 6U-plattform som utnyttjar erfarenheter från det Goddard-utvecklade rymdskeppet Dellingr. Ett team av Goddard-ingenjörer och forskare utvecklade specifikt Dellingr för att förbättra tillförlitligheten och robustheten hos dessa små rymdfarkoster, men till en dramatiskt reducerad kostnad. Dellingr lanserades 2017.
Tätt packad plattform
"Detta kommer att vara den kanske mest tätpackade CubeSat som någonsin flugit, ", tillade Esper. "Vi flyger fyra vetenskapsinstrument och ett ingenjörsexperiment i en 6U CubeSat. Det är väldigt ovanligt."
Tre av instrumenten kommer att tillhandahållas av Goddard; alla utvecklades med finansiering från Goddards interna forsknings- och utvecklingsprogram och alla har antingen flugit eller är planerade att flyga under kommande CubeSat- eller suborbitala uppdrag.
De inkluderar en flygbeprövad fluxgate-magnetometer, som debuterade på Dellingrs jungfruflyg, och den jonneutrala masspektrometern (INMS), ett annat instrument som flög på Dellingr såväl som på ett National Science Foundation-finansierat uppdrag som heter ExoCube. På både Dellingr och ExoCube, INMS var planerat att mäta materia som skapar luftmotstånd på satelliter. Goddards tredje bidrag, Dual Electrostatic Analyzer kommer att flyga på Endurance, ett banbrytande uppdrag som direkt kommer att mäta en viss komponent av jordens elektriska fält som genereras i jonosfären.
Utah State University och Virginia Tech tillhandahåller det fjärde instrumentet, den Gridded Retarding Ion Distribution Sensor (GRIDS). GRIDS är designat för att mäta fördelningen, rörelse, och jonernas hastighet och kommer att flyga på det Goddard-utvecklade PetitSat-uppdraget planerat att lanseras 2021.
Zesta sa att hon skapade Dione-konceptet för flera år sedan medan hon fortfarande arbetade med det amerikanska flygvapnet. "Jag kom till NASA (2012) och drömmen dog inte, sa Zesta.
