Steven Powell, forskningsingenjör vid avdelningen för el- och datateknik, är avbildad med Cornell GPS -antennmatrisen i ett rent rum vid NASA/Johnson Space Center i Houston, Texas. Arrayen är för närvarande monterad på fackverksstrukturen för den internationella rymdstationen. Kredit:Zach Tejral, NASA Johnson Spaceflight Center/Tillhandahålls
Vädret här på jorden har varit lite konstigt i vinter – 60-gradersdagar, följt av bländande snö, bara för att följas av 50 -talet och regn - men för Steven Powell, vädret han är intresserad av kan inte kännas av människor eller mätas med barometertryck.
Powell, forskningsstödspecialist inom el- och datateknik, handlar om "rymdväder" - laddade partiklar i rymdens plasma, på kanten av jordens atmosfär. Dessa partiklar påverkar prestandan hos kommunikations- och navigationssatelliter.
För att studera förhållandena i jonosfären, ett band mellan 50 och 600 miles över jorden, Powell och andra i College of Engineering har utvecklat FOTON (Fast Orbital TEC for Orbit and Navigation) GPS-mottagare, som byggdes i ett Rhodes Hall-labb. Förra månaden, FOTON åkte ombord på SpaceX Falcon 9-raketen för att påbörja ett långsiktigt projekt vid den internationella rymdstationen.
Projektet, som kan pågå i två år, kallas GROUP-C (GPS Radio Occultation and Ultraviolet Photometry-Colocated), och leds av Scott Budzien från Naval Research Laboratory. Powell är Cornells huvudutredare för projektet; andra Cornell -bidragsgivare inkluderar Mark L. Psiaki, professor i maskin- och rymdteknik (pensionerad); David Hysell, professor i jord- och atmosfärsvetenskap; Todd Humphreys, Ph.D. '08; och Brady O'Hanlon, Ph.D. '16.
Medverkande var också den avlidne elektro- och datateknikprofessorn Paul Kintner, som dog i november 2010. Kintner var ansvarig för den ursprungliga jonosfäriska forskningen som utgjorde den vetenskapliga grunden för GROUP-C, sa Powell.
FOTON är en mycket känslig GPS-mottagare, designad för att motstå rymdfärdens påfrestningar samtidigt som den upptäcker subtila fluktuationer i signalerna från GPS-satelliter.
"Dessa fluktuationer hjälper oss att lära oss om jonosfären där signalerna färdas, sa Powell, som återvände till Ithaca i början av mars efter att ha tillbringat sex veckor i Alaska på ett projekt för att skicka två sondraketer in i norrskenet, även för att studera jonosfären.
"Dessa fluktuationer filtreras vanligtvis bort av vanliga GPS-mottagare, " han sa, "men de är de vetenskapliga" guldkornen "i dataanalysprocessen."
STP-H5-paletten av instrument som manövreras av robotarmen på den internationella rymdstationen. Cornells antennuppsättning är synlig precis till höger om "Canada"-logotypen. Den här bilden togs under installationsprocessen. Kredit:NASA Johnson Spaceflight Center/Förutsatt
Powells experiment är ett av ett antal projekt som studerar jordens atmosfär och jonosfär. Den delar en monteringspalett på utsidan av ISS, tar emot ström från stora solpaneler, och använder datakommunikationssystemet ombord på stationen för att snabbt distribuera data tillbaka till jorden.
Powell och Hysell kommer att samla in data från GROUP-C-experimentet.
GROUP-C:s position ombord på ISS kommer att tillåta den att studera jonosfären "i ett kantperspektiv, " sade Powell, för att mäta variationer i elektrondensitet. Cornell-teamets GPS-mottagare och antenn – faktiskt en svit med tre antenner, konfigurerad för att maximera GPS -signaler och minimera oönskade reflektioner från de stora metalldelarna i ISS - kommer att fokusera på GPS -satelliter när de rör sig över himlen och sätter sig bakom jorden.
När de satte, Powell sa, radiosignalerna färdas genom jonosfären och fördröjs subtilt av jonosfärens tätare områden. "Från det, vi får en vertikal profil av elektrondensiteten, " han sa.
Detta experiment bygger på ett kortvarigt NASA-sonande raketuppdrag som Powell ledde 2012, som skickades in i norrskenet för att studera jonosfären på höga breddgrader, nära nordpolen.
"Det här experimentet kommer att tillåta oss att studera olika, men lika intressant, effekter i jonosfären närmare ekvatorn, där de flesta av världens befolkning bor, " sa Powell.
Flytningen av SpaceX-raketen den 19 februari, och docka med ISS fyra dagar senare, var kulmen på en nästan fyra år lång insats för att få GROUP-C byggd.
"Det var oerhört spännande och tillfredsställande att se GROUP-C-experimentet [lansering], " sa Powell. "Jag har varit involverad i mer än 50 rymdbaserade forskningsinsatser under en 30-årsperiod, men de flesta har använt suborbitala NASA-sondraketer, med uppdragslängder på bara 10 till 30 minuter.
"GROUP-C-experimentets varaktighet kommer att vara upp till två år, " han sa, "så mängden data och potentialen för meningsfulla vetenskapliga upptäckter är enorm."
