Det Goddard-ledda petitSat-teamet baserar sitt uppdrag på en 6U CubeSat -- Dellingr. Goddards ingenjörer utvecklade denna lilla satellit för att visa att CubeSats kunde vara både tillförlitliga och kostnadseffektiva samtidigt som de samlar in övertygande vetenskapliga data. Den svartfärgade enheten på toppen av Dellingr 3-D-modellen visar den jonneutrala masspektrometern som också flyger på petitSat. Kredit:NASA/W. Hrybyk
Att ta reda på hur plasmabubblor och blobbar påverkar varandra och i slutändan överföringen av kommunikation, GPS, och radarsignaler i jordens jonosfär kommer att vara jobbet för ett nyligen utvalt CubeSat-uppdrag.
Ett team av NASA-forskare och ingenjörer, ledd av Jeffrey Klenzing och Sarah Jones, forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, vann nyligen NASA-finansiering för att bygga plasmaförbättringarna i Ionosphere-Thermosphere Satellite. Uppdraget, även känd som petitSat, är en föregångare till ett möjligt uppdrag i Explorer-klassen och utnyttjar flera FoU-stödda teknologier, inklusive själva satellitbussen.
När den skjuts upp från den internationella rymdstationen 2021, uppdraget kommer att studera täthetsoegentligheter i jonosfären på mitten och låg latitud, som upptar en liten bråkdel av atmosfären och i grunden är ett joniserat lager som samexisterar med termosfären ungefär 50 till 250 miles över jordens yta.
Jonosfären är ett plasma, en joniserad gas som består av positiva joner och fria elektroner. Det är viktigt med långdistansradiokommunikation eftersom den reflekterar radiovågor tillbaka till jorden. Följaktligen, eventuella störningar i plasmadensiteten stör GPS- och radarsignaler.
Dessa störningar eller oregelbundenheter kommer i form av jonosfäriska utarmningar eller bubblor, strukturer som innehåller färre elektroner, och förbättringar eller blobbar som innehåller ett större antal elektroner. "Alla dessa oegentligheter kan förvränga överföringen av radiovågor, sade Klenzing, uppdragets huvudutredare.
Blobs and Bubbles:A Different Story
Tidigare studier av klumparna indikerar att de kan vara det direkta resultatet av bubblor som bildas nära den geomagnetiska ekvatorn, sa Klenzing. Andra observationer, dock, berätta en annan historia. Blobbarna kan observeras i områden där bubblor inte sträcker sig och kan bildas när bubblor inte gör det.
PetitSat flyger en version av den Goddard-utvecklade jonneutrala masspektrometern (vänster) och den universitetsförsedda Gridded Retarding Ion Drift Sensor. Kredit:NASA
De antyder att flera mekanismer spelar in, inklusive snabba vågor som kommer från termosfären, ett varmt neutralt atmosfäriskt lager där större delen av jonosfären finns. Faktiskt, dessa vågliknande termosfäriska strukturer skapar vågor i jonosfären genom jonneutralt motstånd – ett fenomen som kallas medelstora resande jonosfäriska störningar, eller MSTID. De resulterande MSTIDs skapar elektriska fält som kan transportera energi från sommarhalvklotet till vinterhalvklotet. Man tror att de observerade plasmaklumparna är följden av dessa elektriska fält.
"Vårt uppdrag kommer att undersöka kopplingen mellan dessa två fenomen - förbättrade plasmadensitetsmätningar, eller blobbar, och vågverkan i termosfären, sa Klenzing.
Att få reda på, teamet kommer att flyga två instrument:en version av den Goddard-utvecklade jonneutrala masspektrometern, eller INMS – världens minsta masspektrometer som har flugit på ExoCube, ett CubeSat-uppdrag sponsrat av National Science Foundation – och Gridded Retarding Ion Drift Sensor, eller GRIDS, tillhandahålls av Utah State University och Virginia Tech.
Masspektrometern kommer att mäta tätheten av en mängd olika partiklar i de övre delarna av jordens atmosfär, observera hur dessa tätheter förändras som svar på dagliga och säsongsbetonade cykler. Instrumentet som tillhandahålls av universitet, under tiden, kommer att mäta fördelningen, rörelse, och jonernas hastighet.
Dellingr-baserat uppdrag
Teamet kommer att integrera sina instrument på en Dellingr-baserad rymdfarkost. Ett team av Goddard-ingenjörer skapade specifikt denna 6U CubeSat för att visa att dessa små farkoster kan vara pålitliga och kostnadseffektiva samtidigt som de levererar övertygande vetenskap. Dellingr, som också bär INMS, magnetometrar, och andra tekniker, förväntas lanseras i augusti.
Till skillnad från Dellingr vars solpaneler är monterade på sidan av rymdfarkosten, petitSat kommer att flyga utplacerbara solpaneler – en förbättring som gör det möjligt för uppdragsoperatörer att enklare rikta arrayerna mot solen för att ladda batterierna. Den kommer också att bära en mer avancerad stjärnspårare, sa Jones, INMS:s huvudutredare.
När petitSat är utplacerat 249 miles ovanför jorden – i överensstämmelse med den internationella rymdstationens omloppsbana – kommer den resulterande informationen att jämföras med den som samlas in av andra mark- och rymdbaserade tillgångar, sa Klenzing. "Genom jämförande analys, vi kommer att avsluta vår centrala vetenskapsfråga:vad är kopplingen mellan plasmaförbättringar och MSTID. Vi har studerat bitar, men vi har aldrig haft ett komplett utbud av instrument."
