Med det aldrig tidigare skådade löfte som den EU-stödda EISCAT3D-radarinfrastrukturen håller för utredning av rymdfenomen nära jorden, systemnoggrannhet och effektivitet är av största vikt. Det nyligen avslutade EISCAT3D_PfP -projektet visade framgångsrikt initiativets livskraft, lansera den i implementeringsfasen.

EISCAT3D tillhandahåller en kraftfull ny forskningsinfrastruktur, använda radarobservationer för att utforska hur jordens atmosfär är kopplad till rymden runt planeten, samt att ge bredare stöd till solsystem- och radioastronomi -vetenskaper. Med mångsidig datorteknik, det kommer också att hjälpa nya forskningsområden, såsom mikrometeormätningar och asteroidavbildning.

Projektets nyligen genomförda implementeringsfas, kallad EISCAT3D_PfP, har fastställt den nödvändiga metoden för EISCAT3D för att göra sin detaljerade tredimensionella mätningar av den joniserade delen av toppen av atmosfären.

Platsen för EISCAT3D -verktyget ligger under en region där kopplingen mellan atmosfären och rymden är mest direkt och dynamisk, natturens zon i det fennoskandinaviska arktis. Som projektkoordinator Dr Craig Heinselman förklarar, "När vi tittar på norrsken eller mäter den med optiska instrument, vi ser effekterna av laddade partiklar som delvis styrs av jordens magnetfält, eftersom de avsätter stora mängder energi och fart till toppen av den neutrala atmosfären. Även om detta är imponerande att se, det är bara en del av historien eftersom energi också går in i att jonisera atmosfären. "

EISCAT3D tillåter forskare att se resultaten av denna atmosfäriska jonisering och att använda jonerna och elektronerna som spårämnen som indikerar processerna som driver den, som elektriska fält. Man hoppas att det att följa fenomenen när det utvecklas kommer att leda till en bättre förståelse för var energin tar vägen, hur det interagerar med det större systemet och vilken inverkan detta har.

Projektet har utformats med fasade radar. Ändra radarelektroniken för både sändning och mottagning, resulterar i att de ändrar riktning mycket snabbt. Om så krävs, dess design gör att den kan se i en annan riktning var 1/1000:e sekund. Detta står i kontrast med de mer typiska skålformade radarna, som bara kan titta i olika riktningar genom att använda stora kraftfulla elmotorer för att flytta sin tunga antennhårdvara.

Dessutom, två av EISCAT3D-antennerna är endast mottagliga, vilket betyder att såväl som efter den snabba rörelsen av sändarstrålen, de kommer att kunna titta i 100 olika riktningar samtidigt. Detta gör att de samtidigt kan se de överförda signalerna på alla höjder, inte bara på en enda höjd som är fallet med vissa nuvarande operativsystem.

En stor utmaning som EISCAT3D_PfP -projektet kunde övervinna var att kunna utveckla ett system med tillräcklig datorkapacitet för att uppfylla designöversikten. Som doktor Heinselman påminner om, "När designstudien genomfördes var det helt enkelt inte prisvärt att tillhandahålla 100 samtidiga smala balkar vid mottagning, så den ursprungliga designen stödde bara sju. Lyckligtvis, framsteg särskilt inom fältprogrammerbar gate array -teknik, gjorde de 100 strålarna praktiska och prisvärda. "

Med tanke på noggrannheten i de mätningar som krävs, en annan utmaning var att bygga ett system vars interna datorklockor inte skulle generera brus som skulle kunna överväldiga signalerna som de vill mäta. En extremt invecklad uppgift med tanke på att radarn tar emot signaler, när de kombineras, är cirka 20 storleksordningar (0,000000000000000001 %) mindre än den överförda signalen. För att uppnå detta projektmål krävs inte bara noggrann design utan också omfattande tester från projektteamets sida.

EISCAT3D_PfP har nu visat genomförbarheten för EISCAT3D -projektmålen och lanserat det i implementeringsfasen. EISCAT3D:s system förväntas vara tillgängliga för forskare i slutet av 2021.

Med tanke på framtiden säger Dr. Heinselman, "Eftersom EISCAT3D är ett vetenskapligt instrument för forskning är det svårt att definitivt säga vart arbetet kommer att leda, men ett mycket lovande område är för de vetenskapliga underlaget att förutsäga rymdvädereffekter. Dessa effekter har, och kommer säkert att fortsätta ha, en växande inverkan på ett samhälle som alltmer är beroende av rymdbaserad teknik. "