En flygvapensatellit som sänds upp i omloppsbana denna vecka via SpaceX:s Falcon Heavy-raket bär ett instrument byggt av UMass Lowell-forskare för att utföra experiment i rymden.
Rymden är en hård och farlig plats. Förutom extrema temperaturer, högt vakuum och bombardement av kosmiska strålar, det finns också extremt högenergipartiklar – kallade "mördarelektroner" – som kan utgöra en fara för astronauters hälsa och förkorta livslängden för satelliter som kretsar i bana. Dessa elektroner är föremål för forskningen som utförs av UMass Lowell via satelliten.
"Dessa elektroner, färdas med nästan ljusets hastighet, kan skada satelliternas känsliga elektronik och utsätta astronauter för höga doser av strålning, " sa UMass Lowell Physics Prof. Paul Song vid universitetets Space Science Lab.
För att hjälpa till att förstå hur dessa skadliga elektroner genereras och, följaktligen, hur de kan mildras, Air Force Research Laboratory (AFRL) tilldelade ett treårskontrakt till ett team av UMass Lowell-forskare ledda av Song för att stödja flygvapnets demonstrations- och vetenskapsexperiment (DSX) uppdrag till jordens strålningsbälten. DSX:s mål är att utforska rollen av "våg-partikelinteraktion" i dynamiken hos dessa mördarelektroner.
Projektet startade för mer än ett decennium sedan för att undersöka möjliga fysikaliska processer involverade med elektronerna. UMass Lowell-teamet, sedan under ledning av professor emeritus Bodo Reinisch, designade och byggde en högeffektssändare för rymdradiovågor som en del av DSX:s vågpartikelinteraktionsexperiment. Det förväntas att de överförda vågorna kommer att interagera med mördarelektronerna. Sändaren, som är ett av de primära instrumenten ombord på DSX-satelliten, kommer att skicka ut mycket lågfrekventa (VLF)-sändningar ut i rymden med hjälp av en lång dipolantenn som mäter mer än 260 fot när den är utplacerad.
Under uppdraget, forskarna från UMass Lowell kommer att hjälpa till att använda VLF-sändaren och analysera de resulterande data vid Space Science Lab på campus.
"Vårt mål är att bättre förstå våg-partikelinteraktionsprocessen, sa Song.
DSX-satelliten uppskjuten från Cape Canaveral, Fla., använder en SpaceX Falcon Heavy, samma raketbooster som användes av SpaceX VD Elon Musk för att skicka sin Tesla Roadster och Starman skyltdocka i omloppsbana i februari förra året. Denna veckas framgångsrika uppskjutning är bland de mest komplicerade och svåra i rymden, eftersom det inkluderade 24 olika satelliter, varav DSX är störst och var den sista att distribuera. Med DSX nu i sin avsedda bana, utplacering och testning av instrument, bland vilka det UMass Lowell-byggda instrumentet är det största, kommer att ta veckor.
Förutom sång, de andra medlemmarna i UMass Lowell-teamet inkluderar forskningsprofessor Ivan Galkin, vem är en UMass Lowell-examen; Forskning Prof. Jiannan Tu; och fysikmajor Brianna Croteau från Lowell, som också är en Air Force ROTC-kadett vid UMass Lowell.
"Min roll är att delta i dataanalysen på Space Science Lab för mitt slutstensprojekt, sade Croteau, som kommer att anställas som flygvapenofficer efter att hon tagit examen nästa år. "Att kunna göra verklig forskning och arbeta på ett riktigt flygvapnets rymduppdrag samtidigt som det fortfarande är en student och en kadett är så fantastiskt. Det känns fantastiskt att veta att jag gör ett verkligt arbete för att hjälpa flygvapnet. Det är en stor språngbräda i min framtida militära karriär och det är väldigt ödmjukt att arbeta med och lära av experterna i det här projektet. Det är en otrolig möjlighet och jag är så glad att jag fick vara en del av det."
Hur bra elektroner blir dåliga
Sedan 1960-talet, forskare har känt till att under en kraftig geomagnetisk storm, solvinden – en kontinuerlig höghastighetsström av laddade partiklar från solen – påverkar och komprimerar dagsidan av jordens magnetosfär, området runt planeten som kontrolleras av dess magnetfält. Vissa av dessa partiklar blir starkt energisatta på nattsidan av magnetosfären genom processer som fortfarande är under utredning. Efter en storm, elektroner kan aktiveras upp till en miljon elektronvolt eller mer och accelereras upp till 94 procent av ljusets hastighet, mer än 280, 000 kilometer per sekund.
DSX-satelliten befinner sig i en elliptisk bana som tar den till en höjd av 6, 000 kilometer vid sitt närmaste pass och 12, 000 kilometer som längst. Detta kommer att tillåta satelliten att flyga genom de inre och yttre Van Allens strålningsbälten som omger jorden samtidigt som den samlar in värdefull data, enligt Song. DSX-uppdraget förväntas pågå i ett år.
UMass Lowells roll i DSX-uppdraget bygger på framgången och den tekniska förmågan som universitetsforskare demonstrerade i ett tidigare rymduppdrag. UMass Lowell Space Science Lab-forskare designade, byggde och drev Radio Plasma Imager för NASA:s IMAGE-satellit, som lanserades 2000 och överförde data i nästan sex år innan markkontrollanter plötsligt tappade kontakten med den 2005. Förra året, NASA kunde återupprätta radiokontakt med IMAGE, om än mycket svagt.
