Ze hebben gevlogen op spraakmakende interplanetaire en meer bescheiden missies in een lage baan om de aarde, maar in alle gevallen zullen de alomtegenwoordige fluxgate-magnetometers die wetenschappers gebruiken om de intensiteit van een magnetisch veld te meten, in de loop van de tijd verslechteren.

Een technoloog bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, ontwikkelt nu een zelfkalibrerende magnetometer die ideaal zou zijn voor het meten van de intensiteit en oriëntatie van magnetische lijnen van zowel CubeSat als meer traditionele ruimtevaartuigen.

Met de onderzoeks- en ontwikkelingsfinanciering van Goddard, Todd Bonalsky ontwikkelt een werkend prototype, die hij van plan is te vliegen op een klinkende raketmissie genaamd Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2, of VISIES-2, in 2018. VISIONS-2 is ontworpen om de uitstroom van zuurstofionen uit de bovenste atmosfeer van de aarde en in de magnetosfeer te bestuderen.

Het prototype combineert twee soorten magnetometers - de zeer nauwkeurige fluxgate en de optisch gepompte atomaire magnetometer - in één relatief klein pakket dat kan worden gebruikt op constellatieachtige missies waarbij meerdere CubeSats worden ingezet om gelijktijdige, waarnemingen op meerdere punten. Deze techniek is vooral effectief voor het bestuderen van de steeds veranderende, omhullende magnetische velden.

"We hebben al laten zien dat we relatief grote, energieverslindende fluxgate-magnetometers en krimpen ze in om op CubeSats te vliegen, zei Bonalsky, die met succes een fluxgate-magnetometer heeft geminiaturiseerd voor de Dellingr CubeSat-missie (dit zou kunnen linken naar de Dellingr-functie gepland voor eind juli), die NASA onlangs heeft gelanceerd. Een team van Goddard heeft Dellingr met opzet ontwikkeld om de betrouwbaarheid van deze kleine platforms te verbeteren.

"Nutsvoorzieningen, Ik wil onze geminiaturiseerde fluxgate integreren met een absolute atomaire magnetometer om een ​​volledig zelfkalibrerende, geminiaturiseerde vector magnetometer voor CubeSats en kleine satellieten, gelijk. Dit is nog nooit eerder gedaan, " hij zei.

Behoefte aan een hybride systeem

De behoefte aan een alles-in-één instrument ligt in de inherente voor- en nadelen van beide magnetometers, uitdagender gemaakt omdat technologen proberen de afmetingen van deze instrumenten verder te verkleinen om in CubeSats te passen, waarvan de eenheden slechts vier centimeter aan een kant meten.

Gemaakt van een kern, die zeer gevoelig is voor magnetisatie, en twee draadspoelen om op een transformator te lijken, fluxgate-magnetometers zijn lange tijd wetenschappelijke werkpaarden geweest vanwege hun algehele robuuste constructie en nauwkeurigheid. Ze werken wanneer een wisselstroom, of wisselstroom, wordt door één spoel geleid, de primaire genoemd, om een ​​wisselend magnetisch veld te produceren dat AC induceert in de andere spoel, secundair genoemd.

De intensiteit en fase van de AC in de secundaire worden constant gemeten. Wanneer er een verandering optreedt in het externe magnetische veld, de uitgang van de secundaire spoel verandert. De omvang en fase van deze verandering kan worden geanalyseerd om de intensiteit en oriëntatie van de betreffende magnetische velden te bepalen. Bijgevolg, het apparaat meet niet alleen het magnetische veld van een object, maar ook de richting ervan, of het nu noord is, zuiden, oosten, of westen.

Echter, steeds veranderende temperaturen zoals die in de ruimte worden aangetroffen, zullen de prestaties in de loop van de tijd verminderen. Bijgevolg, missieplanners vliegen af ​​en toe met een atomaire magnetometer, die werkt volgens een ander stel principes, om de kalibratie van de fluxgate te behouden.

Voor het eerst ontwikkeld meer dan 50 jaar geleden, atomaire magnetometers zijn gemaakt van alkaligassen, zoals rubidium of cesium, die een frequentie uitzenden die evenredig is met het magnetische veld. Met andere woorden, ze resoneren letterlijk - als een kristallen wijnglas wanneer over de rand wordt gewreven - wat de omvang van een magnetisch veld aangeeft.

Atomaire magnetometers, helaas, zijn geen wondermiddel, of. Hoewel niet vatbaar voor drift of degradatie, ze kunnen alleen de grootte van het veld meten, niet zijn richting.

Onder zijn R&D-financiering, Bonalsky ontwikkelt een zelfkalibrerend hybride systeem dat beide meettechnieken combineert.

Om dit te behalen, hij heeft een ultrakleine, "chip-schaal" atomaire magnetometer gloeidraad, die hij van plan is te installeren in de sensorspoelen van de fluxgate-magnetometer die hij voor de Dellingr-missie heeft ontwikkeld. Vervolgens is hij van plan het apparaat te testen in de verbeterde Magnetic Test Facility van Goddard als voorbereiding op zijn mogelijke opname in de VISIONS-2-sonde-raketmissie.

"Als het ons lukt, Goddard zal in de voorhoede zijn van CubeSat-magnetometrie van wetenschappelijke kwaliteit, " hij zei.

kleine satellieten, inclusief CubeSats, spelen een steeds grotere rol bij exploratie, technologie demonstratie, wetenschappelijk onderzoek en onderwijsonderzoek bij NASA, waaronder:planetaire ruimteverkenning; Aardobservaties; fundamentele aard- en ruimtewetenschap; en het ontwikkelen van voorloperwetenschappelijke instrumenten zoals geavanceerde lasercommunicatie, satelliet-naar-satelliet communicatie en autonome bewegingsmogelijkheden.