Il team petitSat guidato da Goddard sta basando la sua missione su un CubeSat 6U - Dellingr. Gli ingegneri di Goddard hanno sviluppato questo piccolo satellite per dimostrare che CubeSats potrebbe essere affidabile ed economico anche durante la raccolta di dati scientifici convincenti. Il dispositivo di colore nero nella parte superiore del modello 3-D Dellingr raffigura lo spettrometro di massa neutro ionico che sta volando anche su petitSat. Credito:NASA/W. Hrybyk
Capire come le bolle e i blob di plasma si influenzano a vicenda e, in definitiva, sulla trasmissione delle comunicazioni, GPS, e i segnali radar nella ionosfera terrestre saranno il compito di una missione CubeSat selezionata di recente.
Un team di scienziati e ingegneri della NASA, guidato da Jeffrey Klenzing e Sarah Jones, scienziati del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, ha recentemente vinto un finanziamento della NASA per costruire il Plasma Enhancements in The Ionosphere-Thermosphere Satellite. La missione, noto anche come petitSat, è un precursore di una possibile missione di classe Explorer e sfrutta diverse tecnologie supportate da ricerca e sviluppo, compreso il bus satellitare stesso.
Quando verrà lanciato dalla Stazione Spaziale Internazionale nel 2021, la missione studierà le irregolarità di densità nella ionosfera a media e bassa latitudine, che occupa una piccola frazione dell'atmosfera ed è fondamentalmente uno strato ionizzato che coesiste con la termosfera a circa 50-250 miglia sopra la superficie terrestre.
La ionosfera è un plasma, un gas ionizzato costituito da ioni positivi ed elettroni liberi. È importante per la comunicazione radio a lunga distanza perché riflette le onde radio sulla Terra. Di conseguenza, eventuali perturbazioni nella densità del plasma interferiscono con i segnali GPS e radar.
Queste perturbazioni o irregolarità si presentano sotto forma di svuotamenti ionosferici o bolle, strutture che contengono meno elettroni, e miglioramenti o blob che contengono un numero maggiore di elettroni. "Tutte queste irregolarità possono distorcere la trasmissione delle onde radio, " disse Klenzing, l'investigatore principale della missione.
Blob e bolle:una storia diversa
Precedenti studi sui blob indicano che possono essere il risultato diretto di bolle che si formano vicino all'equatore geomagnetico, disse Klenzing. Altre osservazioni, però, raccontare una storia diversa. I blob possono essere osservati nelle regioni in cui le bolle non si estendono e possono formarsi quando le bolle non lo fanno.
PetitSat sta pilotando una versione dello spettrometro di massa ionico neutro sviluppato da Goddard (a sinistra) e il sensore di deriva ionica ritardante grigliato fornito dall'università. Credito:NASA
Suggeriscono che sono in gioco molteplici meccanismi, comprese le onde veloci provenienti dalla termosfera, uno strato atmosferico neutro caldo dove risiede la maggior parte della ionosfera. Infatti, queste strutture termosferiche simili a onde creano onde nella ionosfera attraverso la resistenza ionica neutra, un fenomeno chiamato disturbi ionosferici itineranti di media scala, o MSTID. I MSTID risultanti creano campi elettrici in grado di trasportare energia dall'emisfero estivo a quello invernale. Si pensa che i blob di plasma osservati siano la conseguenza di questi campi elettrici.
"La nostra missione indagherà sul legame tra questi due fenomeni:misurazioni della densità del plasma potenziate, o macchie, e l'azione delle onde nella termosfera, " ha detto Klenzing.
Per scoprirlo, il team farà volare due strumenti:una versione dello spettrometro di massa ionico neutro sviluppato da Goddard, o INMS, lo spettrometro di massa più piccolo al mondo che ha volato su ExoCube, una missione CubeSat sponsorizzata dalla National Science Foundation e dal Gridded Retarding Ion Drift Sensor, o GRIGLIE, fornito dalla Utah State University e dalla Virginia Tech.
Lo spettrometro di massa misurerà la densità di una varietà di particelle nei tratti superiori dell'atmosfera terrestre, osservando come queste densità cambiano in risposta ai cicli giornalieri e stagionali. Lo strumento fornito dall'università, nel frattempo, misurerà la distribuzione, movimento, e velocità degli ioni.
Missione basata su Dellingr
Il team integrerà i suoi strumenti su un veicolo spaziale basato su Dellingr. Un team di ingegneri Goddard ha creato specificamente questo CubeSat 6U per dimostrare che questi minuscoli mezzi possono essere affidabili ed economici anche fornendo una scienza avvincente. Dellingr, che porta anche l'INMS, magnetometri, e altre tecnologie, dovrebbe partire ad agosto.
A differenza di Dellingr i cui pannelli solari sono montati sul lato del veicolo spaziale, petitSat farà volare array solari dispiegabili, un miglioramento che consentirà agli operatori di missione di puntare più facilmente gli array verso il sole per ricaricare le batterie. Trasporterà anche un inseguitore stellare più avanzato, disse Jones, il ricercatore principale dell'INMS.
Quando petitSat viene distribuito a 249 miglia sopra la Terra, coerentemente con l'orbita della Stazione Spaziale Internazionale, i dati risultanti saranno confrontati con quelli raccolti da altre risorse terrestri e spaziali, disse Klenzing. "Attraverso l'analisi comparativa, chiuderemo la nostra domanda scientifica chiave:qual è il legame tra miglioramenti del plasma e MSTID. Abbiamo studiato bit e pezzi, ma non abbiamo mai avuto una gamma completa di strumenti."
