Hanno volato in missioni interplanetarie di alto profilo e più modeste in orbita bassa, ma in tutti i casi gli onnipresenti magnetometri fluxgate che gli scienziati usano per misurare l'intensità di un campo magnetico si degraderanno nel tempo.

Un tecnico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, ora sta sviluppando un magnetometro autocalibrante che sarebbe l'ideale per misurare l'intensità e l'orientamento delle linee magnetiche sia da CubeSat che da veicoli spaziali più tradizionali.

Con il finanziamento di ricerca e sviluppo di Goddard, Todd Bonalsky sta sviluppando un prototipo funzionante, che ha in programma di volare in una missione missilistica chiamata Visualizing Ion Outflow tramite Neutral Atom Sensing-2, o VISIONI-2, nel 2018. VISIONS-2 è progettato per studiare il deflusso di ioni di ossigeno dall'atmosfera superiore della Terra e nella magnetosfera.

Il prototipo combina due tipi di magnetometri, il fluxgate altamente preciso e il magnetometro atomico a pompaggio ottico, in un pacchetto relativamente piccolo che potrebbe essere utilizzato in missioni di tipo costellazione in cui vengono schierati più CubeSat per raccogliere simultaneamente, osservazioni multipunto. Questa tecnica è particolarmente efficace per studiare i continui cambiamenti della Terra, campi magnetici avvolgenti.

"Abbiamo già dimostrato che possiamo prendere relativamente grandi, magnetometri fluxgate assetati di potere e rimpicciolirli per farli volare su CubeSats, " ha detto Bonalsky, che ha miniaturizzato con successo un magnetometro fluxgate per la missione Dellingr CubeSat (questo potrebbe collegarsi alla funzione Dellingr prevista per la fine di luglio), che la NASA ha recentemente lanciato. Un team di Goddard ha sviluppato Dellingr appositamente per migliorare l'affidabilità di queste piccole piattaforme.

"Ora, Voglio incorporare il nostro fluxgate miniaturizzato con un magnetometro atomico assoluto per creare un sistema completamente autocalibrante, magnetometro vettoriale miniaturizzato per CubeSat e piccoli satelliti, nello stesso modo. Questo non è mai stato fatto prima, " Egli ha detto.

Necessità di un sistema ibrido

La necessità di uno strumento all-in-one risiede nei vantaggi e svantaggi intrinseci di entrambi i magnetometri, reso più impegnativo dal momento che i tecnologi tentano di ridurre ulteriormente le dimensioni di questi strumenti per adattarli all'interno di CubeSats, le cui unità misurano solo quattro pollici per lato.

Fatto di un nucleo, che è altamente suscettibile alla magnetizzazione, e due bobine di filo per assomigliare a un trasformatore, I magnetometri fluxgate sono stati a lungo cavalli di battaglia scientifici grazie alla loro struttura e precisione complessive robuste. Funzionano quando una corrente alternata, o CA, viene fatto passare attraverso una bobina, chiamato primario, per produrre un campo magnetico alternato che induce AC nell'altra bobina, chiamato secondario.

L'intensità e la fase dell'AC nel secondario sono costantemente misurate. Quando si verifica un cambiamento nel campo magnetico esterno, l'uscita della bobina secondaria cambia. L'entità e la fase di questo cambiamento possono essere analizzate per determinare l'intensità e l'orientamento dei campi magnetici in questione. Di conseguenza, il dispositivo misura non solo il campo magnetico di un oggetto, ma anche la sua direzione, se è nord, Sud, est, o ovest.

Però, temperature in continua evoluzione come quelle incontrate nello spazio ridurranno le sue prestazioni nel tempo. Di conseguenza, i pianificatori di missioni di tanto in tanto pilotano un magnetometro atomico, che opera secondo un diverso insieme di principi, per mantenere la calibrazione del fluxgate.

Sviluppato per la prima volta più di 50 anni fa, i magnetometri atomici sono fatti di gas alcalini, come rubidio o cesio, che emettono una frequenza proporzionale al campo magnetico. In altre parole, risuonano letteralmente, come un bicchiere di vino di cristallo quando il suo bordo viene sfregato, indicando l'estensione di un campo magnetico.

Magnetometri atomici, Sfortunatamente, non sono una panacea, o. Pur non essendo incline alla deriva o al degrado, possono solo misurare la grandezza del campo, non la sua direzione.

Con il suo finanziamento di ricerca e sviluppo, Bonalsky sta sviluppando un sistema ibrido autocalibrante che combina entrambe le tecniche di misurazione.

Per realizzare questo, ha costruito un ultra-piccolo, filamento del magnetometro atomico "chip-scale", che intende installare all'interno delle bobine del sensore del magnetometro fluxgate che ha sviluppato per la missione Dellingr. Ha quindi in programma di testare il dispositivo presso il potenziato Magnetic Test Facility di Goddard in preparazione della sua possibile inclusione nella missione del razzo sonda VISIONS-2.

"Se ci riusciamo, Goddard sarà in prima linea nella magnetometria CubeSat di livello scientifico, " Egli ha detto.

Piccoli satelliti, inclusi CubeSat, svolgono un ruolo sempre più importante nell'esplorazione, dimostrazione di tecnologia, ricerca scientifica e indagini educative presso la NASA, tra cui:esplorazione dello spazio planetario; osservazioni della Terra; scienze fondamentali della Terra e dello spazio; e lo sviluppo di strumenti scientifici precursori come comunicazioni laser all'avanguardia, comunicazioni da satellite a satellite e capacità di movimento autonomo.