Un satellite dell'Air Force lanciato in orbita questa settimana tramite il razzo Falcon Heavy di SpaceX trasporta uno strumento costruito dai ricercatori di UMass Lowell per condurre esperimenti nello spazio.

Lo spazio è un luogo duro e pericoloso. A parte le temperature estreme, vuoto spinto e bombardamento di raggi cosmici, ci sono anche particelle ad altissima energia, soprannominate "elettroni killer", che possono rappresentare un pericolo per la salute degli astronauti e ridurre la durata della vita dei satelliti in orbita. Questi elettroni sono oggetto della ricerca condotta da UMass Lowell tramite il satellite.

"Questi elettroni, viaggiando quasi alla velocità della luce, sono in grado di danneggiare l'elettronica sensibile dei satelliti ed esporre gli astronauti a dosi elevate di radiazioni, ", ha affermato il prof. Paul Song di UMass Lowell Physics dello Space Science Lab dell'università.

Per aiutare a capire come vengono generati questi elettroni dannosi e, di conseguenza, come possono essere mitigati, l'Air Force Research Laboratory (AFRL) ha assegnato un contratto di tre anni a un team di ricercatori UMass Lowell guidati da Song per supportare la missione dell'Air Force Demonstration and Science Experiments (DSX) nelle fasce di radiazione della Terra. L'obiettivo del DSX è quello di esplorare il ruolo dell'"interazione onda-particella" nella dinamica di questi elettroni killer.

Il progetto è iniziato più di dieci anni fa per studiare i possibili processi fisici coinvolti con gli elettroni. Il team di UMass Lowell, poi sotto la guida del Professore Emerito Bodo Reinisch, progettato e costruito un trasmettitore di onde radio spaziali ad alta potenza come parte dell'esperimento di interazione con particelle d'onda del DSX. Si prevede che le onde trasmesse interagiranno con gli elettroni killer. Il trasmettitore, che è uno degli strumenti principali a bordo del satellite DSX, invierà trasmissioni a frequenza molto bassa (VLF) nello spazio utilizzando una lunga antenna a dipolo che misura più di 260 piedi quando viene dispiegata.

Durante la missione, i ricercatori di UMass Lowell aiuteranno a far funzionare il trasmettitore VLF e ad analizzare i dati risultanti presso lo Space Science Lab del campus.

"Il nostro obiettivo è comprendere meglio il processo di interazione onda-particella, " disse Canzone.

Il satellite DSX lanciato da Cape Canaveral, Fla., utilizzando uno SpaceX Falcon Heavy, lo stesso razzo utilizzato dal CEO di SpaceX Elon Musk per mandare in orbita la sua Tesla Roadster e il manichino Starman nel febbraio dello scorso anno. Il lancio di successo di questa settimana è tra i più complicati e difficili nello spazio, in quanto includeva 24 diversi satelliti, di cui DSX è il più grande ed è stato l'ultimo a essere distribuito. Con DSX ora nella sua orbita prevista, il dispiegamento e il collaudo degli strumenti, tra i quali lo strumento costruito da UMass Lowell è il più grande, ci vorranno settimane.

Oltre a Canzone, gli altri membri del team UMass Lowell includono il Prof. di ricerca Ivan Galkin, chi è un laureato UMass Lowell; Professore di ricerca Jiannan Tu; e la fisica maggiore Brianna Croteau di Lowell, che è anche un cadetto dell'Air Force ROTC presso UMass Lowell.

"Il mio ruolo è quello di partecipare all'analisi dei dati presso lo Space Science Lab per il mio progetto capstone, " disse Croteau, che sarà incaricata come ufficiale dell'aeronautica dopo la laurea l'anno prossimo. "Essere in grado di fare una vera ricerca e lavorare su una vera missione spaziale dell'Air Force pur essendo uno studente universitario e un cadetto è così sorprendente. È fantastico sapere che sto facendo un vero lavoro per aiutare l'Air Force. È un importante trampolino di lancio nella mia futura carriera militare ed è molto gratificante lavorare e imparare dagli esperti su questo progetto. È un'opportunità incredibile e sono così felice di poterne far parte".

Quanto gli elettroni buoni vanno male?

Dagli anni Sessanta, gli scienziati hanno saputo che durante una forte tempesta geomagnetica, il vento solare, un flusso continuo ad alta velocità di particelle cariche provenienti dal sole, impatta e comprime il lato diurno della magnetosfera terrestre, la regione intorno al pianeta controllata dal suo campo magnetico. Alcune di queste particelle diventano altamente energizzate nella parte notturna della magnetosfera da processi che rimangono oggetto di indagine. A seguito di una tempesta, gli elettroni possono essere energizzati fino a un milione di elettronvolt o più e accelerati fino al 94 percento della velocità della luce, più di 280, 000 chilometri al secondo.

Il satellite DSX si trova in un'orbita ellittica che lo porterà a quota 6, 000 chilometri al suo passo più vicino e 12, 000 chilometri al suo massimo. Ciò consentirà al satellite di volare attraverso le cinture di radiazioni Van Allen interne ed esterne che circondano la Terra mentre raccoglie dati preziosi, secondo Canzone. La missione DSX dovrebbe durare un anno.

Il ruolo di UMass Lowell nella missione DSX si basa sul successo e sulla capacità ingegneristica dimostrata dai ricercatori universitari in una precedente missione spaziale. Gli scienziati di UMass Lowell Space Science Lab hanno progettato, costruito e gestito il Radio Plasma Imager per il satellite IMAGE della NASA, che è stato lanciato nel 2000 e ha trasmesso dati per quasi sei anni prima che i controllori di terra perdessero improvvisamente il contatto con esso nel 2005. L'anno scorso, La NASA è stata in grado di ristabilire il contatto radio con IMAGE, anche se molto debolmente.