07/12/2022
156 vistes
7 m’agrada
Un innovador instrument recolzat per l’ESA per mostrar l’entorn meteorològic espacial in situ s’incorporarà a l’Estació Espacial Internacional. La sonda Langmuir multi-agulla de Noruega, m-NLP, que s’instal·larà a la plataforma Bartolomeo de fabricació europea a l’ISS, un “porxo frontal” obert a l’espai, mapearà el plasma ionosfèric que envolta l’estació amb una alta resolució sense precedents, amb un rendiment gairebé 10.000 mesures per segon contínuament al llarg de la seva òrbita.
Després d’haver superat la revisió d’acceptació de l’ESA, l’instrument s’ha passat a Altec a Itàlia per estar preparat per al llançament a l’ISS el proper març.
Mentrestant, un altre m-NLP està a punt de sortir a la Lluna a bord del Rover lunar Rashid dels Emirats Àrabs Unitsprogramat per llançar-se aviat a bord de l’aterratge Hakuto-R del Japó en un coet SpaceX Falcon 9.
Aquest m-NLP examinarà l’entorn del plasma immediatament per sobre de la superfície lunar, ja que el regolit interacciona amb la llum solar, de la mateixa manera que l’altre rastrejarà el plasma exterior de l’estació.
El plasma de vegades s’anomena “el quart estat de la matèria”. Aquí a la Terra només es produeix en circumstàncies especials, per exemple en forma de llamps, aurores polars o “sprites” a l’atmosfera alta. A l’Univers més ampli, però, la gran majoria de la matèria pren forma de plasma, inclòs el nostre Sol i altres estrelles, i el vent solar que flueix del Sol per interactuar amb la Terra, donant lloc al “clima espacial”.
Nombroses sondes Langmuir han volat a l’espai, s’utilitzen per mesurar les propietats del plasma, i el seu disseny gairebé no ha canviat des que es van inventar per primera vegada el 1924: s’aplica una sèrie de voltatges a la sonda i els corrents recollits s’utilitzen per identificar les propietats del plasma, com ara la densitat d’electrons i ions, així com la temperatura.
“Una sonda Langmuir estàndard realitza un escombrat de tensió de negatiu a positiu per recopilar paràmetres de plasma”, explica Tore André Bekkeng de Noruega. Eidsvoll Electronics. “Però es necessita temps per realitzar un escombrat així, normalment de mig a dos segons. Operar a velocitats orbitals d’uns 7 km per segon significa que esteu limitat a com a màxim una mostra per cada 3,5 km d’espai, cosa que és massa gruixuda per capturar aquelles petites estructures ionosfèriques que pertorben, entre altres coses, els senyals de navegació per satèl·lit i provoquen el que es coneix com a “escintil·lacions de senyal”.
Afegeix que la Sonda Langmuir de múltiples agulles (m-NLP) s’estén en canvi un quartet de cilindres en miniatura, cadascun ajustat a un voltatge diferent, però fix, produint una resolució espacial molt més estreta, fins a menys de dos metres.
“La idea es remunta al Universitat d’Oslo a finals dels anys 2000, i es va provar per primera vegada amb un coet sonador l’any 2008, volant cap a la part superior de l’atmosfera i baixant de nou per guanyar només uns 10 minuts de temps de vol”, continua Tore. “Vam continuar amb diversos coets de ressonància, després vam avançar cap a MicroSats i CubeSats volants, els de Noruega. NorSat-1 i els Països Baixos BRIK-IIles operacions de la qual continuen fins avui, tot i que aquestes versions del m-NLP estan realitzant 1.000 i 4.000 mostres per segon, respectivament, en comparació amb les gairebé 10.000 per segon aconseguides amb el nostre disseny actual”.
La Universitat d’Oslo i Eidsvoll Electronics van continuar treballant junts en el concepte m-NLP i van rebre finançament compartit per desenvolupar una versió preparada per a ISS, a través de la Direcció de Ciència de l’ESA. PRODEX programa de suport al treball sobre càrregues útils de la missió i la Direcció de Tecnologia de l’ESA Programa General de Suport Tecnològicpreparant conceptes prometedors per als vols espacials i el mercat obert.
Paral·lelament, els equips també van treballar en una versió m-NLP molt dura capaç d’operar a òrbites més altes, potencialment com a part d’una constel·lació meteorològica espacial que s’està estudiant. Eidsvoll Electronics va dissenyar i construir l’electrònica, mentre que la Universitat va agafar el sistema de boom dissenyat per NorSat-1 i el va millorar per millorar el rendiment.
Lasse Clausen, de la Universitat d’Oslo, explica: “Aquí a Noruega, com altres països de l’Àrtic, sempre ens han fascinat les aurores i la seva connexió amb l’espai, i també operem molts avions i vaixells marins a les regions del nord.
“En conseqüència, depenem molt dels sistemes globals de navegació per satèl·lit com el GPS i Galileo. Resulta que l’aurora i altres fenòmens meteorològics espacials causen una variabilitat important del plasma ionosfèric que pot alterar seriosament els senyals GNSS. Així, si fos possible mesurar l’estat del plasma ionosfèric amb múltiples instruments m-NLP a bord d’una flota de satèl·lits, podríem desenvolupar una previsió meteorològica espacial que prediu problemes de senyal GNSS. Un servei així seria molt valuós per a la societat”.
Tore André Bekkeng afegeix: “El suport de PRODEX i GSTP ha estat molt important per desenvolupar ambdues versions de m-NLP, inclòs el fet de rebre assessorament d’experts de l’ESA i fer ús dels laboratoris de l’agència. A través del desenvolupament de la càrrega útil m-NLP per a l’ISS, Eidsvoll Electronics ha adquirit una àmplia experiència a nivell de sistema i ha contractat nous gestors de projectes, enginyers de sistemes, experts en electrònica i desenvolupadors de programari. L’empresa també es troba en fase d’adquisició d’una instal·lació de buit tèrmic capaç d’allotjar fins a 16 unitats CubeSats.
“En conseqüència, aquest contracte ha reforçat significativament la nostra posició per a futures càrregues útils i missions dirigides per Noruega i l’ESA”.
