El muestreador de plasma de la ESA se dirigió a la Luna y la ISS


Habilitación y soporte

12/07/2022
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Un innovador instrumento respaldado por la ESA para muestrear el entorno del clima espacial in situ está listo para asociarse a la Estación Espacial Internacional. La sonda Langmuir de múltiples agujas de Noruega, m-NLP, que se instalará en la plataforma Bartolomeo de fabricación europea en la ISS, un «porche delantero» abierto al espacio, mapeará el plasma ionosférico que rodea la estación en una alta resolución sin precedentes, realizando casi 10 000 mediciones por segundo continuamente a lo largo de su órbita.

Sonda Langmuir multiaguja

Habiendo pasado su revisión de admisión de ESA, el instrumento ha pasado a Altec en Italia para estar preparados para el lanzamiento a la ISS el próximo mes de marzo.

Mientras tanto, otro m-NLP está a punto de partir hacia la Luna a bordo del El rover lunar Rashid de los Emiratos Árabes Unidosprogramado para lanzarse pronto a bordo del módulo de aterrizaje Hakuto-R de Japón en un cohete SpaceX Falcon 9.

Rover Rashid

Este m-NLP estudiará el entorno de plasma inmediatamente por encima de la superficie lunar, ya que el regolito interactúa con la luz solar, de la misma manera que el otro rastreará el plasma exterior de la Estación.

El plasma a veces se llama ‘el cuarto estado de la materia’. Aquí en la Tierra ocurre solo en circunstancias especiales, por ejemplo, en forma de relámpagos, auroras polares o «duendes» en la alta atmósfera. Sin embargo, en el Universo más amplio, la gran mayoría de la materia toma la forma de plasma, incluido nuestro Sol y otras estrellas, y el viento solar que fluye desde el Sol para interactuar con la Tierra, dando lugar al ‘clima espacial’.

bartolomeo

Numerosas sondas Langmuir han volado al espacio, se utilizan para medir las propiedades del plasma, y ​​su diseño apenas ha cambiado desde que se inventaron por primera vez en 1924: se aplica una serie de voltajes a la sonda y las corrientes recolectadas se usan para identificar las propiedades del plasma, como la densidad de iones y electrones, así como la temperatura.

«Una sonda Langmuir estándar realiza un barrido de voltaje de negativo a positivo para recopilar parámetros de plasma», explica Tore André Bekkeng de Noruega. Electrónica Eidsvoll. “Pero se necesita tiempo para realizar un barrido de este tipo, normalmente de medio a dos segundos. Operar a velocidades orbitales de alrededor de 7 km por segundo significa que está limitado a una muestra como máximo por 3,5 km de espacio, lo que es demasiado grueso para capturar esas pequeñas estructuras ionosféricas que perturban, entre otras cosas, las señales de navegación por satélite y causan lo que se conoce como ‘centelleos de señal’”.

Agrega que la sonda Langmuir de múltiples agujas (m-NLP) en su lugar extiende un cuarteto de cilindros en miniatura, cada uno ajustado a un voltaje diferente, pero fijo, produciendo una resolución espacial mucho más estrecha, hasta menos de dos metros.

NorSat-1

“La idea se remonta a la Universidad de Oslo a fines de la década de 2000, y se probó por primera vez en un cohete de sondeo en 2008, volando hasta la parte superior de la atmósfera y bajando nuevamente para ganar alrededor de 10 minutos de tiempo de vuelo”, continúa Tore. “Continuamos en varios cohetes de sondeo, luego progresamos a volar MicroSats y CubeSats: los satélites de Noruega. NorSat-1 y los Países Bajos’ BRIK-IIcuyas operaciones continúan hasta el día de hoy, aunque estas versiones del m-NLP están realizando 1000 y 4000 muestras por segundo respectivamente, en comparación con los casi 10 000 por segundo logrados con nuestro diseño actual”.

Ionosfera tormentosa

La Universidad de Oslo y Eidsvoll Electronics continuaron trabajando juntos en el concepto m-NLP y recibieron fondos compartidos para desarrollar una versión lista para ISS, a través de la Dirección de Ciencias de la ESA. PRODEX programa que apoya el trabajo sobre las cargas útiles de la misión y la Dirección de Tecnología de la ESA Programa de Tecnología de Apoyo Generalpreparando conceptos prometedores para vuelos espaciales y el mercado abierto.

Paralelamente, los equipos también trabajaron en una versión m-NLP rad-hard capaz de operar en órbitas más altas, potencialmente como parte de una constelación de clima espacial actualmente en estudio. Eidsvoll Electronics diseñó y construyó la electrónica, mientras que la Universidad tomó el sistema de brazo diseñado para NorSat-1 y lo mejoró para mejorar el rendimiento.

Equipo de prueba m-NLP

Lasse Clausen de la Universidad de Oslo explica: “Aquí en Noruega, como en otros países del Ártico, siempre nos han fascinado las auroras y su conexión con el espacio, y también estamos operando muchos aviones y embarcaciones marinas en las regiones del norte.

“En consecuencia, dependemos en gran medida de los sistemas globales de navegación por satélite como GPS y Galileo. Resulta que las auroras y otros fenómenos meteorológicos espaciales provocan una variabilidad significativa del plasma ionosférico que puede alterar gravemente las señales GNSS. Entonces, si fuera posible medir el estado del plasma ionosférico con múltiples instrumentos m-NLP a bordo de una flota de satélites, podríamos desarrollar un pronóstico del clima espacial que prediga problemas de señal GNSS. Tal servicio sería muy valioso para la sociedad”.

m-NLP durante la prueba ESTEC

Tore André Bekkeng agrega: “El soporte de PRODEX y GSTP ha sido fundamental en el desarrollo de ambas versiones de m-NLP, incluso permitiéndonos recibir asesoramiento de expertos de la ESA y hacer uso de Agency Labs. Y Eidsvoll Electronics, a través del desarrollo de la carga útil m-NLP para la ISS, adquirió una amplia experiencia a nivel de sistema y contrató nuevos gerentes de proyecto, ingenieros de sistemas, expertos en electrónica y desarrolladores de software. La compañía también se encuentra en la fase de adquisición de una instalación de vacío térmico capaz de albergar CubeSats de hasta 16 unidades.

“En consecuencia, este contrato ha fortalecido significativamente nuestra posición para futuras cargas útiles y misiones lideradas por Noruega y la ESA”.



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