Eles voaram em missões interplanetárias de alto perfil e mais modestas em missões de órbita baixa da Terra, mas em todos os casos, os onipresentes magnetômetros fluxgate que os cientistas usam para medir a intensidade de um campo magnético se degradarão com o tempo.

Um tecnólogo do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, agora está desenvolvendo um magnetômetro autocalibrado que seria ideal para medir a intensidade e orientação das linhas magnéticas do CubeSat e de naves espaciais mais tradicionais.

Com o financiamento de pesquisa e desenvolvimento da Goddard, Todd Bonalsky está desenvolvendo um protótipo funcional, que ele planeja voar em uma missão de foguete chamada Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2, ou VISIONS-2, em 2018. VISIONS-2 foi projetado para estudar a saída de íons de oxigênio da atmosfera superior da Terra para a magnetosfera.

O protótipo combina dois tipos de magnetômetros - o fluxgate de alta precisão e o magnetômetro atômico com bomba óptica - em um pacote relativamente pequeno que pode ser usado em missões do tipo constelação, onde vários CubeSats são implantados para reunir simultaneamente, observações multiponto. Esta técnica é particularmente eficaz para estudar as constantes mudanças da Terra, campos magnéticos envolventes.

"Já mostramos que podemos pegar relativamente grandes, magnetômetros fluxgate famintos de energia e reduzi-los para voar em CubeSats, "disse Bonalsky, que miniaturizou com sucesso um magnetômetro fluxgate para a missão Dellingr CubeSat (isso pode estar relacionado ao recurso Dellingr programado para o final de julho), que a NASA lançou recentemente. Uma equipe de Goddard desenvolveu propositalmente o Dellingr para melhorar a confiabilidade dessas pequenas plataformas.

"Agora, Eu quero incorporar nosso fluxgate miniaturizado com um magnetômetro atômico absoluto para criar um totalmente autocalibrado, magnetômetro vetorial miniaturizado para CubeSats e pequenos satélites, parecido. Isso nunca não foi feito antes, " ele disse.

Necessidade de um sistema híbrido

A necessidade de um instrumento all-in-one reside nas vantagens e desvantagens inerentes de ambos os magnetômetros, tornou-se mais desafiador à medida que os tecnólogos tentam reduzir ainda mais o tamanho desses instrumentos para caber dentro do CubeSats, cujas unidades medem apenas dez centímetros de lado.

Feito de um núcleo, que é altamente suscetível à magnetização, e duas bobinas de fio para se assemelhar a um transformador, Os magnetômetros fluxgate são há muito tempo burros de carga científicos devido à sua construção robusta e precisão. Eles funcionam quando uma corrente alternada, ou AC, é passado por uma bobina, chamado de primário, para produzir um campo magnético alternado que induz CA na outra bobina, chamado de secundário.

A intensidade e a fase da CA no secundário são constantemente medidas. Quando ocorre uma mudança no campo magnético externo, a saída da bobina secundária muda. A extensão e a fase dessa mudança podem ser analisadas para determinar a intensidade e a orientação dos campos magnéticos em questão. Consequentemente, o dispositivo mede não apenas o campo magnético de um objeto, mas também sua direção, seja ao norte, Sul, leste, ou oeste.

Contudo, temperaturas em constante mudança, como as encontradas no espaço, reduzirão seu desempenho ao longo do tempo. Consequentemente, planejadores de missão ocasionalmente pilotam um magnetômetro atômico, que opera sob um conjunto diferente de princípios, para manter a calibração do fluxgate.

Desenvolvido pela primeira vez há mais de 50 anos, magnetômetros atômicos são feitos de gases alcalinos, como rubídio ou césio, que enviam uma frequência proporcional ao campo magnético. Em outras palavras, eles literalmente ressoam - como uma taça de vinho de cristal quando sua borda é esfregada - indicando a extensão de um campo magnético.

Magnetômetros atômicos, Infelizmente, não são uma panacéia, qualquer. Embora não esteja sujeito a deriva ou degradação, eles só podem medir a magnitude do campo, não sua direção.

Sob seu financiamento de P&D, Bonalsky está desenvolvendo um sistema híbrido autocalibrado que combina as duas técnicas de medição.

Para alcançar isto, ele construiu um ultrapequeno, filamento de magnetômetro atômico em "escala de chip", que ele planeja instalar nas bobinas do sensor do magnetômetro fluxgate que ele desenvolveu para a missão Dellingr. Em seguida, ele planeja testar o dispositivo nas instalações de teste magnético atualizadas de Goddard, em preparação para sua possível inclusão na missão do foguete de sondagem VISIONS-2.

"Se tivermos sucesso, Goddard estará na vanguarda da magnetometria CubeSat de nível científico, " ele disse.

Pequenos satélites, incluindo CubeSats, estão desempenhando um papel cada vez maior na exploração, demonstração de tecnologia, pesquisa científica e investigações educacionais na NASA, incluindo:exploração do espaço planetário; Observações da Terra; ciência fundamental da Terra e do espaço; e desenvolver instrumentos científicos precursores, como comunicações de laser de ponta, comunicações de satélite a satélite e capacidades de movimento autônomo.