RAX-2
 RAX-2 w budowie
| |
| Typ misji | Badania zorzy |
|---|---|
| Operator |
Międzynarodowy Uniwersytet SRI w Michigan |
| Identyfikator COSPAR | 2011-061D |
| SATCAT nr. | 37853 |
| Właściwości statku kosmicznego | |
| Typ statku kosmicznego | Kostka 3U Sat |
| Początek misji | |
| Data uruchomienia | 28 października 2011, 09:48:02 UTC |
| Rakieta | Delta II 7920-10C |
| Uruchom witrynę | Vandenberga SLC-2W |
| Wykonawca | Zjednoczony Sojusz Uruchomienia |
| Koniec misji | |
| Ostatni kontakt | 10 kwietnia 2013 |
| Parametry orbitalne | |
| System referencyjny | Geocentryczny |
| Reżim | Niska Ziemia |
| Półoś wielka | 6964,69 km (4327,66 mil) |
| Ekscentryczność | 0,0203467 |
| Wysokość perygeum | 451 kilometrów (280 mil) |
| Wysokość apogeum | 735 kilometrów (457 mil) |
| Nachylenie | 101,71 stopni |
| Okres | 96,41 minut |
| Epoka | 24 stycznia 2015, 22:19:36 UTC |
RAX-2 ( Radio Aurora Explorer 2 ) to satelita CubeSat zbudowany w ramach współpracy pomiędzy SRI International i studentami College of Engineering na Uniwersytecie Michigan . To drugi statek kosmiczny biorący udział w RAX . Misja RAX-1 zakończyła się po około dwóch miesiącach pracy ze względu na stopniową degradację paneli słonecznych, która ostatecznie doprowadziła do utraty mocy. Członkowie zespołu RAX wykorzystali wnioski wyciągnięte z projektu RAX-1 do zaprojektowania drugiej jednostki latającej, RAX-2, która realizuje tę samą koncepcję misji, co RAX-1 (wystrzelony w listopadzie 2010 r.), z ulepszonymi osiągami autobusu i dodatkowymi trybami operacyjnymi. Pomiary naukowe są usprawniane dzięki interaktywnym eksperymentom z grzejnikami jonosferycznymi o dużej mocy, w których FAI będzie generowane na żądanie.
RAX-2 został wystrzelony z bazy sił powietrznych Vandenberg w październiku 2011 roku na szczycie rakiety Delta II .
Projekt statku kosmicznego
Z wyjątkiem paneli słonecznych konstrukcje RAX-1 i RAX-2 są w dużej mierze identyczne. RAX-1 i RAX-2 to standardowe CubeSaty 3U o wymiarach fizycznych około 10 cm x 10 cm x 34 cm i przybliżonej masie 3 kg. Satelity są zgodne ze standardem 3U CubeSat, dzięki czemu można je wystrzelić z Cal Poly P-POD, specjalistycznego kontenera i mechanizmu rozmieszczania opracowanego przez inżynierów z Cal Poly San Luis Obispo, który wielu dostawców wystrzeliwania może dołączyć jako dodatkowy ładunek do swojego startu pojazdy.
Strategia projektowania
Ogólna strategia projektowa RAX polegała na wykorzystaniu gotowych komponentów dostępnych na rynku (COTS) w celu skrócenia czasu i kosztów opracowywania. Kilka podsystemów RAX składa się z centralnego komponentu komercyjnego z zbudowaną wokół niego elektroniką pomocniczą (zasilanie, magistrala komunikacyjna, przełączniki itp.). Jednakże w wielu przypadkach konieczne było zaprojektowanie podsystemów od podstaw, ponieważ rozwiązania COTS nie spełniały wymagań misji. Chociaż takie przypadki kosztowały zespół mnóstwo czasu i środków, korzyścią było zdobycie wewnętrznej wiedzy specjalistycznej na temat tworzenia dostosowywalnych systemów na potrzeby przyszłych misji w Michigan. Szczegółowe informacje dotyczące projektu można znaleźć w poniższej sekcji podsystemów.
Realizacja projektu
RAX jest podzielony na siedem podsystemów, jeden ładunek użytkowy, łącznie 15 płytek drukowanych, 7 mikroprocesorów i dwa układy FPGA. Płyty podsystemu zaprojektowano w oparciu o standard PC-104, dzięki czemu każdą płytkę można podłączyć do drugiej za pomocą 104-pinowego złącza od podstawy satelity aż do ładunku użytecznego. Stamtąd poszczególne interkonekty biegną od stosu elektroniki do odbiornika. Aluminiowe szyny biegną przez każdy narożnik deski, a gwintowane podpórki znajdują się powyżej i poniżej, aby zablokować każdą deskę na miejscu. Cztery długie boki satelity są pokryte ośmioma ogniwami słonecznymi każdy, pozostawiając górny i dolny panel otwarty dla anten komunikacyjnych i GPS.
RAX-2 to stos trzech standardowych modułów „CubeSat” o wadze około 3 kg. Komputer pokładowy oparty jest Texas Instruments MSP430 , natomiast przetwarzanie danych naukowych odbywa się na 520 MHz PXA270 . Komunikacja odbywa się za pomocą transceivera UHF o prędkości łącza w dół 38,4 kbit/s oraz łącza w paśmie S dla danych naukowych, które zapewnia łącze w dół o szybkości 115,2 kbit/s.
Przegląd misji
Głównym celem misji RAX-2 jest badanie dużych formacji plazmy w jonosferze , najwyższym regionie naszej atmosfery. Te struktury plazmowe, będące formą turbulencji zwaną nieregularnościami zorientowanymi na pole (FAI), mogą zakłócać sygnały komunikacyjne i nawigacyjne, takie jak globalne systemy pozycjonowania (GPS).
Do badania FAI misja RAX wykorzysta duży, niespójny radar rozproszony w Poker Flats na Alasce (znany jako PFISR). PFISR będzie transmitował potężne sygnały radiowe do niestabilności plazmy, które zostaną rozproszone w przestrzeni. W tym czasie sonda RAX będzie krążyć nad głowami i rejestrować sygnały rozproszone za pomocą odbiornika pokładowego. Te nagrania sygnałów zostaną przetworzone przez komputer pokładowy i przesłane z powrotem do naszych stacji naziemnych, gdzie naukowcy je przeanalizują. Celem tej rocznej misji naukowej jest lepsze zrozumienie powstawania FAI, aby można było wygenerować krótkoterminowe modele prognostyczne. Pomoże to operatorom statków kosmicznych w planowaniu operacji misji w okresach przewidywanych zakłóceń komunikacji.
RAX-2 opiera się na dziedzictwie RAX-1, aby kontynuować misję naukową; jest to odzwierciedleniem tego, że uczniowie uczą się na podstawie doświadczeń i wdrażają nowe, bardziej pomysłowe technologie z pierwszej ręki. RAX-2 został opracowany w celu naprawienia awarii zasilania i umożliwienia eksperymentów naukowych w regularnych odstępach czasu.
Początek
RAX-2 wystrzelono 28 października 2011 r. jako dodatkowy ładunek w ramach misji NASA NPP ( NPOESS Preparatory Project ). Wystrzelenie CubeSata było sponsorowane przez NASA w ramach programu ELaNa -3. Wystartował z bazy sił powietrznych Vandenberg w środkowej Kalifornii na rakiecie United Launch Alliance Delta II, lecąc w konfiguracji 7920-10. Oddzielenie CubeSata nastąpiło 98 minut po wystrzeleniu, a wkrótce potem usłyszano sygnały ostrzegawcze z RAX-2.
Była to misja obejmująca wiele ładunków, w której uczestniczyło pięć innych CubeSatów: M-Cubed , AubieSat-1 , DICE-1 , DICE-2 i Explorer-1 .
Nauka misyjna
Celem misji RAX jest poznanie mikrofizyki prowadzącej do powstawania nieregularności plazmy zorientowanych na pole magnetyczne (FAI), czyli anomalii zakłócającej komunikację z krążącym statkiem kosmicznym. Misja RAX została specjalnie zaprojektowana do zdalnego pomiaru, z niezwykle wysoką rozdzielczością kątową, trójwymiarowego widma k (przestrzenna transformata Fouriera) FAI w skali ~1 m w funkcji wysokości, w szczególności pomiaru wyrównania pola magnetycznego nieregularności .
Misja RAX będzie wykorzystywać sieć istniejących radarów naziemnych, które będą rozpraszać sygnały z FAI, które będą mierzone przez odbiornik na statku kosmicznym RAX. Sonda będzie mierzyć „zorzę radiową”, czyli rozproszenie Bragga z FAI, które są oświetlone naziemnym radarem o niespójnym rozproszeniu wąskiej wiązki (ISR). Ta metoda teledetekcji opiera się na potężnej zależności matematycznej, zgodnie z którą intensywność zorzy radiowej jest proporcjonalna do widma k nieregularności ocenianego na podstawie liczby fali Bragga.
Eksperyment z radarem bistatycznym ziemia-kosmos charakteryzuje się wysoką rozdzielczością widma k, co oznacza, że zmierzona objętość plazmy jest jednorodna, a odebrany sygnał zawiera czystą zawartość wektorów falowych, które są ważne dla dokładnej analizy wzrostu i tłumienia fal . Co więcej, każdy eksperyment będzie oznaczony konwekcyjnym polem elektrycznym Ec, głównym czynnikiem powodującym nieregularności, które będą mierzone (oprócz profili wysokościowych, gęstości plazmy i temperatur) przez ISR podczas eksperymentu.
Misja RAX to wyjątkowa okazja do ilościowego określenia procesów plazmowych w jednorodnie rozdzielonej objętości plazmy przy jednoczesnym skutecznym pomiarze siły napędowej i efektu.
Odkrycia naukowe i oryginalne badania eksperymentalne
RAX-2 pomyślnie dokonał pierwszego w historii pomiaru naturalnie występującej turbulencji zorzy polarnej zarejestrowanej przy użyciu nanosatelitarnego odbiornika radarowego. Charakterystyczne echa radarowe zarejestrowane 8 marca zostały zarejestrowane za pomocą satelity Radio Aurora Explorer (RAX) CubeSat. Nanosatelita RAX zmierzył turbulencje nad Fairbanks na Alasce, które były bezpośrednim skutkiem burzy geomagnetycznej wywołanej największym rozbłyskiem słonecznym w ciągu ostatnich pięciu lat. Jonosfera znajdująca się na dużych szerokościach geograficznych Ziemi, obszar górnej atmosfery kojarzony z zorzą polarną napędzaną energią słoneczną, czyli „zorzą polarną”, staje się wysoce niestabilna, gdy podczas burz geomagnetycznych przepływają duże prądy. RAX został specjalnie zaprojektowany przez SRI i Uniwersytet Michigan do pomiaru turbulencji zorzy polarnej z orbitalnego punktu obserwacyjnego niedostępnego dla tradycyjnych radarów naziemnych.
„Odkrycie echa radarowego RAX w przekonujący sposób dowiodło, że miniaturowe satelity, poza ich rolą narzędzi dydaktycznych, mogą zapewnić pomiary wysokiej klasy na potrzeby podstawowych badań pogody kosmicznej” – powiedziała dr Therese Moretto Jorgensen, dyrektor programu Geospace w Wydziale Atmosfery i Nauk o Ziemi w National Science Foundation.
