Han volado en misiones interplanetarias de alto perfil y más modestas en órbita terrestre baja, pero en todos los casos, los omnipresentes magnetómetros fluxgate que los científicos usan para medir la intensidad de un campo magnético se degradarán con el tiempo.

Tecnólogo del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, ahora está desarrollando un magnetómetro de autocalibración que sería ideal para medir la intensidad y orientación de las líneas magnéticas tanto de CubeSat como de naves espaciales más tradicionales.

Con la financiación de investigación y desarrollo de Goddard, Todd Bonalsky está desarrollando un prototipo funcional, que planea volar en una misión de cohete de sondeo llamada Visualización del flujo de salida de iones a través de Neutral Atom Sensing-2, o VISIONES-2, en 2018. VISIONS-2 está diseñado para estudiar la salida de iones de oxígeno desde la atmósfera superior de la Tierra hacia la magnetosfera.

El prototipo combina dos tipos de magnetómetros, el fluxgate de alta precisión y el magnetómetro atómico bombeado ópticamente, en un paquete relativamente pequeño que podría usarse en misiones de tipo constelación donde se implementan múltiples CubeSats para recolectar simultáneamente, observaciones multipunto. Esta técnica es particularmente efectiva para estudiar los cambios constantes de la Tierra, envolventes campos magnéticos.

"Ya hemos demostrado que podemos tomar relativamente grandes magnetómetros fluxgate hambrientos de energía y encogerlos para volar en CubeSats, "dijo Bonalsky, que miniaturizó con éxito un magnetómetro fluxgate para la misión Dellingr CubeSat (esto podría vincularse a la función Dellingr programada para fines de julio), que la NASA lanzó recientemente. Un equipo de Goddard desarrolló Dellingr a propósito para mejorar la confiabilidad de estas pequeñas plataformas.

"Ahora, Quiero incorporar nuestro fluxgate miniaturizado con un magnetómetro atómico absoluto para crear un autocalibrado completo, magnetómetro vectorial miniaturizado para CubeSats y pequeños satélites, similar. Esto nunca se ha hecho antes " él dijo.

Necesidad de un sistema híbrido

La necesidad de un instrumento todo en uno radica en las ventajas y desventajas inherentes de ambos magnetómetros, se hizo más desafiante a medida que los tecnólogos intentan reducir aún más el tamaño de estos instrumentos para que quepan dentro de CubeSats, cuyas unidades miden sólo cuatro pulgadas de lado.

Hecho de un núcleo, que es muy susceptible a la magnetización, y dos bobinas de alambre para parecerse a un transformador, Los magnetómetros fluxgate han sido durante mucho tiempo caballos de batalla científicos debido a su construcción robusta y precisión en general. Funcionan cuando una corriente alterna, o AC, pasa a través de una bobina, llamado primario, para producir un campo magnético alterno que induce CA en la otra bobina, llamado el secundario.

La intensidad y la fase de la CA en el secundario se miden constantemente. Cuando ocurre un cambio en el campo magnético externo, la salida de la bobina secundaria cambia. El alcance y la fase de este cambio se pueden analizar para determinar la intensidad y la orientación de los campos magnéticos en cuestión. Como consecuencia, el dispositivo mide no solo el campo magnético de un objeto, pero también su dirección, si es el norte, Sur, este, o al oeste.

Sin embargo, las temperaturas siempre cambiantes, como las que se encuentran en el espacio, reducirán su rendimiento con el tiempo. Como consecuencia, los planificadores de misiones ocasionalmente vuelan un magnetómetro atómico, que opera bajo un conjunto diferente de principios, para mantener la calibración del fluxgate.

Desarrollado por primera vez hace más de 50 años, Los magnetómetros atómicos están hechos de gases alcalinos, como rubidio o cesio, que envían una frecuencia proporcional al campo magnético. En otras palabras, literalmente resuenan, como una copa de vino de cristal cuando se frota su borde, lo que indica la extensión de un campo magnético.

Magnetómetros atómicos, Desafortunadamente, no es una panacea, cualquiera. Si bien no es propenso a la deriva o la degradación, solo pueden medir la magnitud del campo, no su dirección.

Bajo su financiación de I + D, Bonalsky está desarrollando un sistema híbrido de autocalibración que combina ambas técnicas de medición.

Lograr esto, ha construido un ultrapequeño, filamento de magnetómetro atómico "a escala de chip", que planea instalar dentro de las bobinas del sensor del magnetómetro fluxgate que desarrolló para la misión Dellingr. Luego planea probar el dispositivo en la instalación de prueba magnética mejorada de Goddard en preparación para su posible inclusión en la misión del cohete de sonda VISIONS-2.

"Si lo logramos, Goddard estará a la vanguardia de la magnetometría CubeSat de grado científico, " él dijo.

Pequeños satélites, incluidos CubeSats, están desempeñando un papel cada vez más importante en la exploración, demostración de tecnología, investigación científica e investigaciones educativas en la NASA, incluyendo:exploración espacial planetaria; Observaciones de la Tierra; ciencia fundamental de la Tierra y el espacio; y el desarrollo de instrumentos científicos precursores como comunicaciones láser de vanguardia, comunicaciones de satélite a satélite y capacidades de movimiento autónomo.