到2022年,伯克利大学的四颗卫星将探索火星和地球

twin TRACERS satellites orbiting Earth

这是一幅artist’s描绘的双示踪卫星,它将监测撞击地球6037s磁层的太阳风粒子。(图片由爱荷华大学提供)

如果一切按计划进行,由加州大学伯克利分校空间科学实验室的两组科学家和工程师组成的团队将在2022年底之前把实验发射到火星和地球的轨道上,每个任务都由一对相同的孪生卫星组成。

上个月,美国国家航空航天局宣布,一个由两艘航天器组成的任务,每艘航天器都携带一套相同的实验,是三年内可能选择发射的三个最终候选方案之一。伯克利空间科学实验室行星科学和天体生物学副主任罗伯特·利利斯(Robert Lillis)将带领“逃逸和等离子体加速与动力学探索者”号(Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers,简称“逃逸”)围绕火星轨道运行,探索太阳风是如何将大气层从火星上带走的。这两颗卫星各有一个小型冰箱大小,它们还将绘制火星电离层的地图。电离层是火星上层大气的一层,可能会干扰未来火星殖民地之间的无线电通讯。

一年后,美国国家航空航天局将决定是否继续执行这一任务,可能会投入高达5500万美元的资金。莉莉丝说,三个最终入围者中可能会有不止一个被选中参加飞行比赛。

今年6月,美国国家航空航天局在最终批准了串联重新连接和尖端电动力学侦察卫星,或示踪剂,使命,将采用两个相同的卫星观察地球的磁性极点——北部地区环绕地球的北极,地球的磁场线曲线向地球,特别是在暴力地磁风暴引发了来自太阳的爆发。

由爱荷华州爱荷华市爱荷华大学的Craig Kletzing领导的示踪飞船将使用加州大学伯克利分校空间科学实验室(SSL)专家制造的仪器来测量电场。SSL团队将由SSL助理研究物理学家John Bonnell领导。不包括拼车费用,TRACERS的资金高达1.15亿美元,其中约1350万美元将捐给加州大学伯克利分校。

这两项任务——一个是a go,另一个是强有力的候选任务——利用SSL在设计、建造和运营卫星舰队方面的经验,研究地球和月球的磁电环境。在2007年发射的五颗卫星组成了一个舰队,研究亚暴在地球磁场环境中的起源,以及多彩极光中闪烁的来源。

忒弥斯两个微型卫星在2010年被派往月球作为一个单独的任务被称为阿耳特弥斯(加速度,重新连接,动荡和电动力学的月球与太阳),仍绕月球研究磁场受到太阳风的影响。SSL的科学家和工程师也为这一双星立体任务制造了仪器,该任务是拍摄太阳的立体图像。这将是第一次多颗卫星飞往另一颗行星。

SSL主任、加州大学伯克利分校天文学教授史蒂文·贝克维斯(Steven Beckwith)表示:“在这轮投票中,SSL研究人员选择了两项太空任务和一项主要仪器,显示出伯克利在太空科学研究方面拥有强大的智力力量。”这也显示了NASA对SSL的信任,相信它能够构想、制造、测试和发射太空卫星,这种信任来自于多年来对实验室的投资。SSL现在准备支持伯克利的下一代年轻太空科学家,他们将在未来10年领导这些任务。”

越轨行为

美国国家航空航天局的小型行星探索创新任务(SIMPLEx)选择“逃逸”作为为期一年、耗资830万美元的“概念设计”项目,该项目强调小型航天器——重量不足400磅——可以执行独立的行星科学任务。这两艘孪生飞船将与美国宇航局的另一项任务或商业发射机会一起进入太空。这次冒险很可能会搭乘将发射赛姬号的同一枚火箭升空。赛姬号是2022年的一项任务,目的是探索同名的金属小行星。

EscaPADE satellites orbiting Mars

这两颗逃逸卫星,如果得到美国宇航局的批准,将于2022年飞往火星,围绕火星运行互补轨道,对热电离等离子体(黄绿相间的截面)和磁场(蓝线)进行采样,以了解火星6037大气是如何逃逸到太空的。(加州大学伯克利分校图片由Robert Lillis提供)

“这是令人兴奋的,因为它是NASA’s尝试看看新的太空时代,人们所说的民主化创业空间,降低车辆成本和新空间和更可靠的现成的零件价格过去的一小部分,会导致行星探索更具成本效益的方式,“Lillis说。“成为这些小白鼠中的一员也有点可怕。”

越轨行为的每个卫星任务将携带工具建在SSL来测量高能电子的流动和电离氧气和二氧化碳分子逃离火星磁场探测器建立了加州大学洛杉矶分校和探针测量慢或热离子德航空航天大学建在在代托纳海滩,佛罗里达州。有了这两颗卫星,科学家就可以同时测量地球上两个地方的情况,从而将一个地方的等离子体状况与另一个地方逃逸的离子流联系起来。在执行任务的过程中,这两颗卫星将改变位置,从200至7000公里的高度绘制出几乎整个地球的上层大气和磁层图。

这些数据是解开火星气候历史之谜的关键,也是确定火星大气是如何以及何时消失的关键。火星大气的密度曾经足以容纳河流、湖泊甚至海洋等流水。

另一个目标是在全球范围内对火星电离层进行采样,这可能会干扰火星表面人类、火星上的人类与轨道飞行器之间以及火星殖民者与地球之间的无线电通讯。

利利斯说:“无论是为了无线电通讯,还是最终在火星上建立GPS系统,你都需要了解电离层的结构和变化,以了解电离层将如何干扰这些信号,影响未来火星定居者的定位和通讯。”

示踪剂

追踪器是美国国家航空航天局(NASA)一系列旨在了解太空天气成因的任务之一:地球周围太空中发生的风、风暴和电流,类似于我们在低层大气中追踪的天气系统。高层大气和电离层的风暴会影响地球上的通讯以及宇航员和卫星的安全。

solar wind interactions with Earth's magnetic field

来自太阳的带电粒子风(屏幕外到左下角)冲击地球’s磁层,进入磁层顶某处的重新连接点。这些高能粒子
1电子和离子
1沿着磁力线汇集到地球’s磁极。在右上角的特写镜头中,这两颗跟踪卫星将以单列形式在极地轨道上飞行,对尖端的粒子进行采样,以确定重新连接的位置和时间。(图片由爱荷华大学提供)

太空天气是由太阳中大量的太阳粒子(太阳风)所驱动的。当这些粒子到达地球时,它们与地球磁场相互作用,有时产生破坏性的电磁风暴。

地球的磁场,也就是所谓的磁层,保护地球上的生命免受太阳辐射的影响,使地球上的生命安全地偏离轨道。然而,太阳风中的一些能量穿透了磁层顶,磁层顶是太阳风边界的保护层。在这些地方,太阳磁场与地球磁场重新连接,使高能太阳粒子得以进入地球,并在地球上产生电流。地球的磁力线将这些带电粒子汇聚到一个单一的点,即地球北极附近的磁极,最终在磁极周围形成了一圈五颜六色的极光。

这两种示踪剂极地轨道卫星将飞单文件海拔约600公里,把它通过尖端一天几次样本粒子流动这下水道,寻找那些能量来表示他们刚刚通过重新连接洞进来。

邦内尔说:“重新连接发生在磁层顶本身的某处,在地表以上六万六千或六万七千公里处,我们在低海拔地区看到极光的影响。”“示踪剂将在极光上方飞行,但要穿过携带所有这些高能粒子进入大气层的磁力线。”

示踪剂,他说,将解决一个长期存在的问题,重新连接发生在磁层以及太阳风如何影响和时间的地方,帮助美国宇航局更好地预测高能粒子进入地球磁场的涌入,可能会扰乱电网和卫星通讯。

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