L'Observatoire géophysique et astronomique de Goddard est le foyer de recherches pionnières dans de nombreux domaines scientifiques. Le chercheur principal Mark Adrian prévoit de tester un sondeur ionosphérique sur l'installation de 210 acres plus tard cette année. Crédit :NASA/W. Hrybyk
Une technologie centenaire que les scientifiques utilisent pour sonder l'ionosphère, l'importante couche atmosphérique qui peut interférer avec la transmission des ondes radio, est de plus en plus petite.
Une équipe de scientifiques et d'ingénieurs de la NASA au Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland, modernise et miniaturise l'électronique d'un prototype d'instrument, appelé la concentration par rapport à la hauteur pour un sondeur électromagnétique en orbite, ou ÉCHOS. L'appareil pourrait être utilisé pour "sonder" l'ionosphère à partir d'un observatoire au sol ou, finalement, d'une constellation de CubeSats.
La couche ionosphérique, qui est chargé électriquement ou ionisé principalement par le rayonnement ultraviolet extrême provenant du soleil pendant la journée ou par le bombardement de rayons cosmiques pendant la nuit, intéresse les scientifiques en raison du rôle qu'il joue dans la transmission des ondes radio.
Selon la concentration d'électrons dans l'ionosphère et la fréquence des ondes radio, la couche réfléchit les ondes radio vers la Terre, plutôt que de leur permettre de s'échapper dans l'espace. Cependant, éruptions solaires, l'éruption spontanée d'un rayonnement de haute énergie provenant de la surface du soleil, peut provoquer une forte augmentation du nombre de particules ionisées, modifiant ainsi la hauteur et la densité des particules.
"La gravité tire le plasma plus dense (gaz ionisé) vers la Terre vers des altitudes plus basses qui sont moins denses. C'est une configuration instable, " a déclaré le chercheur principal d'ECHOES et scientifique de Goddard Mark Adrian. " Ce mouvement conduit à un mélange turbulent de l'ionosphère, un peu comme verser de la crème dans votre café du matin. Cela produit des irrégularités de densité ou des structures qui réfléchissent et réfractent les ondes radio, ce que nous appelons simplement des interférences. »
Shing Fung de Goddard (à gauche), Mark Adrian (debout), et Damon Bradley (à droite) miniaturisent une technologie centenaire pour étudier l'ionosphère potentiellement à partir d'une constellation de CubeSats. Bradley tient une carte électronique que l'équipe migrera vers l'observatoire géophysique et astronomique de Goddard plus tard cette année pour des tests. Crédit :NASA/W. Hrybyk
Pour déterminer la densité électronique verticalement dans l'ionosphère, les scientifiques utilisent depuis longtemps des sondeurs radio—essentiellement, radios dédiées. Une gamme de fréquences radio différentes est dirigée verticalement vers l'ionosphère et un récepteur collecte et mesure ensuite les valeurs des signaux ou échos renvoyés.
Le plan immédiat est d'utiliser ECHOES sur le terrain, contribuer à un réseau d'instruments qui prennent en charge la prévision spatiale et météorologique et la cartographie en temps réel de l'ionosphère. Cependant, les instruments pouvaient aussi voler dans l'espace, par exemple, dans une constellation de CubeSats qui rendraient simultané, sondages multipoints de la partie supérieure de l'ionosphère enveloppante de la Terre, qui se situe entre 46 et environ 621 milles au-dessus de la surface de la Terre.
La technique de sondage est vieille d'au moins un siècle. Cependant, ce n'est qu'à l'aube de l'ère spatiale que la technique a été appliquée aux missions de fusées-sondes et de satellites à part entière, comme l'Alouette 1 construite au Canada et lancée par la NASA en 1962. Plus récemment, La NASA a lancé le Radio Plasma Imager dans le cadre d'une mission appelée Imager for Magnetopause-to-Aurora Global Exploration, ou IMAGE. Aussi, le Jet Propulsion Laboratory, en collaboration avec ses partenaires européens, fourni un autre sondeur, le radar avancé de Mars pour les sondages souterrains et ionosphériques, pour la mission Mars Express de l'Agence spatiale européenne.
"Essentiellement, ce que nous faisons, c'est miniaturiser une technologie de traitement du signal d'un récepteur radio vieille de 100 ans, " a déclaré le co-investigateur principal d'ECHOES, Damon Bradley, qui a dirigé le développement du système de traitement du signal numérique pour le radiomètre du Soil Moisture Active Passive de la NASA, ou mission SMAP, qui suit les niveaux mondiaux d'humidité du sol. "ECHOES est essentiellement un radar basse fréquence qui utilise le traitement du signal numérique dans l'espace, comme sur SMAP, mais pour sonder l'ionosphère au lieu de cartographier les niveaux mondiaux d'humidité du sol. »
Avant que l'instrument miniaturisé puisse voler dans l'espace, cependant, l'équipe doit prouver qu'elle est capable d'obtenir des mesures de densité dans un environnement pertinent. Dans le cadre de son effort de développement technologique, l'équipe prévoit d'intégrer les systèmes électroniques et d'antennes ECHOES à d'autres matériels d'instruments et d'effectuer un test à l'observatoire géophysique et astronomique de Goddard plus tard cette année.
"Une démonstration réussie de validation de principe de l'instrument ECHOES placerait Goddard dans une position unique pour concourir pour d'autres futures opportunités héliophysiques ou planétaires, en particulier ceux impliqués dans les plateformes CubeSat ou petits satellites, " dit Adrien.
