Ils ont volé sur des missions interplanétaires de grande envergure et plus modestes en orbite basse, mais dans tous les cas, les magnétomètres fluxgate omniprésents que les scientifiques utilisent pour mesurer l'intensité d'un champ magnétique se dégraderont avec le temps.

Un technologue au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, développe actuellement un magnétomètre à étalonnage automatique qui serait idéal pour mesurer l'intensité et l'orientation des lignes magnétiques de CubeSat et d'engins spatiaux plus traditionnels.

Avec le financement de la recherche et du développement Goddard, Todd Bonalsky développe un prototype fonctionnel, qu'il prévoit de voler dans le cadre d'une mission de fusée-sonde appelée Visualizing Ion Outflow via Neutral Atom Sensing-2, ou VISIONS-2, en 2018. VISIONS-2 est conçu pour étudier le flux d'ions oxygène de la haute atmosphère terrestre vers la magnétosphère.

Le prototype combine deux types de magnétomètres - le fluxgate très précis et le magnétomètre atomique à pompage optique - dans un boîtier relativement petit qui pourrait être utilisé dans des missions de type constellation où plusieurs CubeSats sont déployés pour rassembler simultanément, observations multipoints. Cette technique est particulièrement efficace pour étudier l'évolution constante de la Terre, champs magnétiques enveloppants.

« Nous avons déjà montré que nous pouvons prendre des magnétomètres fluxgate gourmands en énergie et les réduire pour voler sur CubeSats, " dit Bonalsky, qui a miniaturisé avec succès un magnétomètre fluxgate pour la mission Dellingr CubeSat (cela pourrait être lié à la fonctionnalité Dellingr prévue pour fin juillet), que la NASA a récemment lancé. Une équipe Goddard a volontairement développé Dellingr pour améliorer la fiabilité de ces petites plateformes.

"Maintenant, Je veux incorporer notre fluxgate miniaturisé avec un magnétomètre atomique absolu pour créer un entièrement auto-calibrant, magnétomètre vectoriel miniaturisé pour CubeSats et petits satellites, ressemblent. Cela n'a jamais été fait auparavant, " il a dit.

Besoin d'un système hybride

Le besoin d'un instrument tout-en-un réside dans les avantages et les inconvénients inhérents aux deux magnétomètres, rendu plus difficile à mesure que les technologues tentent de réduire davantage la taille de ces instruments pour les adapter à l'intérieur des CubeSats, dont les unités ne mesurent que quatre pouces de côté.

Composé d'un noyau, qui est très sensible à la magnétisation, et deux bobines de fil pour ressembler à un transformateur, Les magnétomètres fluxgate sont depuis longtemps des bêtes de somme scientifiques en raison de leur construction robuste et de leur précision. Ils fonctionnent lorsqu'un courant alternatif, ou CA, est passé à travers une bobine, appelé le primaire, pour produire un champ magnétique alternatif qui induit un courant alternatif dans l'autre bobine, appelé le secondaire.

L'intensité et la phase du courant alternatif dans le secondaire sont constamment mesurées. Lorsqu'un changement se produit dans le champ magnétique externe, la sortie de la bobine secondaire change. L'étendue et la phase de ce changement peuvent être analysées pour déterminer l'intensité et l'orientation des champs magnétiques en question. Par conséquent, l'appareil mesure non seulement le champ magnétique d'un objet, mais aussi sa direction, que ce soit au nord, Sud, est, ou à l'ouest.

Cependant, des températures en constante évolution, telles que celles rencontrées dans l'espace, réduiront ses performances au fil du temps. Par conséquent, les planificateurs de mission pilotent occasionnellement un magnétomètre atomique, qui fonctionne selon un ensemble différent de principes, pour maintenir l'étalonnage du fluxgate.

Développé pour la première fois il y a plus de 50 ans, les magnétomètres atomiques sont constitués de gaz alcalins, comme le rubidium ou le césium, qui envoient une fréquence proportionnelle au champ magnétique. En d'autres termes, ils résonnent littéralement - comme un verre à vin en cristal lorsque son bord est frotté - indiquant l'étendue d'un champ magnétique.

magnétomètres atomiques, Malheureusement, ne sont pas une panacée, Soit. Bien qu'il ne soit pas sujet à la dérive ou à la dégradation, ils ne peuvent mesurer que la grandeur du champ, pas sa direction.

Dans le cadre de son financement R&D, Bonalsky développe un système hybride auto-calibrant combinant les deux techniques de mesure.

Pour y parvenir, il a construit un ultra-petit, filament de magnétomètre atomique "à l'échelle de la puce", qu'il prévoit d'installer dans les bobines du capteur du magnétomètre fluxgate qu'il a développé pour la mission Dellingr. Il prévoit ensuite de tester l'appareil dans l'installation de test magnétique améliorée de Goddard en vue de son éventuelle inclusion dans la mission de fusée-sonde VISIONS-2.

« Si nous réussissons, Goddard sera à la pointe de la magnétométrie CubeSat de qualité scientifique, " il a dit.

Petits satellites, y compris CubeSats, jouent un rôle de plus en plus important dans l'exploration, démonstration de technologie, la recherche scientifique et les enquêtes pédagogiques à la NASA, y compris :l'exploration de l'espace planétaire; Observations de la Terre ; sciences fondamentales de la Terre et de l'espace; et le développement d'instruments scientifiques précurseurs tels que les communications laser de pointe, communications de satellite à satellite et capacités de mouvement autonome.