美國宇航局的兩顆衛(wèi)星用于研究太空中的信號中斷

美國宇航局的雙胞胎E-TBEx CubeSats是增強型串聯信標實驗的縮寫 - 計劃于2019年6月在國防部的太空測試計劃-2發(fā)射升空。此次發(fā)射包括來自政府和研究機構的24顆衛(wèi)星。他們將從位于佛羅里達州美國宇航局肯尼迪航天中心的歷史性發(fā)射綜合體39A上搭載SpaceX Falcon Heavy。

E-TBEx CubeSats專注于通過地球上層大氣的無線電信號如何被該地區(qū)的結構化氣泡扭曲，稱為電離層。特別是在赤道上存在問題，這些失真會干擾軍事和航空通信以及GPS信號。我們越了解這些泡沫如何演變，我們就能越多地緩解這些問題 - 但是現在，科學家們無法預測這些泡沫何時會形成，或者它們將如何隨時間變化。

“這些泡沫很難從地面開始研究，”加利福尼亞州門洛帕克SRI國際公司E-TBEx任務的有效負載項目經理Rick Doe說。“如果你看到氣泡開始形成，它們便會移動。我們正在研究這些特征的演變，然后才開始扭曲通過電離層的無線電波，以更好地理解基礎物理學。”

電離層是地球上層大氣的一部分，粒子被電離 - 這意味著它們被分離成一個正負粒子的海洋，稱為等離子體。電離層的等離子體與中性氣體混合在一起，就像我們呼吸的空氣一樣，因此地球的高層大氣 - 以及在那里形成的氣泡 - 對復雜的因素做出了反應。

由于其顆粒具有電荷，因此該區(qū)域中的等離子體響應電場和磁場。這使得電離層對空間天氣做出響應：空間條件，包括變化的電場和磁場，往往受到太陽活動的影響。科學家們還認為，大型風暴系統發(fā)出的壓力波可以傳播到高層大氣中，產生的風會影響氣泡的運動和變化。這意味著電離層和氣泡都是由陸地天氣和太空天氣形成的。

E-TBEx CubeSats以三個頻率(接近通信和GPS衛(wèi)星使用的頻率)向地面接收站發(fā)送無線電信標信號，此時科學家可以檢測信號的相位或幅度的微小變化。然后，這些中斷可以映射到它們通過的電離層區(qū)域，為科學家提供有關這些氣泡如何形成和演化的信息。

“所有信號都是在同一時間創(chuàng)建的 - 具有相同的相位 - 所以你可以告訴它們在通過氣泡時是如何變形的，”Doe說。“然后，通過查看扭曲，您可以退回有關粗糙度和氣泡密度的信息。”

雙胞胎CubeSats產生的數據由NOAA的六顆COSMIC-2衛(wèi)星上的類似信標補充。與E-TBEx CubeSats一樣，COSMIC-2信標以三個頻率發(fā)送信號 - 與E-TBEx用于地面接收站的頻率略有不同。來自所有八顆衛(wèi)星的測量結果將使科學家有機會同時從多個角度研究這些氣泡中的一些。

E-TBEx的燈塔由SRI International的一個團隊建造，該團隊還在COMSIC-2上設計和制造了信標。E-TBEx CubeSats是在密歇根大學安娜堡分校的密歇根勘探實驗室開發(fā)的。設計，制造，集成和測試主要由本科生和研究生團隊進行。

“由于可部署部件的數量，構建和測試E-TBEx非常復雜，”密歇根大學的航空航天工程教授詹姆斯·卡特勒說，他領導了從事E-TBEx工作的學生團隊。“有效載荷基本上是一個飛行無線電臺，所以我們有五個天線可以部署 - 四個有兩個分段 - 還有四個太陽能電池板。”

科學家從E-TBEx學到的東西可以幫助制定避免信號失真的策略 - 例如，允許航空公司選擇一個不易受到干擾的頻率，或者讓軍方推遲一項關鍵操作，直到潛在的破壞性電離層泡沫過去。

STP-2由美國空軍太空和導彈系統中心管理。美國國防部的任務將展示獵鷹重型火箭的能力，同時在大約六個小時的過程中將衛(wèi)星送到地球周圍的多個軌道。這些衛(wèi)星包括三個額外的NASA項目，以改善未來的航天器設計和性能。