Исследователь солнечных аномальных и магнитосферных частиц

Исследователь солнечных аномальных и магнитосферных частиц

Спутник САМПЭКС
Имена	Эксплорер 68 САМПЭКС СМЭКС-1
Тип миссии	Магнитосферные исследования
Оператор	НАСА / ГСФК Институт Макса Планка
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ	1992-038А
САТКАТ нет.	22012
Веб-сайт	сжимать .Колорадо .edu /дом /сампекс /
Продолжительность миссии	3 года (планируется) 11 лет, 11 месяцев и 27 дней (достигнуто)
Свойства космического корабля
Космический корабль	Эксплорер 68
Тип космического корабля	Исследователь солнечных аномальных и магнитосферных частиц
Автобус	САМПЭКС
Производитель	Центр космических полетов Годдарда
Стартовая масса	158 кг (348 фунтов)
Масса полезной нагрузки	45,2 кг (100 фунтов)
Размеры	1,5 × 0,9 м (4 фута 11 дюймов × 2 фута 11 дюймов)
Власть	102 Вт
Начало миссии
Дата запуска	3 июля 1992 г., 14:19 UTC
Ракета	Разведчик Г-1 (С-215С)
Запуск сайта	Ванденберг , SLC-5
Подрядчик	Воут
Вступил в сервис	3 июля 1992 г.
Конец миссии
Деактивирован	30 июня 2004 г.
Последний контакт	13 ноября 2012 г.
Дата распада	13 ноября 2012 г., 11:42 UTC
Орбитальные параметры
Справочная система	Геоцентрическая орбита
Режим	Полярная орбита
Высота перигея	512 км (318 миль)
Высота апогея	687 км (427 миль)
Наклон	81.70°
Период	96,70 минут
Инструменты
Большой телескоп тяжелых ионов (HILT) Анализатор низкоэнергетического ионного состава (LICA) Масс-спектрометрический телескоп (МАСТ) Протонно-электронный телескоп (ПЭТ)
Патч миссии SAMPEX (Explorer 68) Программа Small Explorer (SAMPEX) программа проводник

Исследователь солнечных аномальных и магнитосферных частиц ( SAMPEX или Explorer 68 ) был солнечной и магнитосферной обсерваторией НАСА и первым космическим кораблем в программе Small Explorer . Он был выведен на низкую околоземную орбиту 3 июля 1992 года с авиабазы ​​Ванденберг ( Западный полигон ) на борту Scout G-1 ракеты-носителя . SAMPEX был результатом международного сотрудничества НАСА и Института внеземной физики Макса Планка в Германии . Исследователь солнечных аномальных и магнитосферных частиц (SAMPEX) — первый из серии космических аппаратов, запущенных в рамках программы Small Explorer (SMEX) для недорогих космических аппаратов.

Миссия

Основными целями экспериментов SAMPEX было получение данных в течение нескольких непрерывных лет об аномальных компонентах космических лучей , об эмиссиях солнечных энергичных частиц от Солнца и о высыпающихся магнитосферных релятивистских электронах . Орбита SAMPEX имеет высоту 512 × 687 км (318 × 427 миль) и наклонение 81,70 ° . В космическом корабле используется встроенная 3-осевая стабилизированная система смещения солнечной направленности/импульса с осью тангажа, направленной в сторону Солнца. Солнечные панели обеспечивают электроэнергию для работы, в том числе 16,7 Вт для научных приборов. Бортовой блок обработки данных (DPU) предварительно обрабатывает научные и другие данные и сохраняет их в блоке записи/процессора/пакетирования (RPP) емкостью около 65 МБ перед передачей в S-диапазоне со скоростью 1,5 Мбит/с. над летной базой Уоллопса (WFF) (или резервной станцией). Память команд может хранить не менее тысячи команд. Научные инструменты обычно указывают на местный зенит , особенно над земными полюсами, для оптимального отбора проб потока галактических и солнечных космических лучей. Высыпания энергичных магнитосферных частиц контролируются при более низких геомагнитных широты .

Космический корабль

Он оснащен четырьмя научными приборами: (1) анализатор низкоэнергетического ионного состава (LICA); (2) большой телескоп тяжелых ионов (HILT); (3) масс-спектрометрический телескоп (МАСТ); и (4) протонно-электронный телескоп (ПЭТ). Расчетный срок полезного использования космического корабля составил около трех лет; однако поток данных продолжался до 30 июня 2004 года. В 1997 году НАСА Годдард передало управление SAMPEX Лаборатории динамики полета и управления (FDCL), расположенной на факультете аэрокосмической техники Университета Мэриленда, Колледж-Парк .

Инструменты

Космический корабль нес четыре прибора, предназначенных для измерения аномальных компонентов космических лучей , выбросов солнечных энергетических частиц Земли и количества электронов в магнитосфере . Созданный для трехлетней миссии, его научная миссия завершилась 30 июня 2004 года. Управление полетом SAMPEX осуществлялось Центром космических полетов Годдарда до октября 1997 года, после чего оно было передано Университета штата Боуи Центру управления спутниковыми операциями (BSOCC). BSOCC при финансовой поддержке Аэрокосмической корпорации продолжал эксплуатировать космический корабль после завершения его научной миссии, используя космический корабль в качестве образовательного инструмента для своих студентов, продолжая при этом публиковать научные данные для общественности.

Эксперименты

Большой телескоп тяжелых ионов (HILT)

Эксперимент HILT был предназначен для измерения заряда, энергии и массы космических лучей в диапазоне энергий около 8,0--310 МэВ / нуклон . В частности, диапазоны энергий были следующими: Гелий (He): 3,9-90 МэВ/нуклон; Углерод (С): 7,2-160 МэВ/нуклон; Кислород (O): 8,3-310 МэВ/нуклон; Неон (Ne): 9,1-250 МэВ/нуклон; и железо (Fe): 11–90 Мэв/нуклон. Прибор состоял из (а) массива позиционно-чувствительных пропорциональных счетчиков на входе, за которым следовала (б) ионизационная камера , (в) еще один массив позиционно-чувствительных пропорциональных счетчиков непосредственно перед ним, (г) копланарный, 10- элемент, твердотельная матрица детекторов. Детекторы сопровождались (д) большим на основе йодида цезия (CsI) сцинтилляционным счетчиком , который просматривался четырьмя светочувствительными диодами . Геометрический фактор достигал 35 см2-ср. Два позиционно-чувствительных счетчика позволяли рассчитать точную длину траектории вдоль ионизационной камеры. Позиции (а), (б) и (в) были заполнены проточным газом изобутаном под давлением 75 Торр . 8,5 кг (19 фунтов) жидкого изобутана хватило на трехлетнюю эксплуатацию. По сути, инструмент представлял собой систему dE/dx вместо E; dE/dx обеспечивался посредством (a), (b) и (c), а E обеспечивался посредством (d) и (e). Телеметрические сигналы со всех датчиков позволили точно определить изотопа массу , заряд и энергию . Однако изотопное разрешение было плохим на высокоэнергетическом конце каждой полосы, особенно для более тяжелых элементов. Однако видозависимые потоки можно было легко вычислить даже на концах с высокими энергиями.

Анализатор низкоэнергетического ионного состава (LICA)

Эксперимент LICA был предназначен для измерения солнечных и магнитосферных ионов с энергией 0,5-5 МэВ/нуклон (от He до Ni ), приходящих из зенита в двенадцати энергетических диапазонах. Масса иона определялась путем одновременных измерений времени его полета (ToF) на длине пути примерно 50 см (20 дюймов) и его остаточной кинетической энергии размером 4 × 9 см (1,6 × 3,5 дюйма). в одном из четырех кремниевых кремниевых кремниевых кремний (Si) твердотельные детекторы. Ионы, проходя через входную никелевую фольгу толщиной 0,75 микрометра, испускали вторичные электроны, которые шевронная микроканальная пластина усиливала, формируя сигнал для начала отсчета времени. Двойная входная фольга предотвращала попадание солнечного света в телескоп через одиночные точечные отверстия и обеспечивала невосприимчивость к солнечному и геокорональному ультрафиолету . Другая пластина из фольги и микроканальной пластины перед твердотельными детекторами подала сигнал об остановке отсчета времени. Клиновые аноды на лицевых сторонах синхронизирующих анодов определяли место прохождения иона через фольги и, следовательно, длину пути его полета. Скорость, определенная по длине пути, ToF и остаточной энергии, измеренной твердотельными детекторами, были объединены для получения массы иона с разрешением около 1%, достаточным для обеспечения полного разделения изотопов. Поправки на потери энергии во входных фольгах дали энергию падающего иона. Геометрический коэффициент датчика составлял 0,8 см2-ср, а поле зрения — 17° х 21°. Встроенная обработка определила, были ли ионы, запускающие LICA, протоны , ядра He или более массивные ионы. Протоны подсчитывались в норме и далее не анализировались. Более тяжелые ядра рассматривались как низкие (He) или высокие (более массивные, чем He) приоритетные для передачи на Землю. Блок обработки данных прибора гарантировал, что выборка обоих приоритетных событий была телеметрической, но события с низким приоритетом не вытесняли более редкие тяжелые виды. Обработанные скорости потока в зависимости от энергии групп H ( водорода ), He, O, группы Si и Fe выбирались каждые 15 секунд для передачи. Соответствующие модели магнитного поля позволили уточнить зарядовое состояние атомов посредством расчетов ограничения жесткости. Кроме того, зависимость отсечки протонов от энергии во время полета по орбите помогла идентифицировать заряды других видов. Бортовые калибровки датчика проводились по команде примерно раз в неделю. Данные хранились во встроенной памяти объемом 26,5 МБ , которую затем дважды в день перебрасывали на наземные станции.

Масс-спектрометрический телескоп (МАСТ)

MAST представлял собой 11-слойную решетку детекторов площадью более 20 см каждый. ² (3,1 кв. дюйма), расположенные друг под другом. Первые четыре из них, M1, M2, M3 и M4, представляли собой одномерные позиционно-чувствительные детекторы с поверхностным барьером, каждый из которых имел 92 копланарные параллельные электродные полосы с шагом 0,5 мм (0,020 дюйма). Комбинация этих четырех слоев позволила определить координаты XY в двух положениях и, следовательно, точные траектории проникающих ядер. Следом за ними шли еще два поверхностно-барьерных детектора — D1 и D2. Дальше по потоку находились твердотельные детекторы с литиевыми дрейфами, от D3 до D7. Площади и толщины детекторов были следующими: М1—М4: 20 см. ² (3,1 кв. дюйма), 115 микрометров ; Д1: 20 см ² (3,1 кв. дюйма), 175 микрометров; Д2: 20 см ² (3,1 кв. дюйма), 500 микрометров; Площадь от D3 до D7 составляла 30 см. ² (4,7 кв. дюйма), толщиной соответственно 1,8 мм (0,071 дюйма), 3,0 мм (0,12 дюйма), 6,0 мм (0,24 дюйма) (составной пакет из 2 детекторов 3,0 мм (0,12 дюйма)), 9,0 мм (0,35 дюйма) дюймов) (составной пакет из 3 детекторов диаметром 3,0 мм (0,12 дюйма)) и 3,0 мм (0,12 дюйма). Сигнал от детектора, прошедшего последним, измерял остаточную энергию E', а детекторы, расположенные выше по потоку, обеспечивали dE/dx с большой избыточностью. Траекторная система вместе с предполетной калибровкой на ускорителе частиц Бевалак позволила значительно повысить точность определения изотопной массы, т. е. 0,2 а.е.м., чем это было бы в противном случае возможно для диапазона энергий от 10 МэВ/нуклон до нескольких сотен МэВ/нуклон и диапазоны 3 <= Z <= 28. Встроенный DPU обеспечивает приоритетную передачу данных от событий Z > 3.

Протон-электронный телескоп (ПЭТ)

ПЭТ состоял из массива из восьми твердотельных детекторов с дрейфом лития, которые вместе охватывали диапазон энергий 1–30 МэВ для электронов, 18–85 МэВ/нуклон для H и He и 54–195 МэВ/нуклон для более тяжелых металлов. элементы. Геометрические факторы составляли около 1,0 см**2-ср. H и He можно было отслеживать в диапазоне нескольких сотен МэВ/нуклон, но с уменьшенным геометрическим коэффициентом 0,3. Самые верхние детекторы, P1 (выпуклый) и P2 (вогнутый), имели толщину 2 мм (0,079 дюйма) каждый и площадь 8,1 см. ² (1,26 кв. дюйма). Ниже по потоку располагались остальные плоские детекторы от P3 до P8 следующих размеров. Р3: 9,2 см ² (1,43 кв. дюйма), 15 мм (0,59 дюйма) (составной пакет из 5 детекторов диаметром 3,0 мм (0,12 дюйма); и Р4—Р8: 4,5 см. ² (0,70 кв. дюйма), 3,0 мм (0,12 дюйма). Прибор мог работать в режиме низкого усиления (с высоким Z) или, обычно, в режиме с низким Z для наблюдения протонов, электронов и гелия. Высота импульса от детектора, прошедшего последним, позволила определить общее количество E, а детекторы, расположенные выше по потоку, обеспечили dE/dx с достаточной избыточностью, чтобы обеспечить точное определение типа частиц. Скорость счета P1 регистрировалась с разрешением 0,1 секунды, что позволяло наблюдать быстрые временные изменения потока высыпающихся электронов выше энергий 0,4 МэВ.

Соавторы

В число сотрудников SAMPEX входили:

• Аэрокосмическая корпорация
  • Доктор Дж. Бернард Блейк, М. Лупер, К. Л. Лоренцен, Д. Мабри, Дж. Мазур, Р. Селесник
• Калифорнийский технологический институт
  • А. Каммингс, Р. Леске, доктор Ричард А. Мевальдт, профессор Эдвард С. Стоун мл.
• Лаборатория физики атмосферы и космоса , Университет Колорадо в Боулдере
  • Д-р Дэниел Н. Бейкер, С.Г. Канекал, Синьлин Ли
• Институт Макса Планка , Гархинг
  • доктор Дитер К. Ховестадт, доктор. Берндт Клекер, доктор. Манфред Шолер
• НАСА Центр космических полетов имени Годдарда
  • Д-р Тихо Т. фон Розенвинге, д-р Дэниел Н. Бейкер
• НАСА в Лэнгли Исследовательский центр
  • Доктор Линвуд Б. Каллис-младший, Дж. Ламбет
• Университет Мэриленда, Колледж-Парк
  • Д-р Дуглас К. Гамильтон, д-р Гленн М. Мейсон
• Вашингтонский университет в Сент-Луисе
  • Дж. Каммингс

Результаты

SAMPEX изучает энергетический состав и зарядовые состояния частиц от взрывов сверхновых в отдаленных уголках галактики , из центра солнечных вспышек и из глубин близлежащего межзвездного пространства . Он также внимательно отслеживает популяции магнитосферных частиц, которые время от времени погружаются в среднюю атмосферу Земли , тем самым ионизируя нейтральные газы и изменяя химический состав атмосферы. Ключевой частью SAMPEX является использование магнитного поля Земли в качестве важного компонента стратегии измерений. Поле Земли используется как гигантский магнитный спектрометр для разделения различных энергий и зарядовых состояний частиц, пока SAMPEX движется по околополярной орбите .

Спустя почти пять лет после запуска в текущий минимум солнечного цикла SAMPEX провел широкий спектр наблюдений и открытий, касающихся солнечных, гелиосферных и магнитосферных энергетических частиц, наблюдаемых с его уникальной точки зрения на почти полярной низкой околоземной орбите. Поскольку почти все процессы, которые мы изучаем, обусловлены или находятся под сильным влиянием цикла солнечной активности, у нас есть возможность полностью охарактеризовать зависимость от солнечного цикла широкого спектра процессов, имеющих центральное значение для целей Управления космических исследований НАСА. Тема «Земляные соединения» (SEC).

В течение следующих нескольких лет, когда солнечная активность достигнет 11-летнего максимума, исследования SAMPEX:

• исследовать ускорение релятивистских электронов, измерять их воздействие на верхние слои атмосферы и определять их влияние на химию атмосферы не только для условий солнечного минимума, но и для гораздо более сложных периодов солнечной активности;
• получить образцы солнечного материала из десятков вспышек по сравнению с немногими, наблюдавшимися во время спадающей фазы солнечного цикла;
• измерить изотопный состав аномальных компонентов, время жизни ловушек и исчезновение вблизи солнечного максимума;
• служить уникальным звеном в цепи обсерваторий, созданных НАСА и его международными партнерами для изучения космической погоды во время предстоящего солнечного максимума.

Вход в атмосферу

Построенный для трехлетней основной миссии, космический корабль продолжал возвращать научные данные до своего возвращения в атмосферу 13 ноября 2012 года.

См. также

• программа проводник

Дальнейшее чтение

• Бейкер, Дэниел Н.; и др. (1 мая 1993 г.). «Обзор миссии по исследованию солнечных, аномальных и магнитосферных частиц (SAMPEX)» . Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 31 (3): 531–541. Бибкод : 1993ITGRS..31..531B . дои : 10.1109/36.225519 . Проверено 27 ноября 2021 г.

Внешние ссылки

• Веб-сайт SAMPEX Университета Колорадо в Боулдере
• Центр обработки данных SAMPEX Калифорнийского технологического института
• Архив веб-сайта SAMPEX Центра космических полетов Годдарда.