donderdag, 08 april 2021 22:29

3DEES-instrument voor de studie van de aardse stralingsomgeving is goedgekeurd

Geschreven door  Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie
Beoordeel dit item
(1 Stem)
3DEES-instrument voor de studie van de aardse stralingsomgeving is goedgekeurd Foto: Eos

Men kan niet zomaar de ruimte in schieten, of het nu voor commerciële of wetenschappelijke doeleinden is, zonder rekening te houden met de stralingsomgeving in de ruimte. Want zodra men de beschermende binnenste “bel” van het magnetisch veld van de aarde verlaat, wordt men blootgesteld aan energetische deeltjes die gevangen zitten in de magnetosfeer, een groot gebied dat de aarde omhult en waarbinnen alle elektrisch geladen deeltjes zich moeten houden aan de regels van het magnetisch veld van onze planeet. Het prachtige noorderlicht bijvoorbeeld, is het visuele bewijs van deze ingesloten deeltjes.

De fysische eigenschappen van de magnetosfeer, met zijn vele complexe substructuren en interacties, zijn ook vandaag nog een belangrijk onderwerp voor onderzoek. Hoe meer satellieten (en hoe technologisch complexer) wij de ruimte in willen sturen, hoe nauwkeuriger onze kennis van de stralingsomgeving in de ruimte moet zijn. Dit is het hoofddoel van een nieuw instrument, de “3 Dimensions Energetic Electron Spectrometer” of 3DEES, dat wij aan het voorbereiden zijn in een consortium met de Université Catholique de Louvain (Centrum voor Ruimtestraling) en QinetiQ Space. Het bouwt voort op het succes van de “Energetic Particle Telescope” (EPT) aan boord van de PROBA-V-satelliet. Binnen dit consortium is het BIRA verantwoordelijk voor het ontwerp en de mechanische fabricage van het instrument en voor de ontwikkeling van de “Mechanical Ground Support Equipment” (MGSE) die zal worden gebruikt voor functionele en kalibratietests op de grond. Het contract met de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) is net ondertekend, wat betekent dat we verder kunnen gaan met de ontwikkeling van 3DEES voor een lancering aan boord van ESA's PROBA-3-satelliet in 2023.

Het bestuderen van de aardse deeltjesomgeving en ruimteweer

De interplanetaire ruimte is verre van leeg, in vele opzichten, maar hetgeen waarin het nieuwe 3DEES-instrument geïnteresseerd is, zijn de zeer variabele hoog-energetische deeltjes die de magnetosfeer bevolken. Deze kunnen de metingen van satellieten verstoren en er in extreme gevallen toe leiden dat ze uitvallen en verloren gaan, zoals gebeurde met de Hitomi X-ray Astronomy Satellite van JAXA in 2016. De 3DEES-gegevens zullen niet alleen onze wetenschappelijke kennis van de geladen deeltjes in de magnetosfeer vergroten, maar ook de wetenschappers en ingenieurs informeren die toekomstige ruimtemissies en -technologieën voorbereiden die met deze stralingsomgeving in aanraking zullen komen.

Ruimteweer kan namelijk een negatieve invloed hebben op technologie en mensen, in de ruimte, in de lucht en op de grond. Om de modellering en voorspelling van ruimteweer en de effecten daarvan te verbeteren en de nodige maatregelen te treffen, is de karakterisering van deze hoogenergetische deeltjes in de ruimteomgeving van de aarde van cruciaal belang, dit wil zeggen:

  • hun bron (zijn zij afkomstig van de zon of van galactische kosmische stralen?)
  • hun hoekverdeling (uit welke richting komen de deeltjes aan en hoeveel deeltjes komen er uit elke hoek?)
  • hun energieverdeling (wat is de energie van de deeltjes en hoeveel deeltjes vinden we op elk energieniveau?)
  • hun versnelling (hoe worden ze versneld langs de magnetische veldlijnen?)

Deze kenmerken bepalen volledig de dynamiek van de hoog-energetische populatie in de magnetosfeer. 3DEES zal in staat zijn precies die informatie te leveren die nodig is, in bijna-reële tijd. Het voordeel van 3DEES is dat het voor het eerst de energie en de stromen van elektronen en protonen tegelijkertijd in verschillende richtingen zal meten (tot 6 hoeken over een spanwijdte van ongeveer 180° in een vlak). Aangezien de deeltjes gevangen zitten in het magnetische veld van de aarde, kan ook hun verdeling op verder van 3DEES afgelegen locaties worden afgeleid.

3DEES-ontwerp en technische informatie

3DEES is een aanzienlijke sprong voorwaarts in de technologie in vergelijking met zijn voorganger, de Energetic Particle Telescope (EPT). Het instrument heeft een modulair ontwerp dat bestaat uit een panoramische sensormodule (PSM), samengesteld uit 3 orthogonale sensormodules (OSM) die in twee loodrecht op elkaar staande richtingen kijken, elk met een gezichtsveld van 14,25°. Zo kan 3DEES zeer betrouwbare richtingsmetingen verrichten van de energie die geladen deeltjes in de PSM afgeven onder zes hoeken verspreid over ongeveer 180°. In zekere zin zou je kunnen zeggen dat het met 3DEES net is alsof zes geminiaturiseerde EPT's zijn samengepakt in een instrument van vergelijkbaar gewicht en formaat, die gelijktijdig waarnemingen doen in verschillende richtingen, waardoor een diepgaander wetenschappelijk onderzoek van de stralingsomgeving van de aarde mogelijk is. Het instrument bestrijkt de energiebereiken van elektronen en protonen (respectievelijk 100 keV-10 MeV en 4 MeV-50 MeV) die nodig zijn als input voor ruimteweermodellen en –producten, die relevant zijn voor toekomstige Europese missies en technologieën die in aanraking komen met de omgeving van de stralingsgordels.

Dwars door het hart van de stralingsgordels meeliften met PROBA-3

Dit eerste technologiedemonstratiemodel van 3DEES zal naar verwachting in april 2023 worden gelanceerd aan boord van de PROBA-3-satelliet (Project for On-Board Autonomy-3) van de Europese Ruimtevaartorganisatie. De PROBA-3-missie bestaat eigenlijk uit twee afzonderlijke ruimtesondes, met als hoofddoel een nieuwe technologische stap in de ruimtevaarttechniek te demonstreren: formatievliegen in een vaste positie.

Eén satelliet (de coronograaf genoemd) zal de drie wetenschappelijke experimenten vervoeren: ASPIICS om de corona van de zon te bestuderen (geleid door de Koninklijke Sterrenwacht van België), DARA om de totale zonnestraling te meten en 3DEES. De andere satelliet (de occulter) zal fungeren als een verduisterende schijf die de helderheid van de zon blokkeert, zodat ASPIICS de veel zwakkere corona duidelijk kan zien. Om dit doel te bereiken moeten de twee satellieten samen vliegen in een vaste positie op ongeveer 150 meter afstand van elkaar (in een stapelconfiguratie), zodat de verduisterende schijf in precies de juiste positie blijft om ASPIICS in staat te stellen zijn metingen te verrichten. Opmerkelijk is dat hun zeer elliptische baan (600 x 60530 km bij een inclinatie van ongeveer 59°, met een omlooptijd van 19,7 uur) hen dwars door het hart van de stralingsgordels zal brengen, een fantastische opportuniteit voor onderzoekers om deze te bestuderen.

Bron: Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie

Gelezen: 67 keer Laatst aangepast op vrijdag, 09 april 2021 20:39

Belgische ruimtemissies

Waar is PROBA V?

Waar is PROBA V

PROBA 2 beelden

Sociale netwerken

Waar is PROBA 1?

De locate van de PROBA 1 satelliet op dit ogenblik