Avaruusalus magnetometri

Avaruusalukset magnetometrit ovat magnetometrit käytetään kyytiin avaruusalus ja satelliitit, lähinnä tieteellisiä tutkimuksia, ja asenne tunnistus. Magnetometrit ovat yksi eniten käytetty tieteellisten välineiden tunnustelevat ja havainnointisatelliittien. Nämä välineet olleet avainasemassa löytö Van Allenin säteilyn vyöt noin Earth Explorer 1, ja on yksityiskohtaista magneettikentät maan, kuun, Sun, Mars, Venus ja muut planeetat. On käynnissä tehtäviä käyttämällä magnetometrejä, mukaan lukien yritykset määritellä muoto ja toimintaa Saturnuksen ydin.

Ensimmäinen avaruusalus kautta tarttuvien magnetometri asetettiin Sputnik 3 avaruusalus vuonna 1958 ja tarkimmat magneettinen havaintoja Maan on suorittanut Magsat ja Ørsted satelliitteja. Magnetometrit vietiin Kuun aikana myöhemmin Apollo tehtäviä. Monet välineitä on käytetty mittaamaan voimaa ja suunnan magneettikentän linjat ympäri maapallon ja aurinkokunnan.

Avaruusalus magnetometrit periaatteessa jakaa kolmeen ryhmään: fluxgate, haku-kela ja ionisoitua kaasua magnetometrit. Tarkin magnetometri komplekseja avaruusalus sisältää kahden erillisen, jossa helium ionisoidun kaasun magnetometri käyttää kalibroimaan fluxgate avulla uusia tarkat lukemat. Monet myöhemmin magnetometrit sisältää pieniä rengas-kelojen suunnattu 90 ° kahdessa ulottuvuudessa suhteessa toisiinsa muodostaen kolmiakselinen puitteet osoittaa suunnan magneettikentän.

Magnetometri tyypit

Magnetometrit ei-space kehittynyt 19. puoliväliin 20-luvuilla, ja ensin työskenteli avaruuslentojen mukaan Sputnik 3 vuonna 1958. pahin rajoite magnetometrejä avaruudessa on saatavuus vallan ja massan. Magnetometrit jakaa 3 pääryhmään: fluxgate tyyppi, haku kelan ja ionisoidun höyry magnetometrit. Uusin tyyppi on Overhauser tyyppi perustuu magneettikuvaus tekniikka.

Fluxgate magnetometrit

Fluxgate magnetometrit käytetään sähköistä yksinkertaisuus ja keveys. On ollut useita fluxgate käytetään avaruusalus, jotka vaihtelevat kahden osalta. Ensisijaisesti parempi lukemat saadaan kolme magnetometrit, kukin osoittavat eri suuntaan. Jotkut avaruusalukset ovat sen sijaan saavuttanut tämän pyörittämällä veneet ja lukemien oton 120 ° välein, mutta tämä luo muita asioita. Toinen ero on kokoonpano, joka on yksinkertainen ja pyöreä.

Magnetometrit tämäntyyppistä varustettava, "Pioneer 0" / Pystyy 1, "Pioneer 1" / Able 2, Ye1.1, Ye1.2, ja Ye1.3 tehtäviä joka epäonnistui vuonna 1958 lähetykset alkavat ongelmat. Pioneer 1 kuitenkin teki kerätä tietoa Van Allenin vyöt. Vuonna 1959 Neuvostoliiton "Luna 1" /Ye1.4 suorittaa kolmen komponentin magnetometri että läpäissyt kuu matkalla aurinkokeskinen kiertoradalla etäisyydellä 6400 mailia, mutta magneettikenttä ei voitu arvioida tarkasti. Lopulta Neuvostoliitto onnistui kuun vaikutuksen "Luna 2", kolmen komponentin magnetometri, löytää mitään merkittävää magneettikenttää tiiviissä lähestymistapa pintaan. Explorer 10 oli lyhennetty 52 tunnin tehtävä kaksi Fluxgate magnetometrejä aluksella. Aikana 1958 ja 1959 epäonnistuminen yleensä luonnehtia tehtäviä kuljettaa magnetometrit: 2 instrumentit menetetty Pystyy IVB yksin. Alkuvuodesta 1966 Neuvostoliitossa lopulta sijoitetaan Luna 10 kiertoradalla kuun kuljettaa magnetometri ja pystyi vahvistamaan heikko luonne kuun magneettikentän. Venera 4, 5, ja 6 myös suorittaa magnetometrit niiden matkoja Venus, vaikka niitä ei saateta maihinnousualus.

Vector anturit

Suurin osa varhain fluxgate magnetometrejä avaruusalus tehtiin kuten vektori anturit. Kuitenkin, magnetometri elektroniikka luotu harmonisten joka häiritsi lukemia. Oikein suunniteltu anturit saaneet palautetta elektroniikka ilmaisin, joka tehokkaasti neutraloida harmonisten. Mariner 1 ja Mariner 2 suorittaa fluxgate--vektori anturi laitteita. Vain Mariner 2 selviytyi käynnistää ja se kulki Venus 14. joulukuuta 1962 ei havainnut magneettikentän ympäri planeettaa. Tämä johtui osittain etäisyyden avaruusaluksen planeetalta, melutaso magnetometri, ja hyvin heikko Venuksen magneettikentän. Pioneer 6, käynnistettiin vuonna 1965, on yksi 4 Pioneer satelliittia kiertää aurinkoa ja tiedon välittäjänä Maahan noin aurinko tuulet. Tämä avaruusalus on varustettu yhdellä vektori-fluxgate magnetometri.

Rengas ydin ja pallomainen

Rengas ydin anturi fluxgate magnetometrit alkoi korvaa vektori anturi magnetometrejä kanssa Apollo 16 operaation vuonna 1972, jossa kolme akselia magnetometri asetettiin kuuhun. Nämä anturit käytettiin useita satelliitteja, kuten Magsat, Voyager, Odysseus Giotto, AMPTE. Lunar Prospector-1 käyttää rengas-kela valmistettu näiden seosten laajennettu päässä toisistaan ​​ja sen avaruusalus etsimään jäännöksen magnetismia kuut "ei-magneettinen" pinta.

Määritetty oikein, magnetometrit pystyvät mittaamaan magneettikentän erot 1 nT. Nämä laitteet, joissa ytimien noin 1 cm kokoisia, olivat pienempi paino kuin vektori anturit. Nämä laitteet havaittiin ei-lineaarinen ulostulo sekä magneettikenttiä suurempi kuin & gt; 5000 nT. Myöhemmin havaittiin, että luodaan pallomainen rakenne palautetta silmukoita lanka poikittain renkaan alalla voisi kumota tämän vaikutuksen. Nämä myöhemmin magnetometrit kutsuttiin pallomainen fluxgate tai kompakti pallomaisen ytimen magnetometrejä käytetään Ørsted satelliitin. Metalliseoksia, että ytimen muodostavat nämä magnetometrejä on parantunut vuodesta Apollo-16 tehtävän kanssa uusinta käyttämällä kehittyneitä molybdeeni-permalloy seokset, jotka tuottavat vähemmän melua enemmän vakaa tuotos.

Etsi-kela magnetometri

Etsi-kela magnetometrit, jota kutsutaan myös induktio magnetometrit, ovat kiepitetyt ytimen ympärillä suuri magneettinen permeabiliteetti. Etsi kelat keskittyä magneettikentän linjat sisällä ydin yhdessä vaihtelut. Hyöty näistä magnetometrejä on, että ne mittaavat vuorotellen magneettikentän ja niin voi ratkaista muutoksia magneettikenttiä nopeasti, monta kertaa sekunnissa. Seuraavat Lenzin laki, jännite on verrannollinen aikaderivaattaan magneettivuon. Jännite voidaan täydentää näennäinen läpäisevyyttä ydin. Tämä näennäinen läpäisevyys on määritelty:

.

Pioneer 5 tehtävänä vihdoin saada työ magnetometri tämäntyyppisten kiertoradalla auringon ympäri osoittaa, että magneettikentät olemassa Maan ja Venuksen kiertoradan. Yksi magnetometri oli suuntautunut pitkin kohtisuorassa spin akselin avaruusalus. Etsi kela magnetometrit on tullut yhä yleisempiä kaukokartoitussatelliiteista. Yleisesti käytetty väline on kolmiakselisen haku-kela magnetometri. Orbiting geofysiikan observatorio Vela tehtävä käyttäneiden osana pakettia onko ydinaseita Arvioinnin käydään ulkopuolella maan ilmakehän. Syyskuussa 1979 Vela satelliitti keräsi todisteita mahdollisesta ydinaseiden räjähtää yli Lounais Intian valtamerellä. Vuonna 1997 Yhdysvalloissa luotu nopeasti, että sen tarkoitus on tutkia aurora ilmiöiden yli pylväät. Ja tällä hetkellä se tutkii magneettikenttiä 10-30 Maan säteen kanssa THEMIS satelliittien THEMIS, joka tarkoittaa aika Historia Tapahtumat ja Makrotason vuorovaikutukset aikana Alimyrskyt on joukko viisi satelliittia, jotka toivovat kerätä tarkempia historia miten magneettisten myrskyjen syntyä ja hälvenemään.

Ionisoidun kaasu magnetometrit

Heavy metal skalaari

Tietyt avaruusalus, kuten Magsat, on varustettu skalaari magnetometri. Tulosten pohjalta laite, usein ulos taajuus, on verrannollinen magneettikentän. Magsat ja Grm-A1 oli cesium-höyry anturipäiden dual-solujen muotoilu, tällä grafiikalla jätti kaksi pientä katvealueet. Explorer 10 oli varustettu rubidium höyryn magnetometri, oletettavasti skalaari magnetometri, koska avaruusalus oli myös fluxgate. Magnetometri oli likainen vahingossa aiheutti sen ylikuumenemisen, se toimi jonkin aikaa mutta 52 h lähetyskentälle siirto meni kuollut ja ei takaisin. Ranger 1 ja 2 suorittaa rubidium höyry magnetometri, ei päästy kuurata.

Helium

Tämän tyyppinen magnetometri riippuu vaihtelua heliumin absorptiviteetti viritettynä, polarisoitu infrapunavalo kanssa magneettikentässä. Matala kenttä vektori-helium magnetometri oli varustettu Mariner 4 avaruusalus Mars kuten Venus koetin vuotta aiemmin, ei magneettikenttää havaittu. Mariner 5 käytetään vastaavaa laitetta Tässä kokeilussa matalan kenttä heliumia magnetometri saamiseksi käytettiin kolmiakselinen mittauksia planeettojen ja Venuksen magneettikenttiä. Samanlainen tarkkuus kolmiakselisen vuon-aidatulla magnetometrit tämä laite tuottanut enemmän luotettavia.

Muun tyyppisiä

Overhauser-magnetometri saadaan erittäin tarkkoja mittauksia vahvuudesta magneettikentän. Orsted käyttää tällaista magnetometri kartoittaa magneettikenttien pinnan yli maan.

On Vanguard 3 operaation protonin kulkue magnetometri käytettiin mittaamaan magneettisten kentät. Protonilähteen oli heksaani.

Kokoonpanot magnetometrejä

Toisin kuin maanpäällinen magnetometrejä, suuntautunut käyttäjä määrittää suunnan magneettikentän, avaruudessa käyttäjä on sidoksissa televiestinnän satelliitti kulkee 25000 km tunnissa. Magnetometrit käytetään täytyy antaa tarkan lukeman nopeasti pystyä päättelemään magneettikenttiä. Useita strategioita voidaan käyttää, on helpompi kiertää avaruusalukset akselinsa kuin painoa lisää magnetometri. Muut strategiana on kasvattaa raketti, tai tehdä magnetometri kevyempi ja tehokkaampi. Yksi ongelmista, esimerkiksi opiskeluun planeettoja alhainen magneettikenttiä kuten Venus, ei vaadi enemmän herkkiä laitteita. Laitteet on välttämättä tarpeen kehittyä nykyaikaisille tehtävä. Ironista kyllä ​​satelliitteja käynnisti enemmän 20 vuotta sitten vielä työskentelevät magnetometrejä paikoissa, joissa se kestäisi vuosikymmeniä päästä tänään, samalla uusimmat laitteet käytetään analysoimaan muutoksia maapallon täällä kotona.

Yksiakselinen

Nämä yksinkertaiset fluxgate magnetometrit käytettiin monissa tehtävissä. Pioneer 6 ja inkkari 1 magnetometrit asennettiin teline ulkopuolinen avaruusalukset ja lukemat otettiin avaruusalus pyöritetään jokaista 120 °. Pioneer 7 ja Pioneer 8 konfiguroitu samalla. Fluxgate Explorerin 6 oli asennettu pitkin pyörintäakselilla tarkistaa avaruusalus seuranta magneettikentän linjat. Etsi kela magnetometrit käytettiin Pioneerin 1, Explorer 6, Pioneer 5, ja Deep Space 1.

Diaxial

Kahden akselin magnetometri asennettiin ATS-1. Yksi anturi oli 15 cm puomi ja toinen luotaimen pyörintäakselilla. Aurinko käytettiin tunnistamaan puomin asennosta asennettu laite, ja kolmiakselinen vektori mittauksia voitiin laskea. Verrattuna muihin puomi asennettu magnetometrejä, tämä kokoonpano oli huomattavia häiriöitä. Mielenkiintoista tässä avaruusalus, aurinko aiheuttaa magneettinen värähtelyt ja tämä mahdollisti jatkuvan käytön magnetometri jälkeen aurinkoanturilla epäonnistui. Explorer 10 oli kaksi fluxgate magnetometrit mutta on teknisesti luokitellaan kaksi tekniikkaa, koska se oli myös rubidium höyry magnetometri.

Kolmiakselinen

Sputnik-3 oli vektori fluxgate magnetometri, mutta koska suunta avaruusaluksen ei voitu määrittää suuntavektorin magneettikentän ei voitu määrittää. Kolme akselia magnetometrit käytettiin Luna 1, Luna 2, Pioneer Venus, Mariner 2, Venera 1, Explorer 12 Explorer 14, ja Explorer 15 Explorer 33 on "olla" ensimmäinen avaruusluotain tulla vakaa kiertoradalle kuun ympärillä oli varustettu pisimmällä magnetometri, puomi asennettu kolmiakselinen fluxgate magnetometri varhaisen-vektorityyppisiä. Se oli pieni valikoima, mutta oli tarkkoja päätöslauselman 0,25 nT. Kuitenkin jälkeen raketti vika se jäi erittäin elliptinen kiertorata noin maapallon joka kiersi kautta sähkö / magneettinen häntä.

Pioneer 9 ja Explorer 34 käytetty kokoonpano samanlainen Explorer 33 kartoittaa magneettikenttä maapallon auringon kiertoradalla. Explorer 35 oli ensimmäinen laatuaan tulla vakaa kiertoradalla kuun, tämä osoittautui tärkeää, koska kanssa herkkä kolmiakselinen magnetometri aluksella, todettiin kuu tehokkaasti ollut magneettikenttää, ei säteilyä vyö, ja aurinko tuulet suoraan vaikuttanut kuu . Lunar Prospector katsastettu pinta magnetismin kuun ympärillä, käyttäen kolmiakselinen magnetometrejä. Apollo 12 parannettu magnetometrit asetettiin kuu osana kuumoduuli / Apollo kuun pinnalla Kokeilut paketti

. Magnetometri jatkanut useita kuukausia sen jälkeen paluun moduuli lähti. Osana Apollo 14 ALSEP, oli kannettava magnetometri.

Ensimmäinen käyttö kolmen akselin rengas-kela magnetometri oli Apollo 16 kuu tehtävänsä. Sen jälkeen on käytettiin Magsat. MESSENGER tehtävänä on kolmiakselinen rengas-kela magnetometri vaihteluväli +/- 1000 mT ja herkkyys 0,02 mT, vielä kesken, tehtävänä on suunniteltu saada yksityiskohtaista tietoa Mercurian magnetosfäärin. Ensimmäistä käyttöä pallomaisia ​​magnetometrin kolmella akselilla kokoonpano oli Orsted.

Dual tekniikka

Jokaisella magnetometrin on oma sisäänrakennettu "heikkoudesta". Tämä voi johtua suunnittelusta magnetometri tapaan magnetometri vuorovaikutuksessa avaruusalus, auringon säteilyä, resonanssia, jne. Käyttäminen täysin erilainen muotoilu on tapa mitata, jotka lukemat ovat luonnon aiheuttamien magneettikenttien ja summa magneettikentät muuttaa avaruusalus järjestelmiä. Lisäksi kunkin on omat vahvuutensa. Fluxgate tyyppi on suhteellisen hyvä on tuottaa tietoja, joka etsii magneettinen lähteistä. Yksi ensimmäisistä Dual tekniikka järjestelmät oli lyhennetty Explorer 10 tehtävänä joka käyttää rubidium höyryn ja kaksiakselista fluxgate magnetometrit. Vektori helium on parempi seuranta magneettikentän linjat sekä skalaari magnetometri. Cassini avaruusalus käyttää Dual Technique Magnetometer. Yksi näistä laitteista on rengas-kela vektori fluxgate magnetometri. Toinen laite on vektori / skalaari heliumia magnetometri. RCFGM on asennettu 5,5 m ulos 11 metrin puomilla kanssa heliumia laitteen lopussa.

Explorer 6 käyttää haku kelan magnetometri mitata brutto magneettikenttä Maan ja vektori fluxgate., Mutta koska aiheuttama magnetismi on avaruusalukset fluxgate- anturi kyllästyi ja ei lähetä tietoja. Tulevissa operaatioissa yrittäisi asettaa magnetometrit kauempana avaruusalukset.

Magsat Maan geologinen satelliitti oli myös Dual Technique. Tämä satelliitti ja Grm-A1 suorittaa skalaari cesium höyryn magnetometri ja vektori fluxgate magnetometrit. Grm-A1 satelliitti harjoittaja magnetometri 4 metrin puomi. Tämä erityisesti avaruusalus on suunniteltu pitämään vuonna precised equi-gravitaatio kiertoradalla, ottaen mittauksia. Tarkoituksiin samanlainen Magsat, Ørsted satelliitti, myös käytetty kahden tekniikkaa järjestelmän. Overhauser magnetometri sijaitsee lopussa 8 metriä pitkä puomi, minimoimiseksi häiriöitä satelliitin sähköjärjestelmien. CSC fluxgate magnetometri sijaitsee kehossa ja liittyy tähti paikannuslaite. Yksi suurempi saavutuksia kahden operaation, Magsat ja Orsted tehtäviä tapahtua kaapata ajan suuren magneettikentän muutos, jossa mahdollisuuksia menetys dipoli, tai napa kääntyminen.

Asentamalla

Yksinkertaisin magnetometri toteutukset asennetaan suoraan niiden ajoneuvojen. Kuitenkin, tämä asettaa anturi lähelle mahdollisten häiriötekijöiden kuten ajoneuvojen virtaukset ja rautametallien. Suhteellisen tunteeton työtä, kuten "kompassit" Low Maan kiertoradalla, tämä voi olla riittävä.

Herkin magnetometri välineitä on asennettu pitkä puomien, käyttöön pois veneet. Monet epäpuhtauksien kentät sitten vähenee voimakkaasti etäisyyden, vaikka tausta kentät näkyvät ennallaan. Kaksi magnetometrit voidaan asentaa, yksi vain osittain alas puomi. Ajoneuvon kehon kentät tulee näkyviin eri kahdessa etäisyydet, vaikka tausta kenttiä voi tai saa muuttaa merkittävästi Tällaisten vaakojen. Magnetometri puomeja vektori välineiden on oltava jäykkä, jotta lisää taipumista liikkeet näkymisen tiedot.

Joissakin ajoneuvoissa mount magnetometrit on yksinkertaisempi, nykyiset lisäkkeet, kuten erityisesti suunniteltu aurinkopaneelit (esim Mars Global Surveyor, Juno. Tämä säästää kustannuksia ja massa erillinen puomi. Kuitenkin aurinkopaneeli on oltava sen solujen huolellisesti toteutettu ja testattu välttää tulossa kontaminoivan kenttä.

Edellinen artikkeli Allekirjoitus Cell
Seuraava artikkeli Alkuperäinen Rockers