Група вчених з Університету Айови, підтримувана NASA, працює над відновленням і вдосконаленням можливостей США у вимірюваннях магнітних полів, які є критично важливими для дослідження космічної погоди, що може негативно впливати на комунікаційні та енергетичні мережі на Землі, а також на супутники.
Одним із основних інструментів у цій галузі є флюксгейт-магнетометри, які постраждали від залежності від застарілих компонентів — ферромагнітного ядра, що було розроблене для ВМС США і технологія виготовлення якого вже втрачена у цивільному секторі.
Команда з Університету Айови налаштувала сучасні виробничі процеси для виготовлення нових флюксгейт-ядер, уникнувши використання застарілих технологій. Їхній підхід включає перетворення металевих порошків у індивідуальні сплави, з яких виготовляються тонкі плівки, що формуються у потрібну геометрію ядер, які потім піддаються термічній обробці для оптимізації магнітних властивостей. Ці ядра інтегруються у повнофункціональні флюксгейт-сенсори, готові до використання у космічних місіях.
Завдяки внутрішньому проектуванню, прототипуванню та виробництву ядер, сенсорів та супутньої електроніки, команда має можливість досліджувати нові геометрії сенсорів, які відповідають різноманітним місіям. Нещодавно вони розробили нове ядро для Космічного магнетометра штату Айова (SWIM). Це ядро, хоч і основане на попередньому дизайні для сенсора MAGIC, було мініатюризоване, зберігши при цьому високу продуктивність. Перший запуск SWIM заплановано на зимовий 2025/2026 рік у рамках місії звучної ракети ICI-5bis, що відбудеться з норвезького космодрому Andoya Space Sub-Orbital.
Як діють флюксгейт-магнетометри
Флюксгейт-магнетометри працюють шляхом виявлення електромагнітної сили, індукованої зміною магнітного потоку. Коли до ядра подається електричний струм, створюється магнітне поле, що впливає на магнітні властивості ферромагнітного матеріалу. Це, в свою чергу, індукує напругу в сенсорному обмотці, що дозволяє визначити магнітне поле, яке відчуває сенсор. Зазвичай ці магнетометри не розміщуються на основному корпусі супутника, а встановлюються на рамах, щоб уникнути перешкод від електроніки і магнітних матеріалів самого супутника.
Нова технологія виготовлення цих ядер уже задокументована, і близько 90% з них демонструють показники шуму, що рівноцінні або перевищують характеристики попередніх ядер. Цей прогрес дозволяє команді надійно серійно виробляти ядра для SWIM та інших можливих майбутніх місій.
Що змінилося у магнометрі SWIM
Дизайн нового магнетометра SWIM демонструє три ключові зміни в порівнянні з попереднім сенсором MAGIC. По-перше, сенсор став більш компактним і легким. По-друге, зменшено споживання енергії без втрати якості вимірювання, що підвищує його сумісність із рамою магнетометра. І, по-третє, оновлено топологію електроніки, що дозволяє використовувати компоненти з меншою продуктивністю в умовах підвищеного радіаційного впливу.
- Зменшений розмір сенсора: Компактний дизайн SWIM дозволяє зменшити розмір сенсора приблизно на 30% в порівнянні з MAGIC. Це може бути досягнуто завдяки використанню трьох менших ядер, що підвищує ефективність умов розгортання.
- Зменшене споживання енергії: Використання трьох менших ядер значно знижує споживання енергії до половини в порівнянні з MAGIC, що позитивно позначається на можливостях супутника. Зниження тепловиділення також мінімізує температуру, що впливає на рами сенсора.
- Оновлена електроніка: Замість традиційного аналогового методу в SWIM застосовується цифрова демодуляція, що підвищує стійкість до радіаційних впливів і розширює можливі сфери застосування сенсора у тривалих місіях, включаючи плани на дослідження радіаційних поясів та планетарні місії.
Завдяки новому дизайну SWIM магнетометри здатні досягти нових висот у різноманітних умовах без втрати продуктивності. Команда з Університету Айови з нетерпінням очікує на нові можливості запуску SWIM у найближчому майбутньому, включаючи участь у місіях OCHRE та ICI5bis.
