NASA的两颗E-TBEx(Enhanced Tandem Beacon Experiment)立方星--计划于2019年6月搭载美国国防部的空间测试项目-2发射升空。此次发射共包括24颗卫星,分别来自政府和研究机构。它们将搭乘SpaceX猎鹰重型火箭从佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心的39A发射场发射。

E-TBEx立方星关注的是,通过地球高层大气的无线电信号是如何被这个区域的结构性气泡(称为电离层)扰乱的。特别是在赤道上空,这些失真会干扰军事和航空通讯以及GPS信号。我们对这些气泡的演化了解得越多,就越能减轻这些问题。但目前,科学家还无法预测这些气泡何时会形成,或者随着时间的推移它们将如何变化。

加州门洛帕克SRI国际研究所E-TBEx任务载荷项目负责人Rick Doe说:“从地面上很难研究这些气泡,如果你看到泡沫开始形成,它们就会移动。我们正在努力研究这些特征的演变。”

这个可视化显示了地球电离层中某些粒子的相对密度。E-TBEx立方星将探索从卫星到地球的信号在经过这个区域时是如何被扰乱的。

因为它的粒子带电荷,所以这个区域的等离子体对电场和磁场有响应。这使得电离层响应于太空天气:空间条件,包括不断变化的电场和磁场,常常受到太阳活动的影响。科学家们还认为,由大型风暴系统发射的压力波可以向上传播到高层大气中,从而形成风,这些风会造成气泡的移动和变化。这意味着电离层和气泡都是由陆地天气和太空天气形成的。

E-TBEx立方星以3种频率向地面站发送无线电信标信号,接近通信和GPS卫星使用的频率,科学家可以在这一频率探测到信号相位或振幅的微小变化。然后,这些干扰可以被映射回电离层的区域,让科学家了解这些气泡是如何形成和演化的。

Doe说:“所有的信号都是在同一时间、同一相位产生的,所以你可以看出它们在穿过气泡时是如何被扭曲的。然后,通过观察这些扭曲,你就可以得到关于气泡粗糙度和密度的信息。”

美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的6颗COSMIC-2卫星上安装了类似的信标,补充了这两颗立方体卫星产生的数据。与E-TBEx立方星一样,COSMIC-2信标也以3种频率向地面站发送信号,但与E-TBEx使用的频率略有不同。所有8颗卫星的测量结果会结合在一起,这样科学家就有机会同时从多个角度研究这些气泡。

E-TBEX的信标是由SRI国际的一个团队建造的,该团队还为COMSIC-2设计和制造了信标。E-TBEx立方星是由密西根大学安娜堡分校的密歇根探索实验室开发的。设计、制造、集成和测试主要由本科生和研究生团队进行。

E-TBEX的部署在密歇根探索实验室进行了测试。E-TBEx立方星的建造和测试尤其复杂,因为发射后部署了多个天线和太阳能电池板。

密歇根大学航天工程学教授James Cutler说:“建造和测试E-TBEx相当复杂,因为有很多可部署部件。有效载荷本质上是一个飞行的无线电台,所以我们要部署5个天线--总共4节,每节各有2段,还有4个太阳能电池板。”

科学家们从E-TBEx中学到的可以帮助制定避免信号失真的策略--例如,支持航空公司选择不易受干扰的频率,或者让军方推迟一项关键行动,直到潜在的破坏性电离层气泡起结束。

STP-2由美国空军空间和导弹系统中心管理。美国国防部的任务将展示猎鹰重型火箭的能力,同时在大约6个小时的时间里将卫星送入环绕地球的多个轨道。这些卫星包括NASA的另外3个项目,目的是改善未来航天器的设计和性能。