Průběžná zpráva - 2008
Po, 2009-03-30 15:08, František Fárník
PROBA-2 : TPMU (Thermal Plasma Measurement Unit)
Během roku 2008 proběhly závěrečné zkoušky a kontrola a vyhodnocení získaných dat. Byla též připravena první verze plánu pro testování přístroje po startu a pravidelný provoz na oběžné dráze. Pro archivaci surových i zpracovaných dat bylo zřízeno úložiště se zálohovanou kapacitou 1,5TB.
Přístroj nyní čeká společně s družicí PROBA 2 na start, který je naplánován na červen 2009.
Přístroj nyní čeká společně s družicí PROBA 2 na start, který je naplánován na červen 2009.
Projekt má za cíl postavení jednotky na měření teplotního plazmatu (Thermal Plasma Measurement Unit - TPMU). Obsahuje analyzátor s brzdným potenciálem (RPA) a radiofrekvenční čidla v jednom mechanickém bloku spolu s blokem elektroniky. Přístroj je určen pro družici PROBA 2, ale lze jej upravit i pro jiné mikrodružice. Parametry tepelného plazmatu jsou velmi důležité pro ohodnocení elektromagnetických vln šířících se v horní ionosféře a pro interpretaci jiných měření. Současně je měřen i potenciál těla družice, což je důležité pro určení ostatních současně měřených fyzikálních parametrů. Obdobný přístroj byl úspěšně použit na družicích MAGION. Nyní je přepracován tak, aby splnil dnešní požadavky na palubní přístroj. Data získaná přístrojem budou použita zejména pro konstrukci a zlepšení ionosférických modelů. Cílem je získat dostatek dat pro vytvoření globálního modelu ionosféry ve výšce dané oběžnou dráhou družice. Velmi důležité je získání kvalitních a spolehlivých dat, která mohou být ovlivňována například přítomností nečistot v čidlech. TPMU spolu s přístrojem DSLP (Dual Segmented Langmuir Probe), který měří podobné parametry odlišnou metodou a ve větší vzdálenosti od těla družice, tvoří ojedinělou kombinaci přístrojů, která umožní komplexní měření okolního prostoru a též vzájemnou kontrolou správnosti naměřených údajů. Druhým důležitým cílem je ověření nového zapojení elektronických obvodů přístroje a jeho chování v podmínkách kosmického prostoru, které je potřebné pro použití přístroje v budoucích družicových projektech.
Iontové měření je založeno na analyzátoru s brzdným potenciálem a používá rovinné čidlo, které obsahuje soustavu vnitřních elektrod. Na elektrody se postupně přivádí zvyšující se kladné napětí, které brzdí proud iontů z okolního prostoru. Na sběrnou elektrodu se tak dostanou pouze ionty s určitou energií. Ze závislosti iontového proudu na přiloženém napětí pak lze odvodit velikost celkové koncentrace iontů Ni, jejich teplotu Ti a jejich přibližné složení. Měření teploty elektronů využívá čidlo jiného typu a vysokofrekvenční metodu měření. Na elektrody čidla se přivádí pulzy vysokofrekvenčního signálu s kmitočtem zhruba 50kHz. Amplituda signálu se řídí tak, aby se výstupní napětí udržovalo na kontantní úrovni. Z velikosti této amplitudy se pak odvozuje hodnota elektronové teploty. Při této metodě měření a výpočtu elektronové teploty se předpokládá Maxwellovo rozdělení rychlosti elektronů. Stejný typ čidla se používá i pro stanovení plovoucího potenciálu družice.
Rozsahy měření:
Celková hustota iontů: 2.107 – 8.1012 m-3
Teplota elektronů: 800 – 20000 K
Teplota iontů: 800 – 10000 K
Plovoucí potenciál družice: ±12 V
Iontové měření je založeno na analyzátoru s brzdným potenciálem a používá rovinné čidlo, které obsahuje soustavu vnitřních elektrod. Na elektrody se postupně přivádí zvyšující se kladné napětí, které brzdí proud iontů z okolního prostoru. Na sběrnou elektrodu se tak dostanou pouze ionty s určitou energií. Ze závislosti iontového proudu na přiloženém napětí pak lze odvodit velikost celkové koncentrace iontů Ni, jejich teplotu Ti a jejich přibližné složení. Měření teploty elektronů využívá čidlo jiného typu a vysokofrekvenční metodu měření. Na elektrody čidla se přivádí pulzy vysokofrekvenčního signálu s kmitočtem zhruba 50kHz. Amplituda signálu se řídí tak, aby se výstupní napětí udržovalo na kontantní úrovni. Z velikosti této amplitudy se pak odvozuje hodnota elektronové teploty. Při této metodě měření a výpočtu elektronové teploty se předpokládá Maxwellovo rozdělení rychlosti elektronů. Stejný typ čidla se používá i pro stanovení plovoucího potenciálu družice.
Rozsahy měření:
Celková hustota iontů: 2.107 – 8.1012 m-3
Teplota elektronů: 800 – 20000 K
Teplota iontů: 800 – 10000 K
Plovoucí potenciál družice: ±12 V
Přístroj TPMU je umístěn ve skříňce z hliníkové slitiny spolu s elektronikou přístroje DSLP. Oba přístroje mají společnou výpočetní jednotku (DPU), napájecí a komunikační obvody.
Přístroj TPMU byl navržen v rámci programu PRODEX v roce 2002 a schválen v roce 2003. Projekt byl plánován na 3 roky jako stavba samostatného přístroje a prodloužen do konce roku 2008 vzhledem ke zpoždění startu družice PROBA 2. Od roku 2004 byl vyvíjen jako mechanicky jedna jednotka spolu s přístrojem DSLP. Toto řešení snížilo pracnost a náklady na oba přístroje i integraci do družice. Letová verze přístroje byla odevzdána koncem roku 2006 do firmy Verhaert, kde proběhla integrace a předletové zkoušky.
Přístroj TPMU byl navržen v rámci programu PRODEX v roce 2002 a schválen v roce 2003. Projekt byl plánován na 3 roky jako stavba samostatného přístroje a prodloužen do konce roku 2008 vzhledem ke zpoždění startu družice PROBA 2. Od roku 2004 byl vyvíjen jako mechanicky jedna jednotka spolu s přístrojem DSLP. Toto řešení snížilo pracnost a náklady na oba přístroje i integraci do družice. Letová verze přístroje byla odevzdána koncem roku 2006 do firmy Verhaert, kde proběhla integrace a předletové zkoušky.
Publikované práce a prezentace na vědeckých konferencích :
Hruska F., Chum J., Kolmasova I., Smilauer J., Truhlik V.,: Thermal Plasma Measurement Unit for Micro-satellites, 4rd.IS of IAA Proceedings, p. 75-78, Berlin, 2003, ISBN 3-89685-569-7.
Hruska F., Base J., Chum J., Kolmasova I., Smilauer J. Truhlik V.,Thermal plasma measurement unit for microsatellites, 2006, SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU06-A-06738
Hruska F., Base J., Chum J., Klas J., Kolmasova I., Smilauer J., Truhlik V.,2007, Thermal plasma measurement unit for PROBA II microsatellite, IAA-B6-0310P
Truhlík V., Třísková L., Šmilauer J., New advances in empirical modelling of ion composition in the outer ionosphere. Adv. Space Res. 33, 844-849, 2004.
Truhlík V., Třísková L., Šmilauer J., Variability of the topside thermal plasma parameters during a period of high solar activity for IRI. Adv. Space Res.34, 1922-1925, 2004.
Třísková L., Truhlík V., Šmilauer J., Smirnova N.F., Ion temperature in the outer ionosphere-first version of a global empirical model. Adv. Space Res., 34, 1998-2003, 2004.
Truhlík V., Třísková L., Šmilauer J., Manifestation of solar activity in the global topside ion composition – a study based on satellite data, Annales Geophysicae, 23, 3111-3113, 2005.
Třísková L., Truhlík V., Šmilauer J., An empirical topside electron density model for calculation of absolute ion densities in IRI. Adv. Space Res., 37, 928-934, 2006.
Třísková L., Galkin I., Truhlík V. Reinisch B. W., Application of seamless vertical profiles for use in the topside electron density modeling. Adv. Space Res., 39, 774-778, 2007.
Bilitza D., V. Truhlik, P. G. Richards, T. Abe, and L. Třískova. Solar Cycle Variations of Mid-Latitude Electron Density and Temperature: Satellite Measurements and Model Calculations, Adv. Space Res. 39, 779-789, 2007.
V. Truhlik, D. Bilitza, and L. Triskova, Latitudinal variation of the topside electron temperature at different levels of solar activity, Adv. Space. Res., accepted, 2008
czechspace.cz
