Логотип Ralphie от CU Boulder украшает все четыре инструмента EXIS. 1 кредит
Когда солнечная вспышка вырывается из-под Солнца, небольшой парк научных инструментов, спроектированных и построенных в Университете Колорадо в Боулдере, образует первую линию защиты — обнаруживая эти массивные извержения раньше, чем любой другой инструмент в космосе, а затем передавая информацию на Землю. в секундах.
25 июня планируется запустить в космос четвертый и последний прибор в этом наборе, известный как программа «Датчики экстремального ультрафиолетового и рентгеновского излучения» (EXIS). Он будет летать на борту геостационарного оперативного экологического спутника-U (GOES-U) — последнего из серии спутников GOES-R, которые следят за погодой на Земле с орбиты. GOES-U, который после выхода на геостационарную орбиту будет переименован в GOES-19, стартует из Космического центра НАСА имени Кеннеди во Флориде на ракете SpaceX Falcon Heavy.
Это мероприятие знаменует собой кульминацию почти 20-летней работы ученых и инженеров Лаборатории физики атмосферы и космоса Калифорнийского университета в Боулдере (LASP).
«Это горько-сладко,» сказал Фрэнк Эпарвье, заместитель директора по науке LASP и ведущий научный сотрудник EXIS. «Это все равно, что отправить ребенка в колледж. Есть чувство грусти от того, что вся эта долгая подготовительная работа заканчивается, но есть чувство гордости и волнения от того, что цель этой работы становится реальностью.»
Новый инструмент EXIS, который немного похож на усиленный тостер, присоединится к еще трем почти идентичным инструментам, каждый из которых вращается вокруг Земли на другом спутнике GOES-R. Один завис над восточным побережьем Соединенных Штатов. Другой находится над западным побережьем, а третий находится на хранении в космосе, ожидая, когда его вызовут на работу, если возникнет проблема с одним из других спутников.
Они уже создали впечатляющее научное наследие. Программа GOES, совместная работа НАСА и Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), внимательно следит за такими событиями, как ураганы, тропические штормы и многое другое. Но инструменты EXIS отслеживают погоду другого типа: «космическая погода,» или различные процессы, которые начинаются вокруг Солнца и могут влиять на условия вокруг нашей планеты, иногда катастрофически.
«Если мы хотим понять эти вещи, которые могут повлиять на наши технологии и безопасность на Земле, нам нужно посмотреть на источник, и это Солнце.» — сказал Эпарвье.
Дэн Бейкер, директор LASP, отметил, что институт гордится своим многолетним вкладом в программу GOES.
«LASP — единственное академическое учреждение, предоставляющее основное оборудование для серии GOES-R.» — сказал Бейкер. «LASP последовательно выполнял работу в срок и в рамках бюджета и демонстрировал высочайший уровень успеха для оперативных нужд NOAA и правительства США.» он сказал. «Фактически, LASP стал образцом того, как проектировать, создавать, тестировать и эксплуатировать космическое оборудование в оперативном контексте.»
Техник устанавливает инструмент EXIS на солнечную платформу наведения спутника GOES-T, запущенного в 2022 году. Фото: NOAA Satellites.
Северное сияние
Для Эпарвье запуск также представляет собой достижение давней мечты.
Будучи студентом Университета Висконсин-Мэдисон в 1980-х годах, Эпарвье провел лето, работая в ночную смену на местном свечном заводе. Однажды ночью он ехал домой по берегу озера Виннебаго в Висконсине, когда увидел слабые огни, плывущие в небе. Он заметил полярное сияние — световое шоу высоко в атмосфере Земли, возникающее в результате активности вокруг Солнца.
«Это была сильная солнечная буря, и я просидел там до трёх часов утра на шезлонге, глядя на полярное сияние.» — сказал Эпарвье. «Меня это очень заинтересовало: что это? Почему это?»
Спустя годы EXIS дал ему возможность углубиться в эти самые вопросы.
Эпарвье пояснил, что каждый прибор EXIS включает в себя два датчика: рентгеновский датчик (XRS) и датчик экстремального ультрафиолета (EUVS). XRS, как следует из названия, улавливает рентгеновское излучение, исходящее от Солнца. Он также настроен на обнаружение первых намеков на вспышку, исходящую от Солнца.
Такие всплески энергии могут направить заряженные частицы в сторону нашей планеты, в некоторых случаях вызывая полярные сияния, подобные тому, свидетелем которого Эпарвье стал в Висконсине. В других случаях быстро движущиеся энергичные частицы, исходящие от Солнца, могут поставить под угрозу электронику или даже человеческие тела на орбите.
EUVS — совсем другое дело. Он основан на колебаниях солнечной активности, которые заставляют атмосферу Земли надуваться и сдуваться, как будто вся планета дышит. Если атмосфера раздувается слишком сильно, это может привести к падению спутников на орбите.
Ученые из NOAA используют информацию от датчиков обоих типов, чтобы своевременно давать указания операторам спутников и другим людям по всему миру, помогая им безопасно перемещаться в космосе.
«EXIS действительно предоставляет актив всему миру.» — сказал Эпарвье.
На этой фотографии, которую Фрэнк Эпарвье называет «ЭКИС питомник,» четыре почти идентичных инструмента стоят рядом в чистой комнате LASP. 1 кредитПоколенческий проект
Однако сдвинуть с мертвой точки эти важные инструменты оказалось непростой задачей. Команда LASP начала работу над EXIS в 2005 году — учёный LASP Том Вудс руководил разработкой концепции — и построила все четыре инструмента одновременно. Первый был запущен в 2016 году, второй и третий — в 2018 и 2022 годах.
По словам Эпарвье, команда также разработала эти инструменты, способные выдерживать суровые условия окружающей среды. Спутники GOES вращаются вокруг Земли с так называемой «геостационарный» орбиты, которые вращаются вокруг планеты на расстоянии более 22 000 миль в космосе — регионе с большим количеством радиации.
На протяжении многих лет более 100 инженеров и ученых LASP работали над тем, чтобы сделать EXIS реальностью. В их число входил Фил Чемберлин, который начал работу над проектом в качестве аспиранта в 2000-х годах. Он сказал, что этот проект стал прекрасной возможностью для таких начинающих исследователей, как он, изучить все тонкости проектирования космических инструментов.
«Команда EXIS первоклассная и просто потрясающая, и я обязан своей карьерой им.» — сказал Чемберлин, ныне старший научный сотрудник LASP. «Они доверили мне большую ответственность и дали мне свободу, в какой-то степени, самому придумывать и проектировать вещи.»
Последний инструмент скоро отправится в космос. Но все, что нужно сделать Эпарвье, — это открыть свой компьютер, чтобы увидеть поток данных EXIS, возвращающихся на Землю. Например, в мае 2024 года серия солнечных вспышек потрясла планету, породив полярные сияния, которые распространились на юг до Флориды. Он и его коллеги были одними из первых людей на Земле, увидевших грядущие события.
И, как и много лет назад на озере Виннебаго, он нашел время, чтобы оценить огни в небе.
«Мы с женой подошли к границе с Вайомингом и присоединились к группе людей на участке земли, принадлежащем другу.» — сказал Эпарвье. «Мы сидели там и делали потрясающие снимки полярного сияния.»
Информация от: Университетом Колорадо в Боулдере.
