تجربة طلاب كولورادو حول الطقس الفضائي

كانت تجربة كولورادو الطلابية لرصد الطقس الفضائي ( CSSWE ) سادس مهمة من مهمات الأقمار الصناعية المكعبة (CubeSat) برعاية المؤسسة الوطنية للعلوم . ^{[ 3 ] [ 4 ]} وقد بناها طلاب جامعة كولورادو في بولدر بإشراف متخصصين من مختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء . كانت مهمة CSSWE جهدًا مشتركًا بين قسم علوم هندسة الطيران والفضاء بجامعة كولورادو ومختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء . كان الباحث الرئيسي للمهمة البروفيسور شينلين لي، والباحثان المشاركان هما البروفيسور سكوت بالو والدكتور شري كانيكال. أما مديرة المشروع فكانت الدكتورة لورين بلوم، ومهندس النظام الدكتور ديفيد جيرهاردت، وعالم الأجهزة الدكتور كوينتين شيلر. ^{[ 5 ]} وكانت هذه المهمة سابقة لتجربة حزام الإشعاع الداخلي في كولورادو . ^{[ 6 ]}

أُطلق مشروع CSSWE في 13 سبتمبر 2012 على متن صاروخ أطلس 5 التابع لشركة United Launch Alliance على متن القمر الصناعي ELaNa -VI كجزء من مبادرة إطلاق الأقمار الصناعية المكعبة (CSLI) التابعة لوكالة ناسا . ^{[ 7 ]} وقد أتاح فريق CSSWE منتجاته العلمية للجمهور للتنزيل عبر موقع ناسا الإلكتروني لتحليل البيانات المنسقة (CDAWeb).

في 22 ديسمبر 2014، أظهر جهاز CSSWE تدهورًا حادًا في البطارية، يُرجح أن يكون ذلك نتيجةً لتجاوزها آلاف الدورات من مواصفاتها التصميمية. ونتيجةً لذلك، لم يعد بإمكان CSSWE الاحتفاظ بطاقة كافية لاستقبال البيانات أو إرسالها.

تهدف مهمة CSSWE إلى دراسة الطقس الفضائي من مدار قريب من الأرض (480  كم × 780  كم). ^{[ 8 ]} وبالتحديد، تعمل CSSWE بالتنسيق مع مهمات أخرى متزامنة (مثل مسبارات فان ألين ، و BARREL ، و SAMPEX ) للإجابة على السؤالين التاليين: 1) كيف يرتبط موقع التوهجات الشمسية وشدتها وتواترها بتوقيت ومدة وطيف طاقة الجسيمات الشمسية النشطة (SEPs) التي تصل إلى الأرض؟ 2) كيف يتطور طيف وديناميكيات إلكترونات حزام الإشعاع الأرضي ؟ ^{[ 9 ]}

يُعدّ جهاز REPTile، وهو تجربة صغيرة متكاملة لتلسكوب الإلكترونات والبروتونات النسبية، الأداة العلمية الوحيدة على متن المركبة الفضائية CSSWE، وهو يُلبي أهداف المهمة. وهو نسخة مُصغّرة من جهاز REPT ^{[ 8 ]} ، الذي يُعدّ جزءًا من مجموعة أدوات الجسيمات النشطة والتركيب والبلازما الحرارية (ECT) ^{[ 10 ]} الموجودة على متن مسبارات فان ألين. يُحقق REPTile أهداف المهمة بقياس طاقة الإلكترونات من 0.58 إلى أكثر من 3.8 ميغا إلكترون فولت (MeV)، وطاقة البروتونات من 8 إلى 40 ميغا إلكترون فولت (MeV) ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} . كما يحتوي القمر الصناعي المكعب على مقياس مغناطيسي لتوفير معلومات حول اتجاه المركبة الفضائية والأجهزة بالنسبة للمجال المغناطيسي للأرض.

خضعت مركبة CSSWE لاختبارات صارمة مماثلة لتلك التي تخضع لها جميع الأصول الفضائية في مختبر LASP. فبالإضافة إلى اختبارات المكونات والأنظمة الفرعية، خضعت المركبة لاختبارات شاملة على مستوى النظام. اجتازت المركبة اختبار غرفة الفراغ الحراري ، حيث تمت محاكاة 11 دورة مدارية لها في الفراغ عن طريق رفع وخفض درجة حرارتها لمحاكاة النماذج الحرارية التي تتنبأ بدرجات الحرارة الفعلية في المدار. تمت محاكاة الساعات الأولى من المهمة عن طريق محاكاة عملية الإطلاق (حيث يتم تحرير مفتاح النشر، مما يؤدي إلى بدء مرحلة التشغيل الآلي) من هضبة قريبة من المحطة الأرضية التابعة لمختبر LASP. اجتازت CSSWE هذا الاختبار بنجاح من خلال إكمال مرحلة التشغيل الأولية، ونشر هوائيها، وإقامة اتصال مع المحطة الأرضية. كما أُجريت اختبارات على وضعية المدار، بما في ذلك اختبارات قفص هيلمهولتز واختبارات القطع الناقص للخطأ.

كان من المقرر إطلاق مهمة CSSWE في الأصل في 2 أغسطس 2012 على متن صاروخ الإطلاق 36 التابع للمكتب الوطني للاستطلاع ( NROL-36 ). إلا أن الإطلاق تأجل ثلاث مرات لإتاحة وقت إضافي لحل مشكلة في أجهزة قياس المدى، وفقًا للبيان الرسمي الصادر عن تحالف الإطلاق الموحد . ^{[ 14 ]} وفي النهاية، أُطلق صاروخ أطلس 5 401 في 13 سبتمبر 2012 من مجمع الإطلاق الفضائي 3 في قاعدة فاندنبرغ الجوية . ^{[ 15 ] [ 16 ]}

كانت الحمولة الأساسية على متن الصاروخ NROL-36 حمولة سرية تابعة لمكتب الاستطلاع الوطني (NRO)، لذا لم تُقدّم أي معلومات عن المركبة الفضائية أو مدارها. مع ذلك، حمل الصاروخ 11 قمرًا صناعيًا مكعبًا (CubeSats ) كحمولات ثانوية. وضع الصاروخ الأقمار الصناعية المكعبة في مدار بمدى 480 × 780 كيلومترًا وميل 65 درجة. حُملت الأقمار الصناعية المكعبة في ثمانية موزعات PPOD مُثبّتة في نهاية المرحلة العليا من صاروخ سنتور عبر حامل الحاجز الخلفي، الذي حلّ محل خزان هيليوم غير ضروري. ^{[ 14 ]} أُطلقت أربعة من الأقمار الصناعية المكعبة كجزء من برنامج الإطلاق التعليمي للأقمار النانوية (ELaNa) التابع لناسا، وهي: CSSWE (جامعة كولورادو - بولدر)، وCINEMA 1 (جامعة كاليفورنيا - بيركلي وآخرون)، و CXBN (جامعة مورهد ستيت)، وCP5 (جامعة كاليفورنيا للفنون التطبيقية). أما السبعة المتبقية فكانت: إينياس (التي تشغلها جامعة جنوب كاليفورنيا)، واثنان من طراز SMDC-ONE (الجيش الأمريكي)، وستير-أ (مختبر لورانس ليفرمور الوطني)، وثلاثة من طراز أيروكوب-4 (شركة الفضاء الجوي). ^{[ 17 ]}

تستخدم المركبة الفضائية شريط قياس كهوائي للتواصل مع المحطات الأرضية. رُصدت إشارات CSSWE لأول مرة وهي تُرسل حزم بيانات القياس عن بُعد بواسطة مُشغل راديو هواة يحمل النداء DK3WN بعد ساعتين تقريبًا من إطلاقها من منصة الإطلاق، متجاوزةً بذلك أولى عقباتها الرئيسية. أكملت المركبة الفضائية مرحلة التشغيل العلمي، وتم تشغيلها في وضع البحث العلمي الكامل بعد 22 يومًا، في 5 أكتوبر. وتحقق النجاح الكامل للمهمة في 5 يناير 2013 بعد ثلاثة أشهر من جمع البيانات العلمية. انتهت مهمة CSSWE في ديسمبر 2014 بسبب تدهور حالة البطارية.

عُرضت النتائج العلمية الأولية والنتائج العلمية المُحدَّثة، على التوالي، في مؤتمري الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي لخريف عامي 2012 و2013 في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا. ^{[ 18 ]} ونُشرت في مجلات علمية مُحكَّمة مثل Geophysical Review Letters، ^{[ 19 ] [ 20 ]} وJournal of Geophysical Research، ^{[ 21 ]} وScience. ولدى CSSWE حاليًا 24 منشورًا علميًا أو هندسيًا مُحكَّمًا، بما في ذلك ورقة بحثية نُشرت في Nature بتاريخ 13 ديسمبر 2017. ^{[ 22 ]}