مسبارات فان ألين

مسبارا فان ألين ، المعروفان سابقًا باسم مسباري عاصفة حزام الإشعاع ( RBSP )، ^{[ 1 ]} مركبتان فضائيتان آليتان استُخدمتا لدراسة أحزمة فان ألين الإشعاعية المحيطة بالأرض. أجرت وكالة ناسا مهمة مسباري فان ألين كجزء من برنامج "العيش مع نجم" . ^{[ 2 ]} إن فهم بيئة حزام الإشعاع وتقلباته له تطبيقات عملية في مجالات تشغيل المركبات الفضائية، وتصميم أنظمة المركبات الفضائية، وتخطيط المهمات، وسلامة رواد الفضاء. ^{[ 3 ]} أُطلق المسباران في 30 أغسطس 2012، وعملا لمدة سبع سنوات. تم إيقاف تشغيل كلا المركبتين الفضائيتين في عام 2019 عندما نفد وقودهما. خرج المسبار "أ" من مداره في 11 مارس 2026، بينما لن يخرج المسبار "ب" من مداره حتى أوائل ثلاثينيات القرن الحالي. ^{[ 4 ]}

يدير مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا برنامج " العيش مع نجم" (Living With a Star) ، الذي يُعدّ مشروع RBSP أحد مشاريعه، إلى جانب مرصد ديناميكا الشمس (SDO). وكان مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز (APL) مسؤولاً عن التنفيذ العام وإدارة الأجهزة لمشروع RBSP. كان من المقرر أن تستمر المهمة الأساسية لمدة عامين، مع توقع أن تدوم المواد الاستهلاكية لمدة أربع سنوات. وقد خُطط للمهمة الأساسية لمدة عامين فقط نظرًا للقلق البالغ بشأن قدرة إلكترونيات القمر الصناعي على الصمود في وجه بيئة الإشعاع القاسية في أحزمة الإشعاع لفترة طويلة. وعندما انتهت المهمة بعد سبع سنوات، لم يكن ذلك بسبب عطل في الإلكترونيات، بل بسبب نفاد الوقود. وقد أثبت هذا متانة إلكترونيات المركبة الفضائية. واعتُبرت مدة بقاء المركبة الفضائية في أحزمة الإشعاع أداءً قياسيًا للأقمار الصناعية من حيث مقاومة الإشعاع. ^{[ 5 ]}

عملت المركبة الفضائية بتعاون وثيق مع مصفوفة البالونات لفقدان الإلكترونات النسبية في أحزمة الكويكبات (BARREL)، والتي يمكنها قياس الجسيمات التي تنطلق من الأحزمة وتصل إلى الغلاف الجوي للأرض. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

تولى مختبر الفيزياء التطبيقية إدارة وبناء وتشغيل مسبارات فان ألين لصالح وكالة ناسا.

سُميت هذه المجسات على اسم جيمس فان ألين ، مكتشف أحزمة الإشعاع التي درستها. ^{[ 5 ]}

مركبة الإطلاق

في 16 مارس 2009، أعلنت شركة يونايتد لانش ألاينس (ULA) أن وكالة ناسا قد منحتها عقدًا لإطلاق برنامج RSBP باستخدام صاروخ أطلس 5 401. ^{[ 10 ]} أجلت ناسا الإطلاق مع اقتراب العد التنازلي لأربع دقائق في الساعات الأولى من صباح 23 أغسطس. وبعد أن حال سوء الأحوال الجوية دون الإطلاق في 24 أغسطس، وتأجيل إضافي احترازي لحماية الصاروخ والأقمار الصناعية من إعصار إسحاق ، تم الإطلاق في 30 أغسطس 2012 الساعة 4:05 صباحًا بتوقيت شرق الولايات المتحدة. ^{[ 11 ]}

تتضخم أحزمة فان ألين الإشعاعية وتتقلص بمرور الوقت كجزء من نظام طقس فضائي أوسع نطاقًا ، مدفوع بالطاقة والمواد المنبعثة من سطح الشمس والتي تملأ النظام الشمسي بأكمله . يُعد الطقس الفضائي مصدرًا للشفق القطبي الذي يتلألأ في سماء الليل، ولكنه قد يُعطّل أيضًا الأقمار الصناعية، ويتسبب في انقطاعات في شبكة الطاقة، ويُعطّل اتصالات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) . بُنيت مسبارات فان ألين لمساعدة العلماء على فهم هذه المنطقة، ولتحسين تصميم المركبات الفضائية القادرة على تحمل قسوة الفضاء الخارجي . ^{[ 2 ]} هدفت المهمة إلى تعزيز الفهم العلمي لكيفية تشكّل أو تغيّر تجمعات الإلكترونات والأيونات النسبية في الفضاء استجابةً للتغيرات في النشاط الشمسي والرياح الشمسية . ^{[ 2 ]}

كانت الأهداف العلمية العامة للمهمة هي: ^{[ 2 ]}

• اكتشف العمليات - منفردة أو مجتمعة - التي تعمل على تسريع ونقل الجسيمات في حزام الإشعاع، وتحت أي ظروف.
• فهم وتحديد كمية فقدان الإلكترونات من أحزمة الإشعاع.
• حدد التوازن بين العمليات التي تسبب تسارع الإلكترونات وتلك التي تسبب الخسائر.
• فهم كيفية تغير أحزمة الإشعاع في سياق العواصف المغناطيسية الأرضية .

في مايو 2016، نشر فريق البحث نتائجهم الأولية، موضحين أن التيار الحلقي المحيط بالأرض يتصرف بطريقة مختلفة تمامًا عما كان يُعتقد سابقًا. ^{[ 15 ]} يقع هذا التيار الحلقي على بُعد يتراوح بين 10,000 و60,000 كيلومتر (6,200 إلى 37,000 ميل) تقريبًا من سطح الأرض. وتمثل تغيرات التيار الكهربائي ديناميكيات البروتونات منخفضة الطاقة فقط. وتشير البيانات إلى وجود تيار حلقي كبير ومستمر حول الأرض حتى في غير أوقات العواصف المغناطيسية، وهو تيار تحمله بروتونات عالية الطاقة. أما خلال العواصف المغناطيسية الأرضية، فيعود ازدياد قوة التيار الحلقي إلى دخول بروتونات جديدة منخفضة الطاقة إلى المنطقة القريبة من الأرض. ^{[ 15 ] [ 16 ]} 

تألفت مسبارات فان ألين من مركبتين فضائيتين مثبتتين بالدوران، أُطلقتا بواسطة صاروخ أطلس 5 واحد. كان على المسبارين العمل في الظروف القاسية التي كانا يدرسانها؛ فبينما تتمتع الأقمار الصناعية الأخرى برفاهية إيقاف تشغيلها أو حماية نفسها في خضمّ ظروف جوية فضائية قاسية، كان على مسبارات فان ألين مواصلة جمع البيانات. ولذلك، صُممت المسبارات لتحمّل القصف المستمر بالجسيمات والإشعاع الذي ستتعرض له في هذه المنطقة الشديدة من الفضاء. ^{[ 2 ]}

الآلات الموسيقية

ولأنه كان من الضروري أن تقوم المركبتان بإجراء قياسات متطابقة لمراقبة التغيرات في أحزمة الإشعاع عبر المكان والزمان، فقد حملت كل مركبة الأدوات التالية:

1. مجموعة أدوات الجسيمات النشطة، والتركيب، والبلازما الحرارية (ECT)؛ ^{[ 18 ]} الباحث الرئيسي هو هارلان سبنس من جامعة نيو هامبشاير . ^{[ 19 ]} الشركاء الرئيسيون في هذا البحث هم مختبر لوس ألاموس الوطني (LANL) ، ومعهد ساوث ويست للأبحاث ، وشركة الفضاء الجوي، ومختبر فيزياء الغلاف الجوي والفضاء (LASP).
2. مجموعة أدوات المجال الكهربائي والمغناطيسي والعلوم المتكاملة (EMFISIS)؛ ^{[ 20 ]} الباحث الرئيسي هو كريج كليتزينج من جامعة أيوا .
3. جهاز قياس المجال الكهربائي والموجات (EFW)؛ الباحث الرئيسي هو جون ويغانت من جامعة مينيسوتا . ومن بين الشركاء الرئيسيين في هذا البحث جامعة كاليفورنيا في بيركلي وجامعة كولورادو في بولدر.
4. تجربة تحليل التركيب الأيوني باستخدام مجسات عواصف حزام الإشعاع (RBSPICE)؛ الباحث الرئيسي هو لويس ج. لانزيروتي من معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا . ومن بين الشركاء الرئيسيين مختبر الفيزياء التطبيقية وشركة التقنيات الأساسية.
5. مطياف البروتونات النسبية (RPS) من المكتب الوطني للاستطلاع

• مصفوفة البالونات لفقدان الإلكترونات النسبية في RBSP (BARREL)
• كاسيني
• المجموعة الثانية (مركبة فضائية)
• الفيزياء الشمسية
• مرصد ديناميكيات الشمس
• مرصد الشمس والغلاف الشمسي
• مرصد العلاقات الشمسية الأرضية ( STEREO )
• مُؤَقَّت (مركبة فضائية)
• ويند (مركبة فضائية)

• موقع مجسات فان ألين على NASA.gov
• موقع فان ألين بروبس التابع لجامعة جونز هوبكنز
• صفحة فان ألين بروبس مؤرشفة بتاريخ 20 نوفمبر 2012 على موقع Wayback Machine التابع لناسا تك.نت