El Fast Auroral SnapshoT Explorer ( FAST o Explorer 70 ) fue un satélite de física de plasma de la NASA y fue la segunda nave espacial del programa Small Explorer (SMEX). Fue lanzado el 21 de agosto de 1996, desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg a bordo de un vehículo de lanzamiento Pegasus XL . La nave espacial fue diseñada y construida por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard (GSFC) de la NASA. Las operaciones de vuelo estuvieron a cargo de GSFC durante los primeros tres años y posteriormente fueron transferidas al Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California, Berkeley .
FAST fue diseñado para observar y medir la física del plasma de los fenómenos aurorales que ocurren alrededor de ambos polos de la Tierra . [1] Si bien su experimento de campo eléctrico falló alrededor de 2002, todos los demás instrumentos continuaron funcionando normalmente hasta que finalizaron las operaciones científicas el 4 de mayo de 2009. [2] Posteriormente se realizaron varias pruebas de ingeniería. [2]
FAST investiga la física del plasma de los fenómenos aurorales en una resolución temporal y espacial extremadamente alta utilizando el complemento completo de instrumentos de campo y partículas. FAST es la segunda nave espacial (SAMPEX fue la primera) en el programa Small Explorer (SMEX) de NASA-GSFC. SMEX se estableció para brindar oportunidades de misión rápidas (desarrollo de 3 años) de bajo costo (desarrollo de 35 millones de dólares estadounidenses) (1 por año) a la comunidad científica espacial utilizando un único investigador principal designado (PI). [1]
Para capturar los fenómenos aurorales en escalas espaciales y de tiempo pequeñas ( microsegundos ), FAST utiliza muestreo de datos de alta velocidad, una memoria grande de carga rápida ("ráfaga") y un software inteligente integrado para activar el aparición de varios fenómenos clave. Utilizando una memoria de estado sólido de 1 Gb y una velocidad de adquisición de datos de 8 Mbs (casi dos órdenes de magnitud más rápida que los satélites anteriores), FAST produce "instantáneas" de alta resolución de arcos aurorales y otros eventos aurorales interesantes. FAST vuela en una órbita casi polar altamente excéntrica con una precesión nominal de 1° por día. Las investigaciones científicas operan en modo de campaña (de aproximadamente 60 días de duración) a medida que el apogeo pasa por la zona de la aurora norte y en modo de estudio menos intenso durante el resto de la órbita. [1]
La misión FAST utiliza una nave espacial giratoria única (no derivada de SAMPEX), liviana y de órbita normal desarrollada por el proyecto SMEX. La nave espacial tiene paneles solares montados en el cuerpo y está estabilizada por rotación, girando a 12 rpm con el eje de rotación normal al plano de la órbita ("rueda de carro"). Los cuatro experimentos FAST son: (1) los analizadores electrostáticos (ESA) para medir la función de distribución de electrones e iones, (2) el espectrógrafo de masas con ángulo de energía de tiempo de vuelo (TEAMS) para medir la función de distribución tridimensional completa de las principales especies de iones, (3) los magnetómetros de compuerta de flujo triaxial y de bobina de búsqueda para medir datos de campo magnético, y (4) el instrumento de sonda Langmuir/campo eléctrico para obtener datos de campo eléctrico y densidad y temperatura del plasma. El instrumento de campo eléctrico FAST dejó de proporcionar datos significativos alrededor de 2002, todos los demás instrumentos y sistemas continúan funcionando nominalmente. [1]
El instrumento de campo eléctrico FAST tiene diez sensores, dos en cada uno de los cuatro brazos radiales de alambre de 29 m (a 24 my 29 m) y uno en cada uno de los dos brazos axiales rígidos de 3 m. Todos, excepto los cuatro sensores más externos, también pueden funcionar como sondas Langmuir recolectoras de corriente. Se volaron instrumentos similares en S3-3, ISEE-1, CRRES, Polar y Cluster. El instrumento está diseñado para proporcionar lo siguiente: una medición vectorial del campo eléctrico desde CC hasta aproximadamente 20 kHz en un rango dinámico de 0,1 mV/m a 1 V/m con una resolución de muestreo de 0,03 ms; Mediciones de forma de onda de campo eléctrico de CA de hasta 2 MHz con una resolución de muestreo de 32 ms; monitorización continua de la frecuencia dominante y la amplitud de las ondas de alta frecuencia con una resolución temporal de 0,03 ms; medición de la densidad del plasma térmico (1-10^5 cm-3) y la temperatura con una resolución de tiempo de hasta 0,5 ms y 1 s, respectivamente; medición de las fluctuaciones de densidad en un rango dinámico del 0,1 al 20 % con una resolución temporal de al menos 1 ms; mediciones de retardos de tiempo entre diferentes antenas con resolución temporal de hasta 0,03 ms; y mediciones de longitud de onda para frecuencias de hasta 20 kHz utilizando técnicas interferométricas a bordo y separaciones de múltiples sensores. El instrumento de campo eléctrico FAST dejó de proporcionar datos significativos alrededor de 2002. [3]
Se utilizan dieciséis analizadores electrostáticos (ESA) configurados en cuatro pilas para mediciones de electrones e iones. Las cuatro pilas están colocadas alrededor de la nave espacial de manera que todo el paquete tenga un campo de visión (FoV) completo de 360°. Los ESA pueden proporcionar un barrido de energía de 64 pasos, cubriendo aproximadamente de 3 eV a 30 KeV hasta 16 veces por segundo. Cada pila de la ESA contiene tres analizadores de ESA escalonada (SESA) que se utilizan para realizar mediciones de electrones de alta resolución en el tiempo y un espectrómetro de iones o electrones individuales (IESA o EESA) que se utiliza para realizar mediciones de distribución detalladas. EESA e IESA recorren su rango de energía, recopilando 24, 48 o 96 muestras de energía en 32 sectores de ángulo de inclinación. El modo estándar (24 muestras) mide una distribución del ángulo de paso cada 78 ms. Los otros modos permiten compensaciones alternativas entre resolución de tiempo y energía. Dependiendo de su modo de funcionamiento, los sensores SESA miden una distribución que contiene 16 contenedores de ángulo de inclinación y 6, 12, 24 o 48 contenedores de energía. El tiempo mínimo de muestreo para una matriz de 6 energías es de 1,6 ms. La resolución angular es de 11,2° para EESA/IESA y de 22,5° para SESA. [4]
El instrumento espectrógrafo de masas con ángulo de energía de tiempo de vuelo (TEAMS) es un espectrómetro de resolución de masas de alta sensibilidad con un campo de visión instantáneo de 360*8°. Está diseñado para medir la función de distribución tridimensional completa de las principales especies de iones (H+, He++, He+, O+, O2+ más NO+). El sensor es muy similar al sensor CODIF para la misión CLUSTER y se remonta a los instrumentos volados en AMPTE-IRM (SULEICA, 3D-Plasma Instrument). TEAMS selecciona los iones entrantes según la energía por carga (1,2 eV/e a 12 keV/e) mediante deflexión electrostática en un analizador de sección toroidal con posterior análisis de aceleración (hasta 25 keV/e) y tiempo de vuelo (ToF). Para cada ion individual, los instrumentos miden la energía por carga (analizador electrostático), la masa por carga (analizador ToF), el ángulo azimutal de incidencia (dado por el giro de la nave espacial; resolución de 5,6° o 11,2°) y el ángulo polar de incidencia (dado por la sectorización en la unidad ToF; 22,5° sectores). Dependiendo del modo de medición, el barrido de energía completo se realiza 32 o 64 veces por período de giro, proporcionando así un corte bidimensional a través de la función de distribución en ángulo polar cada 156 ms o 78 ms. Se obtiene una función de distribución de iones tridimensional completa en medio período de giro (2,5 segundos). El eje de simetría del instrumento es perpendicular al eje de giro de la nave espacial y a la superficie de la misma. TEAMS opera en varios modos diferentes de adquisición de datos. El modo de distribución de encuesta toma muestras de H+, O+, He+ y He++ con resolución de ángulo alto (64) y energía (48). La resolución de tiempo puede ser tan baja como 80 ms (levantamiento lento) y tan alta como 10 ms (levantamiento rápido). El modo de distribución de masa alta utiliza una resolución de masa alta (64) para identificar especies menores; la resolución de ángulo (16) y energía (16) es baja en este modo; la resolución de tiempo varía de 80 ms (lenta) a 20 ms (rápida). El modo de ráfaga proporciona datos para las cuatro especies de iones principales con la resolución más alta de tiempo (0,08 ms), ángulo (16) y energía (48). Los modos de medición adicionales están orientados a los canales polares, las tasas de monitorización y los eventos PHA. [5]
La instrumentación de campo magnético FAST incluye un magnetómetro de compuerta de flujo de CC y un magnetómetro de bobina de búsqueda de corriente alterna (CA). El magnetómetro fluxgate es un instrumento de tres ejes que utiliza sensores de núcleo de anillo de bajo ruido, altamente estables. Está montado en un brazo a 2 m (6 pies 7 pulgadas) del cuerpo de la nave espacial en una carcasa blindada. Proporciona información del campo magnético de CC a 100 Hz a un convertidor analógico a digital de 16 bits . La resolución de tiempo es de 2 ms y la sensibilidad por debajo de 50 Hz cercana a 1 nT . El magnetómetro de bobina de búsqueda (también montado en brazo) utiliza un sistema de sensor de tres ejes que contiene núcleos, devanados y preamplificadores de aleación permallaminada laminada. El diseño se basa en el instrumento OGO-5 con desarrollos recientes implementados en proyectos clasificados. Las señales se amplifican aún más en la electrónica antes de la conversión de analógico a digital. Se proporciona una medición de campo magnético de CA en el rango de frecuencia de 10 Hz a 2,5 kHz con una resolución de tiempo de 0,1 ms y una sensibilidad dependiente de la frecuencia entre 10^-8 y 10^-10 nT^2/Hz. [6]
Las operaciones FAST finalizaron el 4 de mayo de 2009. [1]
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Medios relacionados con FAST en Wikimedia Commons
