Eine neu erprobte Technologie, die in der Wallops Flight Facility der NASA in der Nähe von Chincoteague, Virginia, entwickelt wurde, verwandelt eine einzelne Höhenforschungsrakete in einen Bienenstock, in dem ein Schwarm von bis zu 16 Instrumenten eingesetzt wird. Die Technologie bietet eine beispiellose Genauigkeit für die großflächige Überwachung der Erdatmosphäre und des Sonnenwetters.
Die Swarm Communications-Technologie, wie sie von den Schöpfern der NASA Wallops genannt wird, verbreitet Sub-Nutzlasten bis zu 25 Meilen von der Rakete entfernt. Jeder Kanister überträgt seine einzigartigen Telemetrie- und Wissenschaftsdaten mithilfe von Bordfunkgeräten über das Kommunikationssystem der Trägerrakete zum Boden.
Cathy Hesh, Technologin für das Sounding Rocket Program, und Scott Hesh, Elektroingenieur, stellten 2017 ein Team zusammen, um diese Technologie zu entwickeln, um auf Anfragen von Wissenschaftlern der NASA-Arbeitsgruppe für Höhenforschungsraketen zu reagieren.
„Wir hatten das Glück, dass wir dieses Kernteam mit den richtigen Fähigkeiten hatten, um dies zu erreichen“, sagte Scott Hesh. „Wir konnten dies in weniger als drei Jahren vom Konzept zum Flug umsetzen.“
Heute, nach drei wissenschaftsfördernden Testflügen, ist das System bereits von Missionsteams für weitere vier Starts bis Mitte 2024 gebucht.
Ausgehend von einem Dampfausstoßsystem zur Messung von Winden in der oberen Atmosphäre entwickelte das Team eine standardisierte Sensorplattform und Datenerfassungsarchitektur.
Der Maschinenbauingenieur Josh Yacobucci sagte, die Mitglieder des Schwarmteams seien mit einem einzigartigen Fokus auf dieses Projekt zusammengekommen.
„Wir wussten von Anfang an, dass wir eine Sub-Nutzlast wollten, die entweder von einer Feder oder einer Rakete ausgeworfen werden würde und nicht für jede Option auf separate Designs angewiesen sein würde“, sagte er. „Jedes Mal, wenn wir zusammenkamen, führten unterschiedliche Perspektiven im Team zu Verbesserungen in verschiedenen Systemen.“
Sub-Nutzlasten, die mit Federn eingesetzt werden, können größere Nutzlasten tragen, aber sie werden mit 8 Fuß pro Sekunde aus der Rakete ausgestoßen. Diese Geschwindigkeit ermöglicht einen Abstand von bis zu 0,6 Meilen von der Hauptnutzlast. Das Hinzufügen eines kleinen Raketenmotors begrenzt den Platz innerhalb des Kanisters, erhöht jedoch seine Geschwindigkeit um einen Faktor von 48 für einen Abstand von 15 Meilen. Sie nannten ihr Projekt Swarm Communications, sagte Scott Hesh, weil es mit mehreren Teilnutzlasten kommuniziert, obwohl einzelne Kanister nicht wie bei anderen Schwarminitiativen der NASA unabhängig voneinander arbeiten.
Höhenforschungsraketen sind suborbitale Starts von Orten wie der Wallops Flight Facility der NASA in der Nähe von Chincoteague, Virginia. Sie bieten eine erschwingliche Plattform, um neue weltraumgebundene Technologien zu testen und wissenschaftliche Experimente durchzuführen, die am Boden nicht durchgeführt werden können. Höhenforschungsraketen sind zusammen mit Ballons und Flugzeugen Teil des erschwinglichen Weltraumprogramms der NASA, das Wissenschaftlern, Bildungseinrichtungen und Studenten diese Möglichkeiten bietet.
Beim dritten Start im vergangenen August flog die Sporadic-E ElectroDynamics Demonstration Mission oder SpEED Demon des Forschers Dr. Aroh Barjatya mit einer Terrier-Improved Malemute-Rakete bis zu 100 Meilen hoch. Er versuchte, die Bedingungen eines vorübergehenden sporadischen E-Ereignisses zu messen: bei dem eine Wolke aus verdampften Mikrometeormetallen Funksignale auf einer Ebene in der Ionosphäre reflektieren kann, die normalerweise kein Funk reflektiert.
„Das war eine ausgezeichnete Mission“, sagte Barjatya. „Die vorläufige Analyse zeigt, dass wir auf der Abwärtsstrecke durch ein sporadisches E-Ereignis geflogen sind und die Daten großartig aussehen. Wir werden uns die Leistung aller Instrumente ansehen, um uns auf einen Start im Jahr 2024 vorzubereiten.“ Barjatya leitet das Space and Atmospheric Instrumentation Lab an der Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Florida.
„Es gab ein großes Interesse in unserer Experimentator-Community, ihre Sensorpakete auf dieser Plattform zu platzieren“, sagte Scott Hesh. „Es ist wirklich nicht so schwer für sie, diese Sub-Nutzlasten zu bauen, jetzt, wo wir eine Plattform mit Standard-Datenschnittstellen und einer standardisierten Stromversorgung haben. Das nimmt ihnen viel Designaufwand ab.“
„Wir können die Sub-Nutzlasten nicht schnell genug bauen, um unsere Kunden zufrieden zu stellen“, fügte er hinzu. „Das ist ein gutes Problem.“
Die Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von Anfang an ermöglichte es dem Team, seine Bemühungen auf die Bereitstellung besserer wissenschaftlicher Ergebnisse zu lenken, sagte Cathy Hesh.
„Am Ende haben wir mehrere Instrumente übernommen und sie haben schon bei unserem ersten Testflug viele wissenschaftliche Daten zurückerhalten“, sagte sie. „Wir haben auch gutes Echtzeit-Feedback von den Wissenschaftlern erhalten, um das gesamte Projekt zu verbessern.“