Ein fortschrittliches Röntgenüberwachungsinstrument, das an Bord eines CubeSat der ESA für den Weltraum getestet wurde, wird als betriebsbereite Weltraumwetternutzlast auf dem Satelliten Space Weather Next Lagrange 1 Series der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration dienen, der derzeit für 2028 gestartet werden soll und 1,5 Millionen betreiben wird km von der Erde entfernt und halten Ausschau nach Ausbrüchen unserer Sonne.
Der in Finnland hergestellte X-ray Flux Monitor wurde im August letzten Jahres von der europäischen Vega-Rakete an Bord des Sunstorm CubeSat gestartet – etwa so groß wie ein großes, dickes Taschenbuch.
Diese abgespeckte Version des XFM-Instruments in Originalgröße, früher bekannt als XFM-CS, hat seitdem Daten im Wert von mehr als einem Jahr gesammelt und Hunderte von Röntgenausbrüchen beobachtet, von denen Dutzende mit dem Auftreten von koronalen Massen in Verbindung gebracht werden Auswürfe (CMEs). CMEs sind riesige Explosionen, bei denen bis zu einer Milliarde Tonnen koronalen Plasmas gleichzeitig von der Sonne ausgestoßen werden, die den Sonnenwind verstärken und die Haupttreiber des Weltraumwetters sind.
„Solare Röntgenüberwachung im Weltraum wird seit langem durchgeführt, aber die Instrumente sind Breitband-Flussmonitore, die die Gesamtintensität von Röntgeneruptionen messen“, erklärt der Erfinder des XFM-Konzepts, Juhani Huovelin von der finnischen Firma Isaware .
„Unser XFM-Design ist anders, weil es auch die Eruption in ein Energiespektrum zerlegt, was wertvolle Informationen zu den noch ungeklärten wichtigen Fragen zum Zusammenhang zwischen Sonneneruptionen und CMEs liefert. Unsere Erfahrung mit Sunstorm zeigt, dass es die Spektren sehr starker genau messen kann Eruptionen, aber es ist auch empfindlich genug, um das Röntgenspektrum einer fast ruhenden Sonne zu erkennen.“
Am 30. August 2022 wurde vom Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) ein großer koronaler Massenauswurf (CME) aufgezeichnet. Der CME traf die ESA-Raumsonde Solar Orbiter, als sie einen Vorbeiflug an der Venus durchführte. Bildnachweis: ESA/NASA SOHO
CubeSats sind Nanosatelliten mit Designs, die auf standardisierten kubischen 10-cm-Elementen basieren. Die ESA nutzt sie, um im Rahmen des Fly-Elements ihres General Support Technology Program (GSTP) frühe Flugtests für innovative europäische Technologie bereitzustellen.
„Sunstorm zeigt den Wert einer Demonstration im Orbit“, kommentiert Camille Pirat von der CubeSat Systems Unit der ESA. „Seine Flugerfahrung hat bewiesen, dass XFM in der Lage ist, im Weltraum zu operieren und seine angegebenen Leistungsspezifikationen zu erfüllen, was der Vollversion des Instruments hilft, einen Liegeplatz bei der NOAA zu erhalten, während gleichzeitig hochwertige wissenschaftliche Daten produziert werden.“
Die Vollversion von XFM ist etwa viermal größer als XFM-CS, mit redundanten Detektoren und vergrößerten Beobachtungsaperturen. Juhani fügt hinzu: „Dieses Instrument muss die betrieblichen Leistungsanforderungen erfüllen, was bedeutet, dass es sekundenweise Daten liefern muss. XFM-CS befindet sich in einer erdnahen Umlaufbahn in 550 km Höhe, und zwar für fast die Hälfte davon Umlaufbahn verliert er die Sonne aus den Augen, aber der NOAA-Weltraumwettersatellit wird am Lagrange-Punkt 1 des Sonne-Erde-Systems im tiefen Weltraum positioniert, ohne dass die Sicht von XFM auf die Sonne beeinträchtigt wird.
„XFM-CS ist auch durch das Erdmagnetfeld vor Weltraumstrahlung geschützt, sodass wir billigere handelsübliche Komponenten verwenden konnten. Das Instrument in voller Größe benötigt Teile, die funktionieren und ihre Leistung in der rauen Strahlungsumgebung des Weltraums aufrechterhalten. „
Das XFM-Konzept beinhaltet eine neuartige Silizium-Drift-Detektortechnologie, die sich aus der Silizium-basierten Technologie entwickelt hat, die vor drei Jahrzehnten von Mitgliedern desselben finnischen Teams für die astrophysikalische Forschung angewendet wurde. Frühere Versionen wurden auf der Smart-1-Mission der ESA zum Mond geflogen, die 2003 während ihrer Reise in die Mondumlaufbahn den „Great Halloween Solar Storms“ ausgesetzt war – und an Bord der BepiColombo-Mission zum Merkur, wo das finnische SIXS-Instrument das Sonnen-X messen wird -Strahlen und Teilchen zur Kalibrierung von Röntgenstrahlen, die von der Oberfläche des Planeten emittiert werden.
Sunstorm selbst setzt den Betrieb fort, bemerkt Janne Kuhno von Kuva Space, dem Hersteller von Sunstorm: „Wir haben die Plattform, die das Instrument trägt, ziemlich schnell zusammengebaut. Es muss natürlich auf die Sonne ausgerichtet sein – und diese Anforderung mit dem Wärmemanagement einer so kleinen Plattform in Einklang bringen stellt eine kleine Herausforderung dar – aber Sunstorm hat gut funktioniert, wie die Menge an Daten auf wissenschaftlichem Niveau zeigt, die es produziert hat. Nachdem wir diese Fähigkeit mit Unterstützung des GSTP der ESA demonstriert haben, hoffen wir, weiterhin zum Weltraumwetter der nächsten Generation beitragen zu können Überwachung und Aufbau eines zukünftigen finnischen Raumfahrtsektors.“
XFM wurde von ISAWARE mit Aboa Space Research Oy, Oxford Instruments Technologies und Talvioja Consulting entwickelt.