美国宇航局的两颗卫星用于研究太空中的信号中断

美国宇航局的双胞胎E-TBEx CubeSats是增强型串联信标实验的缩写 - 计划于2019年6月在国防部的太空测试计划-2发射升空。此次发射包括来自政府和研究机构的24颗卫星。他们将从位于佛罗里达州美国宇航局肯尼迪航天中心的历史性发射综合体39A上搭载SpaceX Falcon Heavy。

E-TBEx CubeSats专注于通过地球上层大气的无线电信号如何被该地区的结构化气泡扭曲，称为电离层。特别是在赤道上存在问题，这些失真会干扰军事和航空通信以及GPS信号。我们越了解这些泡沫如何演变，我们就能越多地缓解这些问题 - 但是现在，科学家们无法预测这些泡沫何时会形成，或者它们将如何随时间变化。

“这些泡沫很难从地面开始研究，”加利福尼亚州门洛帕克SRI国际公司E-TBEx任务的有效负载项目经理Rick Doe说。“如果你看到气泡开始形成，它们便会移动。我们正在研究这些特征的演变，然后才开始扭曲通过电离层的无线电波，以更好地理解基础物理学。”

电离层是地球上层大气的一部分，粒子被电离 - 这意味着它们被分离成一个正负粒子的海洋，称为等离子体。电离层的等离子体与中性气体混合在一起，就像我们呼吸的空气一样，因此地球的高层大气 - 以及在那里形成的气泡 - 对复杂的因素做出了反应。

由于其颗粒具有电荷，因此该区域中的等离子体响应电场和磁场。这使得电离层对空间天气做出响应：空间条件，包括变化的电场和磁场，往往受到太阳活动的影响。科学家们还认为，大型风暴系统发出的压力波可以传播到高层大气中，产生的风会影响气泡的运动和变化。这意味着电离层和气泡都是由陆地天气和太空天气形成的。

E-TBEx CubeSats以三个频率(接近通信和GPS卫星使用的频率)向地面接收站发送无线电信标信号，此时科学家可以检测信号的相位或幅度的微小变化。然后，这些中断可以映射到它们通过的电离层区域，为科学家提供有关这些气泡如何形成和演化的信息。

“所有信号都是在同一时间创建的 - 具有相同的相位 - 所以你可以告诉它们在通过气泡时是如何变形的，”Doe说。“然后，通过查看扭曲，您可以退回有关粗糙度和气泡密度的信息。”

双胞胎CubeSats产生的数据由NOAA的六颗COSMIC-2卫星上的类似信标补充。与E-TBEx CubeSats一样，COSMIC-2信标以三个频率发送信号 - 与E-TBEx用于地面接收站的频率略有不同。来自所有八颗卫星的测量结果将使科学家有机会同时从多个角度研究这些气泡中的一些。

E-TBEx的灯塔由SRI International的一个团队建造，该团队还在COMSIC-2上设计和制造了信标。E-TBEx CubeSats是在密歇根大学安娜堡分校的密歇根勘探实验室开发的。设计，制造，集成和测试主要由本科生和研究生团队进行。

“由于可部署部件的数量，构建和测试E-TBEx非常复杂，”密歇根大学的航空航天工程教授詹姆斯·卡特勒说，他领导了从事E-TBEx工作的学生团队。“有效载荷基本上是一个飞行无线电台，所以我们有五个天线可以部署 - 四个有两个分段 - 还有四个太阳能电池板。”

科学家从E-TBEx学到的东西可以帮助制定避免信号失真的策略 - 例如，允许航空公司选择一个不易受到干扰的频率，或者让军方推迟一项关键操作，直到潜在的破坏性电离层泡沫过去。

STP-2由美国空军太空和导弹系统中心管理。美国国防部的任务将展示猎鹰重型火箭的能力，同时在大约六个小时的过程中将卫星送到地球周围的多个轨道。这些卫星包括三个额外的NASA项目，以改善未来的航天器设计和性能。