小卫星，大问题：丘比特立方体卫星将获得太阳-地球边界的新视角

本文于2021年9月10日发布。艾莉森·戈尔德

波士顿大学机械工程博士候选人埃米尔·阿兹（Emil Atz）说，当你帮助建造一颗鞋盒大小的卫星时，你几乎了解了它的一切。你要学习如何写一份融资提案，如何把螺丝钉固定在一起，如何测试每一种仪器以确保其正常运行。

然后你要学会如何说再见。

阿茨说：“这是一种可怕的感觉，全职工作四年的硬件，然后把它放进火箭部署器，再也见不到它了。”“我不想关门。”

今年9月，一枚火箭将从加利福尼亚州的范登堡太空部队基地发射，携带着美国宇航局和美国地质调查局的联合任务“地球资源卫星9号”。该火箭还将携带四颗立方体卫星——用于空间澳门威尼斯人注册网站研究项目的紧凑的箱形卫星。

与标准卫星相比，立方体卫星的发射成本较低。就像朋友们分摊出租车费用一样，微小的卫星可以搭上运载其他任务的火箭，从而降低每个任务的成本。

与陆地卫星9号一起发射的立方体卫星之一是尖端等离子成像探测器，或称丘比特。丘比特不比一块面包大，也不比一个西瓜重，他的工作很重要。小丘比特将从距地球表面约340英里（550公里）的轨道上拍摄地球磁场与太阳磁场相互作用的边界。

阿兹是来自马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心、波士顿大学、德雷塞尔大学、约翰霍普金斯大学、梅里马克学院、航空航天公司和阿拉斯加大学费尔班克斯分校的合作者团队的一员，他们使丘比特成为可能。

由地球磁场产生的磁层是一个保护我们星球的气泡。波士顿大学机械工程助理教授、丘比特的首席澳门威尼斯人注册网站研究员布莱恩·沃尔什（Brian Walsh）说：“大多数时候，太阳的能量和粒子绕着地球转，我们很好地屏蔽了太阳的活动。”

但当太阳足够活跃时，它的磁场会与地球的磁场融合，这一过程被称为磁重联。地球的磁层改变了形状，太阳辐射向我们袭来，可能会对卫星和宇航员造成伤害。

沃尔什说：“有了丘比特，我们想知道地球磁场的边界是什么样子，并了解能量有时是如何以及为什么进入的。”

虽然像NASA的磁层多尺度（MMS）任务这样的任务通过磁重联事件在微观尺度上观察它们，但丘比特寻求的是宏观视角。丘比特使用宽视场软x射线相机，观察太阳粒子与地球磁层碰撞时发出的低能或“软”x射线。

制造那台相机并不容易。x射线不像可见光那样容易弯曲，所以很难聚焦。此外，在地球轨道上拍摄地球的磁边界就像坐在电影院的前排一样——距离太近，很难看到完整的画面。一台合适的相机需要专门制造，以便从相对较近的地方捕捉到广阔的视野。

16年前，在弗吉尼亚州沃洛普斯岛的戈达德和沃洛普斯飞行设施，一个由科学家、工程师、技术人员和学生组成的团队开始澳门威尼斯人注册网站研究一架原型机。他们的相机没有弯曲光线，而是将x射线反射或“反弹”到焦点上，让它们通过排列紧密的通道网格，从而获得宽视场。

2012年，迈克尔·r·科利尔（Michael R. Collier）博士和戈达德的同事大卫·g·西贝克（David G. Sibeck）博士和f·斯科特·波特（F. Scott Porter）博士在DXL探空火箭上首次在太空中测试了这台相机。科利尔博士是戈达德对丘比特的贡献的负责人。

科利尔说：“它非常成功，我们立即开始澳门威尼斯人注册网站研究将其小型化并放入立方体卫星的方法。”

2015年，丘比特的前身进行了第二次探空火箭飞行。不久之后，该项目被美国国家航空航天局选中，使具有航空电子设备的完整卫星得以实现。从那以后，学生和科学家们一直在澳门威尼斯人注册网站研究丘比特。

沃尔什说，在1999年加州州立理工大学开发出第一颗立方体卫星之前，大多数卫星都是汽车或公共汽车大小，开发和发射成本高达数亿美元。高昂的成本阻止了冒险。如果一种新的实验性工具失败了，就会损失大量资金。

科利尔说：“立方体卫星的最初目标是降低成本，使太空民主化。”更低的成本意味着更大的实验和创新空间。

“他们的风险更高，但回报也更高，”沃尔什说。

小型实验卫星任务的激增为学生们提供了更多参与实际工程项目的机会。

自称“太空孩子”的杰奎琳·巴赫拉赫（Jacqueline Bachrach）在波士顿大学（Boston University）学习机械工程专业的第一年，就报名参加了沃尔什的火箭入门课程。不久之后，她加入了他的实验室，并在丘比特任务中发挥了重要作用。

“我学到了很多重要的技能，我最终可能会把它们应用到其他任务中，”现在是大三学生的巴赫拉赫说。“项目中的每个人都有很多愿意分享的知识。这是一次非常宝贵的经历，尤其是对一名本科生来说。”

澳门威尼斯人注册网站研究小组已经在为丘比特对磁重联之谜的洞察做准备。

阿兹说，一旦卫星进入太空，他渴望与它进行第一次联系，并开始传输数据。学生们也会参与其中。他和沃尔什已经开始训练包括巴赫拉赫在内的几名本科生跟踪卫星的健康状况，并从轨道上解读其数据。

阿兹说：“对于一个大任务，你没有很多机会让学生们做出重大贡献。”“有了丘比特，学生们几乎每一步都参与其中。”

对于参与丘比特超过15年开发的许多学生和科学家来说，最激动人心的部分尚未到来。