¿Cómo mantuvieron "conectado a tierra" tres esferas de 1,2 metros y un contactor de plasma Xe+? ¿Qué aspecto tenían?

Puede encontrar un excelente resumen de la misión aquí: https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/a/atlas

SEPAC implica la activación de un acelerador de haz de electrones de 1,6 Å y 7,5 kV desde la bahía del transbordador para estudiar una variedad de fenómenos relacionados con la carga del vehículo y la neutralización de la carga, las interacciones atmosféricas y el funcionamiento de la antena virtual. El sistema neutralizador de contactor de plasma consta de una fuente de plasma de xenón de 25 cm de diámetro, una fuente de gas neutral, una unidad de almacenamiento y control de xenón y una fuente de alimentación. La fuente de plasma de vuelo produce 1,5 Å de corriente de iones de xenón con una potencia de entrada de aproximadamente 210 W y un flujo de gas de xenón de aproximadamente 2,2 litros estándar/h. La fuente de gas neutral está dimensionada para liberar$10^{23}$átomos de xenón en pulsos de 100 ms.

Detalles adicionales desde aquí: https://www.americaspace.com/2012/11/04/a-meeting-of-minds-the-earth-centred-voyage-of-sts-45/

Particularmente visibles en las paletas ATLAS-1 fueron las esferas negras de los Experimentos Espaciales con Aceleradores de Partículas (SEPAC), diseñadas por el Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas de Japón, con sede en Tokio. Comprendía un 'cañón de electrones' para investigar la dinámica de partículas cargadas de la ionosfera y durante la misión se utilizó para emitir una corriente de plasma de xenón para 'sujetar' el potencial eléctrico del transbordador al potencial de plasma de la atmósfera superior, como parte de los esfuerzos para obtener una comprensión más clara de las auroras, la naturaleza de los campos magnéticos y eléctricos del planeta y los efectos en el propio orbitador.

Finalmente pude rastrear los detalles de la neutralización aquí: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/6.1978-661 . No tengo acceso al documento completo, pero la primera página contiene la información más relevante:

Cuando se inyecta un haz de electrones en la ionosfera desde EBA, se acumula una carga positiva en el transbordador al que está conectado a tierra el EBA. La capacitancia del transbordador espacial es de unos pocos cientos de picofaradios. Suponiendo que una carga eléctrica de 1 C (1 A x 1 s) se retira del transbordador hasta el infinito, un potencial positivo de$10^9$V aparece en el transbordador espacial. Si la energía del haz inicial no es lo suficientemente alta, el haz de electrones es atraído de vuelta a la nave espacial en un período mucho más corto que 1 s. Para mantener la eyección constante del haz, la corriente de retorno debe ser suministrada desde el plasma ambiental. Dado que la cantidad de corriente de retorno depende de la conductividad del plasma turbulento, la neutralización de carga es un problema importante de la física del plasma y, al mismo tiempo, es uno de los principales objetivos de SEPAC. Se ha producido un problema de carga similar con los satélites y se han estudiado los fenómenos de formación de arcos. Se están realizando más estudios sobre el satélite SCATHA (Spacecraft Charging at High Altitude) lanzado en enero de 1979. Aunque la polaridad de la carga del satélite es contraria a la del experimento de eyección del haz, comparten la física subyacente. Las pautas generales para el establecimiento de la neutralización de carga son: 1) la corriente de emisión se equilibra con la corriente de retorno y no se promueve la acumulación de carga; 2) la distribución potencial de la nave espacial y sus alrededores es uniforme sin campo eléctrico fuerte; y 3) el potencial de la nave espacial con respecto al del plasma espacial es suficientemente bajo. La segunda condición es necesaria para evitar la formación de arcos superficiales y la pulverización catódica. El tercero es la condición para la ausencia del bombardeo de las partículas aceleradas a larga distancia. y 3) el potencial de la nave espacial con respecto al del plasma espacial es suficientemente bajo. La segunda condición es necesaria para evitar la formación de arcos superficiales y la pulverización catódica. El tercero es la condición para la ausencia del bombardeo de las partículas aceleradas a larga distancia. y 3) el potencial de la nave espacial con respecto al del plasma espacial es suficientemente bajo. La segunda condición es necesaria para evitar la formación de arcos superficiales y la pulverización catódica. El tercero es la condición para la ausencia del bombardeo de las partículas aceleradas a larga distancia.

Finalmente, este documento: Experimento de haz de electrones en el espacio tiene esto que decir:

La carga del vehículo se midió utilizando una sonda flotante y una copa de Faraday. Generalmente, el potencial del vehículo aumenta a medida que aumenta la corriente del haz, como se espera naturalmente. La carga depende en gran medida de la configuración del transbordador con respecto al plasma ambiental. Cuando el transbordador está en la estela, es decir, la campana del motor que se supone que tiene el área conductora más grande está en la estela, el potencial del transbordador sube completamente a la energía del haz para la corriente del haz por encima de 100 mA (Fig. 2) . Debido al efecto de carga, la superficie del transbordador está fuertemente iluminada por electrones acelerados por el potencial de carga (Fig. 3). Por otro lado, es bastante natural que cuando la campana del motor no está en la estela, no se observen fenómenos de carga elevada. Para estudiar la neutralización de la carga por una eyección de plasma, El plasma arcjet MPD se produjo durante el disparo del haz de electrones. Como se muestra en la Fig. 4, la señal de la sonda flotante cayó a cero cuando se disparó el plasma arcjet MPD. No duró mucho, porque el plasma fue expulsado en pulsos y se expandió alrededor de la lanzadera muy rápidamente, pero muestra que el plasma arcjet MPD realmente funciona como un neutralizador de carga para la emisión del haz.

También parece este documento: la carga del vehículo observada en el experimento SEPAC Spacelab-1 podría ser útil, pero nuevamente, no tengo acceso.

Fotos:

• Vista STS-45 de la bahía de carga útil con esta descripción (énfasis propio):

La configuración de bahía de carga útil (PLB) STS-45 a bordo de Atlantis, Orbiter Vehicle (OV) 104, incluye los instrumentos Shuttle Solar Backscatter Ultraviolet 4 (SSBUV-4) y Atmospheric Laboratory for Applications and Science 1 (ATLAS-1). Los recipientes especiales para escapar (GAS) de SSBUV están montados en una viga adaptadora de GAS en el larguero del alféizar del PLB de estribor. EL recipiente de soporte SSBUV está en primer plano y el recipiente de instrumentos SSBUV con ensamblaje de puerta motorizada (MDA) está al lado. El equipo ATLAS-1 incluye el iglú (centro - decorado con varias insignias), las esferas de Experimentos espaciales con aceleradores de partículas (SEPAC), e instrumentos adicionales montados en palés de laboratorio espacial no presurizados. En el fondo, se destacan las cápsulas del sistema de maniobra orbital (OMS) y la cola vertical contra la superficie cubierta de nubes de la Tierra.

• Diagrama de los instrumentos ATLAS-1 :

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Solo agregando la gran imagen encontrada por Organic Marble :

¿Qué aspecto tenían?

Como era de esperar, ¡como esferas negras!

Complementariamente, acabo de encontrarme con la siguiente imagen en Los nombres más tontos que los científicos han dado a los telescopios muy serios de Popular Science . La imagen muestra en primer plano:

FAUSTO

En 1992, el telescopio espacial FAr-Ultraviolet se montó en el transbordador espacial Atlantis de la NASA como uno de los experimentos en el laboratorio espacial ATLAS-1. Su trabajo consistía en capturar imágenes de campo amplio en luz ultravioleta lejana. FAUST ganó un lugar en esta lista sobre la misión más reciente FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), que finalizó en 2007, porque con quién preferiría viajar por el espacio: un trozo de cuerda o un erudito que no tiene miedo de regatear. con el diablo?

Pero en el fondo de esta gran imagen se pueden ver las tres esferas.