CDSM FM

Ausgangssituation / Motivation

Skalarmagnetometer basierend auf dem Prinzip des optischen Pumpens können den Betrag des Magnetfeldes mit sehr geringem absolutem Fehler messen. Die gewünschte Genauigkeit bei der Messung des Magnetfeldes kann bei einigen Weltraummissionen nur dann erreicht werden, wenn ein Skalarmagnetometer die traditionell eingesetzten Vektormagnetometer als Referenz ergänzt.

2009 haben das Institut für Weltraumforschung der ÖAW und das Institut für Experimentalphysik der TUG gemeinsam begonnen, den Prototyp eines neuartigen Skalarmagnetometers genannt Coupled Dark State Magnetometer (CDSM) zu entwickeln.

Die Vorteile gegenüber anderen absoluten Messtechnologien sind der Messbereich über mehr als 6 Dekaden und die dem Messprinzip inhärente Richtungsunabhängigkeit der Messung, welche ein vereinfachtes rein optisches Sensordesign ohne zusätzliche Anregungsfelder, bewegte Teile oder Elektronik ermöglicht.

Inhalte und Zielsetzungen

Dieses Projekt steht im Zusammenhang mit der China Seismo Electro-Magnetic Satellite (CSES) Mission, die im September 2017 gestartet wird. Das CDSM ist Teil eines Drei-Sensoren-Magnetometers, das High Precision Magnetometer (HPM) genannt wird. Es besteht neben dem Skalarsensor noch aus zwei Vektorsensoren (Fluxgate-Sensoren) sowie der Prozessor- und Stromversorgungselektronik, die in China gebaut werden.

CSES ist eine wissenschaftliche Mission der Chinese Earthquake Administration (CEA). In einem sonnensynchronen Niedrig-Erdorbit sollen Schwankungen elektromagnetischer Felder sowie geladener Teilchen in der Ionosphäre und Magnetosphäre gemessen werden, die mit Erdbeben in Zusammenhang stehen.

Im Rahmen eines ASAP 9 Vorgängerprojekts mit Abschluss im Oktober 2016, wurde ein Flugmodell entwickelt, das im November 2016 nach China geliefert werden soll.

Methodische Vorgehensweise

Dieser Projektvorschlag umfasst

• die Lieferung des CDSM Flugmodells nach China,
• die Integration in das HPM,
• die Abnahmetests auf Instrumenten- sowie auf Satellitenebene,
• den Aufbau eines Reservemodells,
• die Kontrolle des Instruments bei den Vorbereitungen auf den Start,
• den Aufbau eines Referenzmodells basierend auf dem Reservemodell,
• die Kommissionierung und den Betrieb des Instruments nach dem Start sowie
• die Evaluierung der Messgenauigkeit am Beginn der Mission, welche Parallelmessungen mit dem Referenzgerät beinhaltet.

Erwartete Ergebnisse

Das CDSM wurde für diese Mission ausgewählt, um das Magnetfeld trotz des Erdmagnetfeldes von bis zu 50.000 nT mit einem maximalen absoluten Fehler von 0.3 nT zu messen. Darüber hinaus ermöglicht diese Mission die erstmalige Erprobung dieses neuen Gerätetyps im Weltraum, welche für die Weiterentwicklung des Schwestergeräts für die Jupitermission JUICE der ESA von großer Bedeutung ist.

Die Teilnahme der kooperierenden Institute an der chinesischen Mission ermöglicht nicht nur eine wissenschaftlich äußerst interessante Vermessung des Erdmagnetfeldes, sondern verstärkt auch die Bindung beider Institute zur chinesischen CSES Mission, wodurch österreichische Wissenschaftler:innen und Studenten und Studentinnen am technologischen und wissenschaftlichen Erfolg der Mission verstärkt teilhaben können.

Projektleitung

Österreichische Akademie der Wissenschaften, Institut für Weltraumforschung

Projektpartner:innen

Technische Universität Graz, Institut für Experimentalphysik

Österreichische Akademie der Wissenschaften
Institut für Weltraumforschung
Dipl.-Ing. Dr. Werner Magnes
Schmiedlstraße 6
A-8042 Graz