História vektorovej magnetometrie vo vesmíre
Autor: Robert C. Snare, Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California, Los Angeles
Z anglického originálu preložil: Pavol Lipovský
Prvé vektorové magnetické merania vo vesmíre boli uskutočnené pomocou fluxgate senzorov. Na to, aby sa dosiahla vyššia presnosť bolo vyvinutých niekoľko typov vektorových magnetometrov, ktoré používali bunky s alkalickými parami. Od týchto sa však neskôr upustilo, pretože boli zdokonalené magnetometre využívajúce toroidálne jadrá s malým offsetom a nízkym šumom. Tieto zdokonalené fluxgate magnetometre sú používané takmer výnimočne pre vektorové magnetometre, s výnimkou vektorového héliového magnetometra, ktorý je používaný na misiách v hlbokom vesmíre, ďaleko od našej planéty. Počas mnohých rokov vývoja boli navrhnuté rôzne inovatívne riešenia v usporiadaní komponentov magnetometra na palube vesmírnej sondy alebo satelitu, pretože priestor ktorý je k dispozícii je značne obmedzený, tiež bolo potrebné znižovať spotrebu elektrickej energie. Rozmach moderných integrovaných obvodov ako nízkonapäťové zosilňovače, Analog/Digital prevodníky a mikroprocesory, umožnil rapídne zlepšenie týchto parametrov a získanie dát z týchto meracích systémov.
Úvod
Pre uskutočnenie precíznych vektorových magnetických meraní vo vesmíre, ktoré sú potrebné pre vedecké výskumy, je potrebný magnetometrický systém, ktorého každý komponent sa vyznačuje vynikajúcou linearitou, nízkym šumom, stabilitou a presnosťou. Tieto komponenty zahŕňajú vektorový snímač a jeho asociované obvody, AD prevodník a dátový systém s vysokou kvalitou reprodukcie dát. Snímač by mal byť čo najlineárnejší a jeho vlastnosti by mali byť prakticky nezávislé na zmene teploty. Snímač by mal naozaj uskutočňovať vektorové merania, nakoľko uhlová odozva by mala byť úmerná B.cos(f) kde f je uhol medzi vektorom poľa a osou snímača. Snímač by mal mať nízky šum a zároveň poskytovať široký dynamický rozsah so žiadnymi, prípadne veľmi malými a stabilnými úrovňami offsetu. Elektronika, ktorá riadi snímač by mala byť čo najjednoduchšia a čo najspoľahlivejšia so súčiastkami, ktoré majú prakticky neobmedzenú životnosť. Dátový systém musí obsahovať správne anti-aliasingové filtre, AD prevodník by mal byť lineárny a s vysokým rozlíšením. Systém spracovania dát by mal mať rýchlosť dostatočnú pre rýchle spracovanie navzorkovaných dát niekoľkými algoritmami. Zároveň je požadované umiestnenie magnetometra v „magneticky čistom“ prostriedku. Tento prostriedok by mal tiež zabezpečiť dáta času a polohy v telemetrii, ktorá podporí vysoké rozlíšenie meraných dát v čase a zároveň bude efektívna. Od najskorších vesmírnych sond až po tie dnešné sa kvalita magnetických meraní vo vesmíre konštantne zvyšovala, najmä vďaka pokroku v konštrukcii vesmírnych sond, ktoré potom poskytovali viac priestoru a energie pre užitočné palubné zariadenia. Nemenej dôležitým míľnikom bolo zodolnenie súčiastok proti žiareniu vo vesmíre.
Vektorové senzory
Väčšina vektorových meraní vo vesmíre je uskutočňovaná pomocou fluxgate senzorov. Prvé fluxgate senzory boli vyvinuté H. Aschenbrennerom a G. Goubauom v roku 1936. V nasledovných 40-tych a 50-tych rokoch nastal rapídny pokrok v oblasti fluxgate magnetometrov, ktoré boli inštalované na lietadlá za účelom vyhľadávania ponoriek, z dôvodu pomoci pri zostavovaní navigačných tabuliek a pre pomoc pri geofyzikálneho prieskumu. Striedavý elektrický prúd v budiacom vinutí senzoru fluxgate magnetometra striedavo vybudzuje materiál jadra s vysokou permeabilitou hlboko do saturácie (viď Obrázok 1). Z dôvodu nelineárnej väzby kvôli saturácii jadra, indukované napätie v snímacom vinutí je bohaté na harmonické zložky. Amplitúda párnych harmonických je úmerná tej zložke okolitého magnetického poľa, ktorá je v rovine snímacieho vinutia. Obyčajne je druhá harmonická filtrovaná a synchrónne detegovaná a tak vytvára napätie proporcionálne poľu. Výstupné napätie je cez mierkový odpor spätnoväzobne zavedené na spätnoväzobné vinutie senzoru. S pomocou dobrého návrhu je možné dosiahnuť veľmi lineárny, stabilný vektorový merací prístroj.
Obr. 1 Bloková schéma fluxgate magnetometra [Snare and Benjamin, 1966].
Existuje niekoľko konfigurácií magnetického jadra, ktoré môžu byť použité s fluxgate magnetometrom. Fluxgate senzor použitý v prvých rokoch prieskumu vesmíru mal paralelný dizajn jadra, a to ako vo Vacquierovej, tak aj Försterovej konfigurácii [Primdahl 1979]. Tieto konfigurácie sú zobrazené na obrázku 2. Paralelný dizajn jadra vyžaduje veľa energie na napájanie. Zároveň môže mať pomerne veľké offsety, ktoré majú tendenciu variovať s časom.
Obr. 2 Paralelné usporiadanie jadier magnetometra môže mať dve konfigurácie vinutí, naľavo Vacquierova, napravo Fösterova konfigurácia [Dolingov et al., 1960].
Magnetometre s cylindrickými jadrami boli skonštruované Schonstedtom [1959] a Primdahlom [1970]. Schonstedtov senzor pozostával z keramického valca s permalloyovou páskou hélicky vinutou okolo valca, preto dostal pomenovanie HELIFLUX. Budiace vinutie je aplikované toroidálne cez tubus so spätnoväzobnou cievkou okolo tejto tuby. HELIFLUX senzor mal nízky šum a stabilné offsety. Schonstedtov HELIFLUX bol použitý počas niekoľkých letov do vesmíru. V cylindrickom Primdahlovom senzore bola použitá tuba z feritového materiálu pre jadro s toroidálnymi a solenoidnými vinutiami pre napájanie a spätnú väzbu, ako je to na obrázku 3. Tieto senzory boli použité v snímacom vybavení rakiet a pozemných observatóriách.
Obr. 3 Fluxgate senzor s tabelárnym feritovým jadrom z [Primdahl 1970].
Aschenbrenner a Goubau skonštruovali v roku 1928 jadro magnetometra s cirkulárnym zväzkom drôtu z mäkkého železa. Táto konfigurácia bola použitá aj pri prvom toroidálnom senzore [Primdahl, 1979]. Tento dizajn bol oživený Geygerom v roku 1962 so zdokonalením v laboratóriách Naval Ordnance Laboratory vo White Oak, USA. Moderné toroidálne senzory používajú niekoľko vrstiev tenkého (0.0254 mm) permalloyu vinutého okolo okraju nemagnetického prstenca z ušľachtilej ocele. Budiace vinutie je toroidálne vinuté na prstenci. Snímacie a spätnoväzobné vinutie sú navinuté na vretene/kotúčiku na vonkajšku prstenca a definujú os citlivosti ako je zobrazené na obrázku 4. Oba parametre, šum aj offset, boli vylepšené použitím materiálu Mo-Permalloy (6% Mo, 81.3 Ni, 12.7% Fe), magnetostrikčného materiálu Gordonom a spol. [1968].
Obr. 4 Zjednodušený pohľad na senzor s toroidálnym jadrom vyvinutým v Naval Ordnance Laboratory a NASA Ames Research Center [Dyal and Gordon, 1973].
Prvé fluxgate magnetometre použité vo vesmíre boli v prieskumnom zariadení zanechanom na povrchu Mesiaca výpravou Apollo 16 v apríli 1972 [Dyal a Gordon 1973]. Počas 70-tych rokov sa objavil rapídny posun v použití prstencového jadra. V dnešných časoch sú skoro všetky vedecké vektorové merania vo vesmíre založené na použití magnetometrov s prstencovým jadrom, najmä z dôvodu nízkej hmotnosti a jednoduchosti elektroniky senzora. Acuna [1981] zaznamenala nelineárnu odozvu fluxgate senzoru, keď senzory MAGSATu boli vystavené hodnote viac ako 5000 nT nekompenzovaného transverzálneho poľa. Primdahl a kolektív [1992] ďalším štúdiom tohto fenoménu objavili, že takýto fluxgate senzor na otáčajúcom sa prostriedku produkuje signály s amplitúdou približne 10-4 hodnoty aplikovaného poľa na tretej harmonickej frekvencie otáčania ako výsledku tejto nelinearity. Toto veľké transverzálne pole musí byť v rovine prstencového jadra, aby sme mohli pozorovať túto nelinearitu. Dizajny s paralelnými jadrami ako tie použité Vacquierom a Fosterom tento problém nemajú. Pre vykompenzovanie tohto problému Primdahl a Jensen [1982] skonštruovali trojosí fluxgate senzor s troma spätnoväzobnými vinutiami na povrchu gule. Takto neboli prstencové jadrá vystavené nekompenzovaným transverzálnym poliam. Iní výskumníci použili kubické usporiadanie, aby dosiahli podobné výsledky. Na merania vo vesmíre bolo použitých tiež niekoľko opticky pumpovaných skalárnych magnetometrov s alkalickými parami. V senzoroch boli použité prvky Casium 133, Rubidium 85 a Rubidium 87 [Ness, 1970]. Magnetometre s alkalickými parami využívajú prechody medzi Zeemanovými subhladinami v základnom stave atómu. Energetická separácia v Zeemanovom delení je úmerná magnetickému poľu. V Rubídiovom autooscilačnom magnetometri, svetlo z Rubídiovej lampy prechádza cez filter, ktorý prepúšťa iba 7948 Angstrom Rubidium svetlo. Svetlo prechádza cez cirkulárny polarizátor a potom bunkou s rubídiovými parami. Svetlo je zhromaždené fotoelektrickým snímačom, následne je signál zosilnený, fázovo posunutý a následne zavedený do spätnoväzobnej cievky okolo bunky s rubídiovými parami (viď obrázok 5). Obvod takto bude oscilovať na Larmorovej frekvencii, ktorá je pre Rb 87 približne 6,99 Hz/nT, čo pre pole 50000 nT predstavuje asi 350 kHz. Oscilácia závisí na prítomnosti magnetického poľa a prestáva ak je vektor poľa 12° paralelne alebo 7° normálovo ku optickej osi senzoru. Ak sa vektor poľa reverzuje, vznikajú offsety. Toto sa deje z dôvodu oscilácie obvodu v širokej nesymetrickej rezonancii, ktorá sa posúva so smerom poľa [Ruddock, 1961]. Dizajn, ktorý tento problém minimalizuje, využíva jednu Rubídiovú lampu osvetľujúcu dve absorpčné bunky ako je zobrazené na obrázku 6. Rubídiový magnetometer však nie je možné charakterizovať ako absolútny prístroj s citlivosťami priamo odvodenými od atómových konštánt. Majú variabilné offsety, ktoré potrebujú presnú kalibráciu [Allen, 1968].
Obr. 5 Bloková schéma autooscilačného jednobunkového magnetometra s Rubídiovými parami [Ruddock 1961].
Ak umiestnime skalárny magnetometer do Helmholtzovej cievky a najprv zozbierame dáta bez prechodu prúdom a následne počas prechodu prúdom a potom znova s prúdom v opačnej orientácii, je možné vypočítať uhol okolitého magnetického poľa vzhľadom ku osi cievok – viď Shapiro et al. [1960]. S použitím dvoch zostáv vychyľovacích cievok je možné merať total poľa a dva uhly, a teda definovať vektor poľa. Na rotujúcej vesmírnej sonde je potrebná len jedna zostava vychyľovacích cievok pokiaľ je pole stabilné [Heppner, et al., 1963].
Obr. 6 Bloková schéma dvojbunkového magnetometra s Rubídiovými parami [Ruddock 1961].
Ako bolo zmienené aj jednobunkový aj dvojbunkový Rubídiový magnetometer majú tzv. nulové zóny. Sonda Explorer 10 používala dva dvojbunkoví magnetometre s optickými osami s vzájomným uhlom usporiadania 55° ako je na obrázku 7. Toto usporiadanie redukovalo nulovú zónu na 500° priestorového uhla.
Obr. 7 Prototyp EGO magnetometra s Rubídiovými parami, zobrazuje prekrížené dvojité bunky s odstráneným sférickým tepelným krytom. Pre účely vektorových meraní boli namontované na vnútorný povrch tohto krytu biasové cievky [Heppner 1963].
Rubídiový vektorový magnetometer však nezabezpečuje kontinuálne údaje vektora, pretože na aplikáciu vychyľovacích polí je potrebný určitý konečný čas. Preto, dáta sú časove aliasované ak je prítomná dočasná variácia. Ďalším problémom v praxi je, že Rubídiová lampa pracuje len v rozsahu teplôt 30°C až 50°C, optimálny výkon dosahuje v rozmedzí niekoľko stupňov nad 40°C. Vektorové magnetometre s alkalickými parami boli použité na niekoľkých vesmírnych sondách v 60-tych a skorých 70-tych rokoch minulého storočia. Elektronika magnetometra s alkalickými parami je značne komplikovanejšia ako fluxgate magnetometra. Po tom, ako boli v 70-tych rokoch vylepšené parametre fluxgate magnetometra, s uvedením senzoru s toroidálnym jadrom, vektorový magnetometer s alkalickými parami na vesmírnych sondách už nebol používaný. Ďalším typom opticky pumpovaného senzoru je Héliový magnetometer. Héliová bunka môže byť vyrobená tak, že rezonuje na Larmorovej frekvencii podobným spôsobom ako magnetometer s alkalickými parami. Avšak detaily princípu Zeemanovho delenia sú trochu odlišné v porovnaní s rubídiom. Detaily – viď Keyser et al. [1961]. Héliový vektorový magnetometer pre malé polia nerezonuje Héliovú bunku na Larmorovej frekvencii, ale používa túto bunku ako nulový detektor. Ako je zobrazené na obrázku 8, kruhovo polarizované svetlo s vlnovou dĺžkou 1,08 mm prechádza héliovou bunkou. Okolité magnetické pole vplýva na efektivitu pumpovania populácie metastabilného Hélia. Helmholtzove cievky okolo bunky sú napájané tak, aby vytvorili rotujúce magnetické pole alternatívne v dvoch rovinách. Svetlo dopadnuté na detektor je súčtom rotačného poľa a okolitého poľa. Signál z detektoru je následne zosilnený a fázovo detegovaný, pričom rotačné pole slúži ako referencia. Tento signál je následne zavedený do spätnoväzobných cievok v každej osi. Spätná väzba udržiava Héliovú bunku v nulovom poli. Prúd potrebný na vynulovanie systému je teda úmerný okolitému poľu v každej osi. Maximálny dynamický rozsah héliového vektorového magnetometra je limitovaný na niekoľko stoviek nT. Citlivosť, stabilita a offsety sú výsledkom starostlivého návrhu a musia byť presne nakalibrované pre overenie výkonu meracieho prístroja [Slocum a Reilly, 1963 a Smith et al., 1975]. Vektorový héliový magnetometer bol neskôr modifikovaný na kombináciu vektorovo-skalárny magnetometer. Tento bol po prvý krát na palube vesmírnej sondy Cassini, kedy bol skalárny mód použitý pri priblížení ku Saturnu, kedy skalárny héliový magnetometer zbieral údaje s presnosťou 1 nT [Kellock et al., 1996]. Vyhľadávacie cievky boli príležitostne použité na sondách ako primárne magnetometre. Na rotujúcich vesmírnych sondách, cievka umiestnená transverzálne ku osi rotácie môže merať dve zložky statického poľa v rovine rotácie. Magnetometer s vyhľadávacími cievkami používa dlhé tenké jadrá s vysokou permeabilitou, ktoré obsahujú nikel a železo. Použité sú oba druhy materiálov, kryštalické aj amorfné. Vinutie s veľkým množstvom závitov presného drôtu je pridané do centra magnetického jadra. Citlivosť vyhľadávacej cievky je priamou funkciou počtu závitov. Nízkofrekvenčný šum cievky je vlastne tepelným šumom odporu drôtu. Preto sú nutné kompromisy medzi počtom závitov, rozmermi drôtu, požadovanou rezonanciou a hmotnosťou cievky. Zosilňovač pripojený na cievku musí mať nízky šum vo vzťahu ku vstupu. Štandardným postupom pri návrhu je rovnosť tepelného šumu cievky so šumom vstupu zosilňovača.
Obr. 8 Funkčný nákres senzoru vektorového Héliového magnetometra. Absorpcia kruhovo polarizovaného svetla z héliovej lampy je modulovaná súčtom vektorov okolitého poľa H a rotačného poľa generovaného cievkami, výsledné variácie sú monitorované infra detektorom. Na obrázku sú znázornené pre prehľadnosť dve z troch cievok [Smith et al., 1975].
Konštrukcie magnetometrov
V období neskorých 40-tych a 50-tych rokov niekoľko skalárnych magnetometrov bolo umiestnených na palubu rakiet V-2 a Aerobee vo White Sands Proving Ground, Nové Mexiko, [Maple et al., 1950, Heppner et al., 1958]. Tieto lety dosiahli maximálnu výšku viac ako 150 km. Prvý magnetometer, ktorý bol vynesený na obežnú dráhu okolo Zeme bol v máji 1958 na palube sovietskej družice Sputnik 3. Trojosí fluxgate senzor bol namontovaný na zariadení, ktoré mohlo rotovať pomocou servomotorov v dvoch osiach, viď obrázok 9. Cieľom bolo zarovnanie osi primárneho senzoru s okolitým magnetickým poľom. Toto bolo dosiahnuté riadiacim mechanizmom, kedy sa zarovnávanie uskutočňovalo až kým na výstupoch transverzálnych senzorov nebola nula. Amplitúda poľa zmeraného primárnym senzorom a uhly natočenia boli telemetricky odoslané na Zem. Samotná družica nebola stabilizovaná a nemala žiadnu polohovú referenciu, mala periódu rotácie približne 136 sekúnd. Preto uhly natočenia definovali polohové natočenie družice a nie uhly magnetického poľa, [Dolginov et al. 1960]. Napriek tomu zariadenie, tak ako bolo na palube, fungovalo ako skalárny magnetometer. Magnetometer s elektromechanickou orientačnou jednotkou je podobný tým, ktoré boli použité na lietadlách Rumbaughom a Alldredgeom [1949]. Zariadenie bolo pomerne ťažké, ale sovietske nosné rakety nemali také hmotnostné obmedzenia vynášaného nákladu ako ostatné krajiny.
Obr. 9 Schéma orientačnej jednotky magnetometra z družice Sputnik 3. Motory a prevody orientovali hlavný senzor 8 paralelne ku magnetickému poľu Zeme [Dolginov, 1960].
Sondy Pioneer 1, Pioneer 5 a Explorer 6 každá niesli na palube magnetometer s jednou vyhľadávacou cievkou [Judge et al., 1960]. Tento typ magnetometra bol vybraný z dôvodu jeho nízkej hmotnosti a jednoduchosti. Magnetometer bol namontovaný normálovo na os rotácie vesmírnej sondy a teda meral statické magnetické pole kolmé na os otáčania. Sondy Pioneer 5 a Explorer 6 mali navyše na palube detektor polohy slnka, ktorý zabezpečoval rotačnú referenciu pre vesmírnu sondu, preto mohol byť určený aj smer vektoru magnetického poľa v rovine rotácie. Pioneer 5 obsahoval aj fluxgate senzor umiestnený paralelne ku osi rotácie sondy, ale tento nezabezpečoval žiadne dáta počas letu. Prvé plne vektorové magnetické merania vo vesmíre boli uskutočnené pomocou kombinácie 3 separovaných jednoosích fluxgate magnetometrov na palubách sond Lunar 1 a Lunar 2. Senzory boli umiestnené ortogonálne (navzájom kolmo). Každý senzor mal svoju oddelenú elektroniku, každú s unikátnou napájacou a druhou harmonickou frekvenciou [Dolginov et al., 1961]. Sondy Pioneer 6, 7 a 8 boli malé vesmírne prostriedky, ich hmotnosť neprekračovala 66 kg. Bol pri nich použitý netradičný spôsob pre dosiahnutie vektorových meraní [Ness et al., 1966]. Z dôvodu redukcie hmotnosti prístroja bol namontovaný jediný fluxgate senzor vo vzdialenosti 2 m od rotačnej osi sondy. Os citlivosti magnetometra bola naklonená od osi rotácie o 54°45’ ako je zobrazené na obrázku 10. Magnetometer bol digitálne vzorkovaný každých 120° rotácie sondy, preto akékoľvek tri vzorky znamenajú ortogonálne meranie poľa. Perióda rotácie sondy bola 1 sekunda s frekvenčným pásmom magnetometra 5 Hz, čo je trojnásobok Nyquistovej vzorkovacej frekvencie 1,5 Hz. Táto technika meraní je výhodná pri meraní tzv. „kľudných“ magnetických polí, ale nie pre tzv. „aktívne“ polia [Fredericks et al., 1962], avšak vedecky najzaujímavejšie magnetické polia sú práve tie najaktívnejšie.
Obr. 10 Schéma nakloneného senzoru na rotujúcej sonde ako bol použitý na Pioneer 6, 7 a 8.
Prvý Satelit aplikačných technológií (Applications Technology Satellite) ATS-1 mal na palube dvojosí magnetometer. Každý senzor bol umiestnený so sklonom 45° voči osi rotácie (viď obrázok 11). Výstupy týchto senzorov prechádzali súčtovými a diferenciálnymi zosilňovačmi pre získanie zložiek poľa paralelných a normálových ku rotačnej osi vesmírnej sondy [Barry and Snare, 1966]. Takéto usporiadanie vykazuje redundanciu, avšak dáta mohli byť stále získavané aj pri výpadku jedného z magnetometrov.
Obr. 11 Dva senzory z ATS-1, každý bol umiestnený pod uhlom 45° vzhľadom na os rotácie [Barry and Snare, 1966].
Astronauti misií Apollo 12, 15 a 16 tiež umiestnili na povrchu Mesiaca magnetometre. Konfigurácia senzorov bola unikátna. Jednoosé senzory boli namontované na konci ortogonálneho usporiadania ramien dlhých 1m, ako je zobrazené na obrázku 12. Tieto tri senzory merali vektorové magnetické pole na povrchu Mesiaca. Presný kĺbový mechanizmus vedel reverzovať pozíciu sond o 180°. Táto funkcia dovoľovala presne určiť nulové hodnoty senzorov a teda ich offsety. Mechanizmus mohol tiež umiestniť každý senzor paralelne ku každej X, Y, Z súradnici. Táto funkcia zase dovoľovala výpočet gradientov medzi týmito troma senzormi vo všetkých troch smeroch [Dyal et al., 1970]. Lunar Surface Magnetometer pre Apollo 16 používal už v tej dobe nový senzor s toroidálnym jadrom vyvinutým laboratóriami Naval Ordnance Laboratory vo White Oak [Dyal a Gordon, 1973].
Obr. 12 Lunar surface magnetometer s jedným jednoosím fluxgate senzorom na konci každého 1 m ramena [Dyal and Parkin, 1971].
Sonda Pioneer Venus mala na palube tri senzory. Jeden senzor bol paralelný ku osi rotácie sondy, jeden bol umiestnený kolmo na os rotácie a tretí bol v 2/3 nosníka s dĺžkou 5 m a sklonený o 45° v radiálnom smere. Na nízkych frekvenciách, v pokojných poliach, výpočet vektorov poľa mohol byť uskutočnený pomocou amplitúdy sínusového signálu a fázy a jednosmernej zložky paralelnej ku osi rotácie a to ako pomocou skloneného senzoru vo vnútri sondy, tak aj pomocou dvoch vonkajších senzorov. Rozdielom medzi týmito dvoma sa dalo získať meranie poľa samotnej vesmírnej sondy. Na nízkych telemetrických rýchlostiach boli vzorkované len dva vonkajšie senzory a pri najnižších dátových rýchlostiach, kedy bola vzorkovacia frekvencia blízko periódy rotácie sondy, dáta boli komprimované pomocou Walshovej transformácie. Pri vysokých prenosových rýchlostiach boli kombinované merania zo všetkých senzorov a tak zabezpečovali okamžité vektorové merania poľa. Ako je možné si všimnúť, aj táto koncepcia vykazovala mieru redundancie z dôvodu zabezpečenia dát aj v prípade menšej poruchy [Russell et al., 1980]. Veľmi presné vektorové merania uskutočnené vo vesmíre boli vykonané satelitom MAGSAT [Acuna et al., 1978]. Projekt zabezpečoval dáta pre zdokonalené modelovanie časovo premenného magnetického poľa generovaného jadrom Zeme a pre mapovanie variácií vo veľkosti a smere magnetizácie zemskej kôry [Langel et al., 1982]. Použitý fluxgate senzor bol navrhnutý a kalibrovaný s veľmi veľkou starostlivosťou, aby zabezpečil presné vektorové dáta. Skalárny magnetometer s parami Cézia zabezpečoval absolútne hodnoty poľa pre kalibráciu fluxgate magnetometra vo vesmíre. Komplikovaný systém merania polohových uhlov zabezpečoval dáta polôh samotného satelitu a tiež senzorov. Ďalším projektom s podobnými cieľmi je dánska družica OERSTED. Primárnym vedeckým prístrojom na jeho palube je Overhauserov magnetometer, ktorý uskutočňuje extrémne presné merania sily magnetického poľa. Tento magnetometer je situovaný na konci 8 m dlhého nosníka z dôvodu minimalizácie rušenia elektronickými systémami satelitu a ide vlastne o protónový magnetometer [Duret et al., 1995 a Primdahl, 1997]. Ďalší dôležitý prístroj je sférický fluxgate magnetometer, ktorý meria smer a veľkosť poľa a bol už popísaný [Primdahl and Jensen, 1982]. Tretím dôležitým zariadením je Star Imager, nemagnetická kamera, ktorá zabezpečuje údaje o polohe magnetometrov a satelitu pomocou polohy hviezd.
Určenie offsetov
Presné merania nulových hodnôt alebo tiež offsetov, ktoré sa často vyskytujú pri fluxgate magnetometroch, sú pretrvávajúci problém. Senzory a ich elektronika môžu mať konečný počet offsetov a ich variácií vzhľadom na čas a teplotu. Samotný vesmírny prostriedok môže mať svoje polia, ktoré sú merané magnetometrom. V závislosti na ich zdroji sú tieto polia statické alebo časovo premenlivé. Na rotujúcich vesmírnych sondách, keď sú senzory umiestnené normálovo ku osi rotácie, je možné jednoducho analyzovať namerané hodnoty pomocou priemerovania cez niekoľko periód rotácií. Takto namerané pole je súčtom offsetu senzoru a poľa prostriedku. Táto technika môže byť rozšírená na tretiu os mechanizmami, ktoré rotujú senzormi tak, že senzor, ktorý nerotuje je umiestnený v rovine rotácie pre kalibráciu offsetu. Táto technika však nepomáha pri určení polí, ktoré nerotujú so senzorom. Mechanizmy, ktoré otáčajú polaritu, boli najskôr ovládané tepelnými zariadeniami ako aktuátory s voskovými kapsulami a neskôr bimetalickými pružinami. Ďalšou používanou technikou je elektronické prepólovanie. Prepínače reverzujú polaritu senzoru a tak môžu byť merané offsety [Behannon et al., 1977]. Ness et al. [1971] navrhol použitie dvoch trojosích magnetometrov na nosníku pre zmeranie poľa vesmírneho prostriedku pomocou merania jeho gradientu. Tento návrh bol nasledovaný Neubauerom [1975], ktorý študoval umiestnenie štyroch magnetometrov na jednom nosníku a možnosti určenia chýb takéhoto systému. Magnetické pole vesmírneho prostriedku je komplexné, iba zriedka modelovateľné pomocou jednoduchého magnetického dipólu, modelu o ktorý sa opiera mnoho výpočtov. Navyše offsety jednotlivých senzorov sú dôležité príspevky ku rozdielom medzi senzormi. Preto definovanie statického poľa samotného vesmírneho prostriedku pomocou dvoch alebo viac magnetometrov je priam nutnosť. Avšak, druhý magnetometer, umiestnený bližšie ku sonde je užitočný v identifikácii a kalibrácii dynamického magnetického poľa sondy a zabezpečuje redundanciu. V súčasnosti skoro všetky vesmírne prostriedky akejkoľvek veľkosti nesú na palube dva magnetometre. Často sú umiestnené tak, že jeden je na nosníku mimo vesmírneho prostriedku a jeden je priamo v prostriedku. Vonkajší je určený na meranie malých polí a vnútorný pre meranie väčších polí. Na niektorých misiách na prieskum hlbokého vesmíru boli na palube dva rôzne typy magnetometrov ako fluxgate a Héliové magnetometre, napríklad sondy Ulysses a Cassini [Balogh et al., 1992; Southwood et al., 1992].
Mierky a rozsahy
Problém určenia malých zmien za prítomnosti veľkých polí je bežným problémom magnetometrov. Napriek tomu, dynamický rozsah telemetrického systému často obmedzoval skoré merania. Prvé vesmírne sondy používali telemetriu s frekvenčnou moduláciou (FM). Merané napätie bolo privedené na napätím riadený oscilátor (VCO z angl. voltage controlled oscillator). Tento obvod transformoval napätie priamo na frekvenciu. Niekoľko VCO, každý s jeho jedinečným frekvenčným pásmom boli skombinované dokopy. Takéto kompozitné spektrum bolo potom odoslané na Zem na vysokofrekvenčnej nosnej. Na Zemi boli tieto frekvencie následne separované pásmovými filtrami a z nich sa rekonštruovali originálne signály. Presnosť a rozlíšenie takýchto systémov sa blížili 1% ak všetky elementy systému boli kalibrované a správne fungovali. V praxi však FM telemetrické systémy často degradovali merania na 3%.
Príchod analog/digital prevodníkov, ADC a PCM, pulzne kódovej modulácie zdokonalilo rozlíšenie telemetrie. Prvé ADC prevodníky mali iba 6 až 8 bitov s rozlíšením nie lepším než FM telemetria. V súčasnosti sú úplne bežné 16, 20 až 24 bitové prevodníky. Pred príchodom moderných vysoko presných ADC boli vyvinuté systémy pre offset poľa pre rozšírenie dynamického rozsahu magnetometrov a zachovanie ich rozlíšenia. Takéto systémy sú nutné pri preletoch okolo magnetizovaných planét, kedy závislosť poľa na radiálnej vzdialenosti spôsobuje zmenu nameraného poľa v rozsahu niekoľkých rádov. Jeden problém s touto technikou je ten, že offsetové polia pridávajú do merania šum a musia byť veľmi precízne skalibrované, pretože pridávajú šum skokovej funkcie pri prepínaní. Systém, ktorý bol použitý na družici Sputnik 3 je zobrazený na obrázku 13. Magnetometer mal dynamický rozsah 2400 nT. Toto bolo telemetricky vysielané na Zem dvoma oddelenými VCO, jedným pre kladné napätie a jedným pre záporné napätie [Dolginov et al., 1960]. Systém offsetu dodával elektrický prúd z relé ovládanou odporovou sieťou cez vinutie na senzore. Offset sa zväčšoval po krokoch s hodnotou 3000 nT a mal najväčšiu hodnotu 64000 nT.
Príchod analog/digital prevodníkov, ADC a PCM, pulzne kódovej modulácie zdokonalilo rozlíšenie telemetrie. Prvé ADC prevodníky mali iba 6 až 8 bitov s rozlíšením nie lepším než FM telemetria. V súčasnosti sú úplne bežné 16, 20 až 24 bitové prevodníky. Pred príchodom moderných vysoko presných ADC boli vyvinuté systémy pre offset poľa pre rozšírenie dynamického rozsahu magnetometrov a zachovanie ich rozlíšenia. Takéto systémy sú nutné pri preletoch okolo magnetizovaných planét, kedy závislosť poľa na radiálnej vzdialenosti spôsobuje zmenu nameraného poľa v rozsahu niekoľkých rádov. Jeden problém s touto technikou je ten, že offsetové polia pridávajú do merania šum a musia byť veľmi precízne skalibrované, pretože pridávajú šum skokovej funkcie pri prepínaní. Systém, ktorý bol použitý na družici Sputnik 3 je zobrazený na obrázku 13. Magnetometer mal dynamický rozsah 2400 nT. Toto bolo telemetricky vysielané na Zem dvoma oddelenými VCO, jedným pre kladné napätie a jedným pre záporné napätie [Dolginov et al., 1960]. Systém offsetu dodával elektrický prúd z relé ovládanou odporovou sieťou cez vinutie na senzore. Offset sa zväčšoval po krokoch s hodnotou 3000 nT a mal najväčšiu hodnotu 64000 nT.
Obr. 13 Diagram ofsetovania poľa magnetometra z družice Sputnik 3 [Dolginov, 1959].
Podobný systém používajúci plne polovodičové súčiastky bol použitý na niekoľkých vesmírnych sondách vrátane ATS-1, ATS-6 a OGO-5. Systém je zobrazený na obrázku 14. Keď napätie zo základného magnetometra presiahne dynamický rozsah 10 V, úrovňový detektor spôsobí zvýšenie alebo zníženie hodnoty čítača o jeden a tak aplikuje zvýšenie alebo zníženie offsetu prúdom z vinutia na senzore. Tento systém je vlastne digitálne-analógový obvod postavený z diskrétnych súčiastok.
Obr. 14 Polovodičové systémy offsetovania poľa z prostriedkov ATS-1, OGO-5 a ATS-6 [McPherron et al., 1975].
Inou používanou technikou bolo automatické prepínanie dynamického rozsahu magnetometra, keď merané pole už presahuje práve nastavený rozsah. Táto technika mení absolútne rozlíšenie magnetometra, ale udržiava relatívne (percentuálne) rozlíšenie. Táto technika bola použitá na veľkom počte vesmírnych prostriedkov, bola použitá aj na magnetometri sondy Cassini. Prepínacie rozsahy sond Voyager 1 a Voyager 2 sú zobrazené na obrázku 15. Magnetometer automaticky vyberá správny rozsah tak, aby sa meraný signál nachádzal v strede dynamického rozsahu magnetometra. Pokiaľ toto priemerné pole zostane v strážených oblastiach po dobu niekoľkých sekúnd, magnetometer si prepne rozsah smerom nahor alebo nadol podľa potreby. Prepínanie rozsahu však môže byť vyradené pomocou príkazu zo Zeme [Behannon et al., 1977].
Obr. 15. Ilustrácia časti stratégie prepínania rozsahov použitých na magnetometroch z Voyager 1 a 2 [Behannon et al., 1977].
Obrázok 16 opisuje dynamický rozsah a rozlíšenie, čo je najnižší významný bit, LSB (z angl. least significant bit) z telemetrických dát. Voyager 1 a Voyager 2 mali magnetometre s 12 bitovými ADC. Hlavné rozsahy magnetometra malých polí a rozlíšenie sú popísané v obrázku pre každý z 8 zosilnení dostupných pre magnetometer.
Obr. 16 Dynamický rozsah a rozlíšenie niektorých vesmírnych sond.
Magnetometre sond ISEE 1, ISEE 2 a Galileo používali magnetometre s 12 bitovými ADC, ktoré boli špeciálne vyrobené, s každým krokom doladeným na presnosť lepšiu ako 3 z hodnoty LSB. Dáta boli vzorkované pri vysokej rýchlosti a priemerované z dôvodu dosiahnutia presnosti 15 bitov. Magnetometer sondy GGS-Polar používal ADC s rozlíšením plných 16 bitov. S jeho využitím a spolu s modernými technikami je redukovaná potreba prepínania rozsahov. Je možné vidieť, že 15 a 16 bitové ADC majú pozitívny efekt na rozšírenie dynamického rozsahu magnetometrov bez toho, aby bola obetované ich vysoké rozlíšenie.
Spracovanie dát
Šírka pásma telemetrie z vesmírnej sondy je zvyčajne determinovaná energiou, ktorá je k dispozícii na palube sondy, pretože vedci vedia dobre využiť každý dostupný bit a zvyčajne požadujú najširšie možné pásmo. Dostupná telemetria je rozdelená medzi niekoľko vedeckých prístrojov a inžinierskych systémov vesmírnej sondy. Telemetria alokovaná pre magnetometre je zvyčajne nepostačujúca na prenos všetkých požadovaných informácií. Toto malo za následok niekoľko spôsobov spracovania dát, pričom dáta sú čiastočne analyzované na palube vesmírnej sondy a následne odoslané na Zem. Táto skutočnosť je obzvlášť dôležitá na rotujúcich vesmírnych sondách vždy keď je rýchlosť telemetrie nedostatočná pre rozpoznanie tzv. „tónu otáčania“, i.e. frekvencie rotácie, v rovine rotácie v okolitom magnetickom poli. Vieme, že Nyquistovo kritérium hovorí, že musia byť odmerané najmenej dva body akéhokoľvek sínusového priebehu počas jeho periódy, aby sme boli schopní určiť jeho amplitúdu a fázu. Pokiaľ to nesplníme, tón otáčania sa objaví na nesprávnej frekvencii. Tento efekt je nazývaný aliasing, pretože signál sa objavuje na inej frekvencii ako je jeho skutočná frekvencia, i.e. dáva skutočnej frekvencii alias. Samozrejme sú tým postihnuté všetky frekvencie vrátane jednosmernej zložky poľa. Prvé takéto systémy pozostávali z analógových obvodov a boli to vlastne jednoduché súčtové a diferenciálne zosilňovače ako už bolo zmienené pri ATS-1. Subsatelitný magnetometer Apollo 15 mal jeden fluxgate senzor paralelný ku rotačnej osi a jeden transverzálny ku tejto osi. Paralelný magnetometer bol vzorkovaný priamo. Transverzálny signál bol usmernený a filtrovaný pred vzorkovaním a výsledok teda reprezentoval amplitúdu transverzálneho magnetického poľa. Čas medzi prechodom nulou transverálneho signálu a pulzom od Slnka zabezpečoval informáciu o fáze, relatívne ku slnečnej čiare vesmírnej sondy [Coleman et al., 1972]. Explorer 33 bol prvým vesmírnym prostriedkom, ktorý niesol na palube tzv. „spin demodulátor“. Výstupy dvoch transverzálnych senzorov boli vynásobené sínusovým a kosínusovým signálom odvodeným od slnečného pulzu [Sonett 1966; Sonett et al. 1968]. Tieto funkcie boli implementované pomocou analógových obvodov. Sonda Pioneer Venus Orbiter mala 12 sekundovú periódu rotácie a z dôvodu meniacej sa vzdialenosti od Zeme telemetria variovala od 4096 do 8 bitov za sekundu. Pri najnižšej prenosovej rýchlosti magnetometer mohol poslať jeden vektor každých 21 až 64 otáčok, v závislosti na formáte telemetrie. Potrebná energia a hmotnosť magnetometra nedovoľovali plnú implementáciu sínus-kosínusového demodulátora. Použitá bola Walshova transformácia, čo je vlastne násobenie rotujúcich dát dvoma pravouhlými priebehmi, jedným vo fáze a jedným v kvadratúre ku perióde rotácie vesmírnej sondy. Tieto dáta boli digitálne vzorkované a odoslané do priemerovacích registrov. Dáta boli odoberané počas prvej polovice rotácie. Počas druhej polovice rotácie boli dáta invertované. Tento proces bol opakovaný paralelne, ale s invertovanými signálmi z jednej a troch štvrtín rotácie. Toto funguje ako celovlnný slnečne synchrónny demodulátor a dolnopriepustný filter. Všetky funkcie spin demodulátoru boli skonštruované pomocou CMOS digitálnych obvodov [Russell et al., 1980]. Magnetometer sondy Pioneer Venus vytváral vlastne digitálne slová v podobe čísel s plávajúcou desatinnou čiarkou a len málo s fixnou desatinnou čiarkou z dôvodu maximálneho využitia telemetrického systému. ADC a digitálne spracovanie neskôr dovoľovalo získať vyššiu presnosť než bolo možné pri analógových obvodoch. Príchod mikroprocesorov priniesol inžinierom ponuku výpočtových funkcií. Často sú dáta vzorkované pri vysokých rýchlostiach a následne priemerované, čím sa vytvorí dolnopriepustný filter. Digitálne priemerovanie produkuje precízny filtračný algoritmus. Rekurzívne filtre sú používané ak je výpočtový výkon neadekvátny na to, aby spracoval rozsiahly počet dát. Avšak, rekurzívne filtre sú asymetrické v čase a preto zavádzajú fázové posuny. Ďalšou technikou je monitoring dát na rapídne zmeny. Keď je detegovaný určitý šok alebo podobný úkaz, vysokorýchlostné dáta môžu byť uložené vo veľkej polovodičovej pamäti. Tieto dáta sú potom posielané na Zem nižšími rýchlosťami. Viac sofistikované funkcie ako rýchla Fourierova transformácia (FFT) umožnili štúdium fyzikálnych zákonitostí jemnej štruktúry šokových vĺn, smerových diskontinuít a hraničných štruktúr [Lepping et al., 1995; Reidler et al., 1986]. Príklad spracovania toku dát pomocou dvoch 80C86 procesorov z GGS-POLAR magnetometra je na obrázku 17. Primárne dáta sú vzorkované frekvenciou 500 Hz, filtrované rekurzívnym filtrom a decimalizované na 100 vzoriek za sekundu. Potom sú dáta opäť filtrované a decimalizované na 10 vektorov za sekundu, čo je výstupná rýchlosť dát do telemetrie vesmírnej sondy. Pri rýchlosti 10 vektorov za sekundu a periódou rotácie 6 sekúnd, transverzálne dáta nepotrebovali odstránenie spinu, tzv. „despinning“ [Russell et al., 1995].
Obr. 17 Diagram spracovania dát z magnetometra na sonde GGS-Polar magnetometer [Russell et al., 1995].
Zhrnutie
Pokračujúci vývoj pomocných nosných rakiet a tiež pohonné stupne použiteľné na orbite umožnili vyviesť do vesmíru aj ťažšie vedecké sondy a družice. Tiež sa zvýšila energia dostupná pre prostriedky na palube vesmírnej sondy, a teda aj energia dostupná pre telemetrické vysielače, čím sa zdokonalil proces rekonštrukcie dát v porovnaní so skoršími satelitmi. Väčšina moderných vesmírnych prostriedkov má výsuvné ramená a nosníky a tak umožňujú umiestniť prístroj mimo samotnej sondy do kľudného prostredia, kde sa neprejavujú parazitné vplyvy elektroniky a materiálov prostriedku. Na tieto nosníky sa primárne montujú magnetometre a antény pre zachytávanie plazmových vĺn. Rapídny vývoj polovodičových a iných elektronických súčiastok, ich zodolnenie voči radiácii, miniaturizácia umožnili konštruktérom vyvinúť viac sofistikované elektronické a dátové systémy. Výsledkom týchto pokrokov je bohatší návrat vedeckých dát. Väčšina tohto pokroku bola riadená financiami armády. V súčasnosti však poklesli rozpočtové výdavky a tak je otázkou, akým smerom sa bude uberať výskum meracích prístrojov v blízkej budúcnosti.
Acknowledgments. I would like to thank Paul Coleman, Margaret Kivelson, Robert McPherron and Christopher Russell for giving me the opportunity to make a career of magnetometery. The constructive comments of the reviewers have contributed by pointing out oversights and misstatements made by the writer. This work was supported by the National Aeronautics and Space Administration contract NAS 5-30373 and Jet Propulsion Laboratory contract 959483.
Referencie
Acuna, M. H., C. S. Scearce, J. B. Seek and J. Scheifele, The MAGSAT Magnetometer - A Precision Fluxgate for the Measurement of the Magnetic Field, NASA Technical Memorandum 79656, September 1978.
Acuna, M. H., MAGSAT - Vector Magnetometer Absolute Sensor Alignment Determination, NASA technical Memorandum 79648, September 1981, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771.
Acuna, M. H. and N. F. Ness, The Pioneer XI Hiah Field Fluxgate Magnetometer, Space Sci. Instrum., pp177-188, 1975.
Allen, J. H., Long Term Stability of Self-Oscillating Rubidium Magnetometers, J. Geomag. Geoelect., 20, pp197-204, 1968.
Aschenbrenner, H. and G. Goubau, Eine Anordnung Registrieung rascher magnetischer Storungen, Hochfreg Tech. Elektroakust. 47, pp178-181, 1936.
Balogh, A., T. S. Beek, R. S. Forsyth, P. C. Hedgecock, R. S. Marquedant, E. J. Smith, D. J. Southwood and B. T. Tsurtani, The Magnetic Field Investigation on the Ulysses Mission: Instrumentation and Preliminary Results, Astronomy and Astrophys., 92, pp221-236, 1992.
Barry, J. D. and R. C. Snare, A Fluxgate Magnetometer for the Application Technology Satellite, IEEE Trans. Nucl. Sci., NS-13, No.6, pp326-331, 1966.
Behannon, K. W., M. H. Acuna, L. F. Burlaga, R. P. Lepping, N. F. Ness and F. M. Neubauer, Magnetic Field Experiment for Voyagers 1 and 2, Space Sci. Rev., 21, pp235-257, 1977.
Coleman, Jr., P. S., G. Schubert, C. T. Russell and L. R. Sharp, The Particles and Fields Subsatellite Magnetometer Experiment, Apollo 15 Preliminary Science Report, pp22-1 - 22-9, NASA-SP289, 1972.
Dolginov, S. Sh., L. N. Zhuzgov and V. A.. Selyutin, Magneto-meters in the Third Soviet Earth Satellite, Artificial Earth Satellites, 4, pp358-396, 1960.
Dolginov, S. Sh., E. G. Yeroshenko, L. N. Zhugov and N.V. Pushkov, Investigation of the Magnetic Field of the Moon, Geomagnetism and Aeronomy, 1, pp21-29, 1960.
Duret, D., J. Bonzom, M. Brochier, M. Frances, J. M. Leger, R. Odru, C. Salvi, and T. Thomas, Overhauser Magnetometer for the Danish Oersted Satellite, IEEE Trans. Magnetics, Vol. 31, No.6, pp3197-3199, November 1995.
Dyal, P., C. W. Parkin and C. P. Sonett, Lunar Surface Magnetometer, IEEE Trans. Geosci. Electronics, GE-8, pp203-215, 1970.
Dyal, P. and C. W. Parkin, The Magnetism of the Moon, Scientific American, 224, No. 2, pp62-73, Aug. 1971.
Dyal, P. and D. I. Gordon, Lunar Surface Magnetometers, IEEE Trans. Magn., MAG-9, pp226-231, 1973.
Fredericks, R. W., E. W. Greenstedt and C. P. Sonett, Magneto-dynamically Induced Ambiguity in the Data from Tilted Spinning Fluxgate Magnetometers: Possible Application to IMP-1, J. Geophys. Res., 72, pp367-382, 1967.
Geyger, W. A., The Ring Core Magnetometer - A New Type of Second-Harmonic Flux-Gate, AIEE Trans. Communications and Electronics, 81, pp65-73, 1962.
Gordon, D. I., R. H. Lundsten, R. A. Chiarado and H. H. Helms Jr., A Fluxgate Sensor of High Stability for Low Field Magnetometry, IEEE Trans. Magnetics, MAG-4, pp397-401, 1968.
Heppner, J. P., J. D. Stolarik and L. H. Meredith, The Earth's Magnetic Field above WSPG, New Mexico, From Rockef Measurements, J. Geophys. Res., 63, pp277-289, 1958.
Heppner, J. P., N. F. Ness, C. S. Scearce and T. L. Skillman, Explorer 10 Magnetic Field Measurements, J. Geophys. Res., 68, pp1-46, 1963.
Heppner, J. P., The World Magnetic Survey, Space Sci. Rev., 2, pp315-354, 1963.
Judge, D., L. McLoud and A. R. Sims, The Pioneer 1, Explorer VI and Pioneer V High-Sensivity Transistorized Search Coil Magnetometer, IEEE Trans. on Space Electronics and Telemetry, SET6, pp114-121, 1960.
Kellock, S., P. Austin, A. Balough, B. Gerlach, R. Marquedant, G. Musmann, E. Smith, D. Southwood and S. Szalai, Cassini Dual Magnetometer Instrument, Proceedings: The International Society for Optical Engineering, Vol. 2803, pp146-152, August 1996.
Keyser, A. R., J. A. Rue and L. D. Schearer, A Metastable Helium Magnetometer for Observing Small Geomagnetic Fluctuations, J. Geophys. Res., 66, pp4163-4169, 1961.
Langel, R., G. Ousley, J. Berbert, J. Murphy and M. Settle, The MAGSAT Mission, Geophys. Res. Ltr., Vol. 9, No.l4, pp243-245, April 1982.
Lepping, R. P., M. H. Acuna, L. F. Burlaga, W. M. Farrell, J. A. Slavin, K. H. Schatten, F. Mariani, N. F. Ness, F. M. Nebauer, Y. C. Whang, J. B. Byrnes, R. S. Kennon, P. V. Panetta, J. S. Scheifele and E. M. Warley, The Wind Magnetic Field Investigation, Space Sci. Rev., 71, pp207-229, 1995.
Maple, E., W. A. Bowen and S. F. Singer, Measurement of the Earths Magnetic Field at High Altitudes at Wite Sands, New Mexico, J. Geophys. Res., 55, pp115-126, 1950.
McPherron, R. L., P. J. Coleman, Jr. and R. C. Snare, ATS-6 UCLA Fluxgate Magnetometer, IEEE Trans. Aerospace and Electronic Sys., AES-11, pp1110-1116, 1975.
Ness, N. F., C. S. Scearce and S. Cantarano, Preliminary Results from the Pioneer 6 Magnetic Fields Experiment, J. Geophys. Res., 71, pp3305-3313, 1966.
Ness, N. F., Magnetometers for Space Research, Space Sci. Rev., 11, pp459-554, 1970.
Ness, N. F., K. W. Behannon, R. P. Lepping and K. H. Schatten, Use of two Magnetometers for Magnetic Field Measurements on a Spacecraft, J. Geophys. Res., 76, pp3565-3573, 1971.
Neubauer, F. M., Optimization of Multimagnetometer Systems on a Spacecraft, J. Geophys. Rev., 80, pp3235-3240, 1975.
Primdahl, F., A Ferrite Core Fluxgate Magnetometers, Danish Meterological Institute Geophysical Papers, R-12, pp1-66, 1970.
Primdahl, F., The Fluxgate Magnetometer, J. of Phys. E: Scientific Instruments, 12, pp241-253, 1979.
Primdahl, F. and P. Anker Jensen, Compact Spherical Coil for the Fluxgate Magnetometer, J. Phys. E: Sci. Instrum., Vol. 15, pp221-226, 1982.
Primdahl, F., H. Luhr and E. K. Lauridsen, The Effect of Large Uncompensated Transverse Fields on the Fluxgate Magnetic Sensor Output, Danish Space Research Institute Report 1-92, 1992.
Primdahl, F., Scalar Magnetometers for Space Applications, This Monograph, 1997.
Riedler, W., K. Schwingenschuh, Y. G. Yeroshenko, V. A. Stayshkin and C. T. Russell, Magnetic Field Observations in Comet Halleys Coma, Nature, 321, pp288-289, 1986.
Ruddock, K. A., Optically Pumped Rubidium Vapor Magneto-meters for Space Research, Space Res., II, pp692-700, 1961.
Rumbaugh, L. H. and L. R. Alldredge, Airborne Equipment for Geomagnetic Measurements, Trans. Amer. Geophys. Union, 30, pp836-848, 1949.
Russell, C. T., R. C. Snare, J. D. Means, D. Pierce, D. Dearborn, M. Larson, G. Barr and G. Le, The GGS/POLAR Magnetic Fields Investigation, Space Sci. Rev., 71, pp.563-582, 1995.
Russell, C. T., R. C. Snare, J. D. Means and R. C. Elphic, Pioneer Venus Orbiter Fluxgate Magnetometer, IEEE Trans. on Geosci. and Remote Sensing, GE18, pp32-35, 1980.
Schonstedt, E. O. and H. R. Irons, Airborne Magnetometers for Determining all Magnetic Components, Trans. AGU. 34, pp363-378, 1953.
Shapiro, I. R., J. D. Stalarik and J. P. Heppner, The Vector Field Proton Magnetometer for IGY Satellite Ground Stations, J. Geophys. Res., 65, pp913-920, 1960.
Slocum, R. E. and F. N. Reilly, Low Field Helium Magnetometer for Space Applications, IEEE Trans. on Nuclear Sci., NS-10, pp165-171, 1963.
Smith, E. J., B. V. Connov and G. J. Foster, Jr., Measuring the Magnetic Fields of Jupiter, IEEE Trans. Magnetics, MAG-11, pp962-980, 1975.
Snare, R. C. and C. R. Benjamin, A Magnetic Field Instrument for the OGO-E spacecraft, IEEE Trans. Nucl. Sci., NS-13, No.6, pp333-340, 1966.
Sonett, C. P., Modulation and Sampling of Hydrodynamic Radiation, Space Research, 6, pp280-322, 1966.
Sonett, C. P., P. S. Colburn, R. G. Currie and J. D. Mihalov, The Geomagnetic Tail: Topology, Reconnection and Interaction with the Moon, Physics. of the Magnetosphere, D. Reidel Publishing Co., Dordrecht-Holland, pp461-484, 1968.
Southwood P. J., A Balogh and E. J. Smith, Dual Technique Magnetometer Experiment for the Cassini Orbiter Spacecraft, J. British Interplanetary Soc., 45, pp371-374, 1992.
- prečítané 9292x