NASAs REAL CubeSat-Instrument ermöglicht hochpräzise Messungen energiereicher Teilchen in den Strahlungsgürteln der Erde.

Ein neues Instrument, das für die Relativistic Electron Atmospheric Loss (REAL) CubeSat-Mission der NASA entwickelt wurde, liefert beispiellose Messungen hochenergetischer Teilchen in den Strahlungsgürteln der Erde. Das kompakte Instrument, ebenfalls REAL genannt, kann gleichzeitig die Anzahl, Energie und den Winkel von Elektronen messen, die in die Atmosphäre fallen – eine erstmalige Fähigkeit für einen CubeSat. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, schnelle Mikroausbrüche von Elektronenverlusten zu erfassen, die nur 100 Millisekunden dauern und die bisherige Einzelsensor-Richtungssensoren auf CubeSats zu langsam auflösen konnten.

Das Instrument beeinflusst unser Verständnis der Van-Allen-Strahlungsgürtel, die eine Gefahr für Satelliten in der Erdumlaufbahn darstellen, einschließlich GPS- und Kommunikationssatelliten. Der äußere Gürtel enthält „Killer-Elektronen“, die die Abschirmung von Satelliten durchdringen und Schäden verursachen können. Durch ein besseres Verständnis, wie diese Elektronen aus den Gürteln verloren gehen, können Wissenschaftler Vorhersagen von Weltraumwettereffekten verbessern.

Das am 23. Juli 2025 gestartete REAL-Instrument umfasst drei Sensorköpfe – für niedrige, mittlere und hohe Energie – mit mehreren Blickrichtungen, die in einen 3U-CubeSat integriert sind. Der Niedrigenergiekopf verwendet einen elektrostatischen Analysator mit 36 Aperturen und zwei Blickrichtungen, um Elektronen von 1 keV bis 40 keV zu messen. Der Mittelenergiekopf hat fünf Aperturen und der Hochenergiekopf vier, die jeweils 20 Grad des Pitchwinkels abdecken und Festkörperdetektoren verwenden. Zusammen messen sie Elektronen von 40 keV bis 2 MeV mit einer Zeitauflösung von nur 20 Millisekunden.

Die REAL-Mission wird von der Hauptforscherin Robyn Millan vom Dartmouth College geleitet, mit Instrumentenwissenschaftler Thomas Sotirelis am Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, wo das Instrument entwickelt wurde. Die pitchwinkelaufgelösten Messungen des Instruments unterscheiden zwischen präzipitierenden, quasi-gefangenen und gefangenen Elektronenpopulationen und helfen zu bestimmen, ob die Elektronenstreuung durch allmähliche Diffusion oder schnelle nichtlineare Wechselwirkungen, die von Plasmawellen angetrieben werden, erfolgt.

Nächste Schritte umfassen die Analyse der Daten von REAL, um die relative Bedeutung verschiedener Verlustmechanismen zu untersuchen und zu identifizieren, welche Wellen für den Elektronenausfall verantwortlich sind. Dieses Wissen wird Modelle der Strahlungsgürteldynamik verbessern und den Schutz von Satelliten und Astronauten in niedrigen Erdumlaufbahnen erhöhen.