THEMIS

THEMIS je kozmická misia zameraná na štúdium fenoménov známych ako subbúrky, pri ktorých sa uvoľňuje energia zo zemskej magnetosféry. Misia pozostáva z piatich identických družíc, umiestnených na silne eliptických dráhach. Všetky družice boli vynesené spoločne raketou Delta II 17. februára 2007 zo štartovacieho komplexu 17 na Myse Canaveral. Názov THEMIS je akronymom z Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms a tiež je to meno bohyne z gréckej mytológie. Misia patrí do programu Explorer a jednotlivé družice nesú názvy THEMIS A až THEMIS E respektíve Explorer 85 až Explorer 89.
Opis.
Družice postavila firma Swales Aerospace z Beltsville v Marylande. Koordinátorom vedeckého vybavenia je Space Science Laboratory z University of California v Berkeley v Kalifornii, ktorá je tiež prevádzkovateľom pre NASA Headquarters, Science Mission Directorate, Washington, DC.
Družica je stabilizovaná rotáciou 16 ot/min a má tvar pravidelného nízkeho štvorbokého hranolu s rozmermi 0,84 × 0,84 × 0,51 metra so skosenými vertikálnymi hranami. Bočné steny a čiastočne aj podstavy sú pokryté fotovoltaickými GaAs článkami, ktoré dodávajú 41,5 wattov (na začiatku života), resp. minimálne 40,35 W elektrickej energie (na konci aktívneho života) a dobíjajú lítium-iónové akumulátorové batérie s kapacitou 12 Ah.
Prístroje.
Vedecké prístroje družice sú riadené počítačom IDPU ("Instrument Data Processing Unit"), vybaveným pamäťou s kapacitou 256 MB na ukladanie nameraných dát. Služobné systémy riadi počítač BAU ("Bus Avionics Unit"). Telemetrický systém pracuje v pásme S (2,2825 GHz, výkon 5 watov, rýchlosť prenosu 1,024 kbit/s až 1,048576 Mbit/s). Povelový systém pracuje v pásme S (2,1018 GHz, rýchlosť prenosu 1 kbit/s). Orientačný systém využíva pre zisťovanie osi rotácie a fázy rotácie slnečný senzor MSSS ("Miniature Spinning Sun Sensor") a polovodičový inerciálny merací systém tvorený dvoma jednoosovými úhlomernými gyroskopmi IRU ("Inertial Referencia Unit"). Pre približnú a krátkodobú kontrolu orientácie najmä pred motorickými manévrami slúžia 2 záložné uhlomerné gyroskopy. Pre korekcie dráhy a udržiavanie stabilnej orientácie osi rotácie sú satelity vybavené 4 motorčekmi (2 axiálne a 2 radiálne) každý s ťahom 4,4 N na jednozložkové kvapalné pohonné látky. Ako palivo je použitý hydrazín, ktorého celkový objem na každej z družíc je . Zásoba paliva je uložená v dvoch guľových nádržiach a vystačí na manévre s celkovým delta-v (celková zmena rýchlosti) /s.
Hlavné riadiace centrum a pozemná stanica BGS ("Berkeley Ground Station") sa nachádzajú v areáli University of California. Záložná pozemná stanica WGS (Wallops Ground Station) sa nachádza v areáli strediska NASA Wallops Flight Facility. Doplnkové pozemné stanice siete USN ("Prioranet") prevádzkované spoločnosťou Universal Space Network sa nachádzajú pri South Pointe na Havaj a pri mestečku Dongara v Austrálii.
Misia.
Hlavnou úlohou družíc je výskum premenných javov v zemskej magnetosfére, súvisiacich najmä s vplyvom slnečnej aktivity a ich vplyvu na procesy vo vysokej atmosfére, najmä súvisiace so vznikom a vývojom polárnych žiar a následných elektrických búrok, ovplyvňujúcich pozemné telekomunikácie a energetické distribučné siete. Pozorovania z družíc sú koordinované s pozemnými experimentami, najmä so sledovaním polárnych žiar celooblohovými kamerami ASI (All-Sky Imager) so súčasnou registráciou zmien zemského magnetického poľa magnetometrami GMAG (Ground-Based Magnetometer) najmenej 20 stanicami na území Kanady a severných štátov USA.
Štart sa konal 17. februára 2006 zo štartovacieho komplexu 17B na Myse Canaveral. Všetkých päť sond bolo vynesených raketou Delta II v konfigurácii 7925-10, teda trojstupňová verzia s deviatimi pomocnými raketami na tuhé pohonné látky. Po oddelení posledného stupňa rakety boli družice uvoľnené a začali presun na požadovanej dráhy. Dráhy boli nastavené tak, aby sa pri meraní družice nachádzali v rôznych výškach v magnetickom chvoste zemskej magnetosféry (pozri obrázok).
Prvé merania boli vykonané 4. decembra 2007, keď družice zaujali požadovanú konšteláciu v magnetickom chvoste zemskej magnetosféry. Pre začiatok merania bol vybraný december, pretože vďaka dlhším zimným nociam na severnej pologuli bolo možné vykonávať dlhšie pozorovania z pozemných staníc. Vedci tak mali možnosť porovnať merania z družíc a pozemných staníc za dlhšie obdobie. Nočné merania tiež znamenajú, že udaje z pozemných magnetometrov nie sú rušené nabitými časticami zo Slnka.
Počas pohybu po svojich dráhach vystriedajú družice niekoľko konštelácií. Pred fázou merania v magnetickom chvoste sú družice v pozícii na východnej strane magnetosféry. Tento stav sa nazýva "Dawn Phase". Potom nasleduje už spomínaná fáza merania nazývaná "Tail Science Phase", kedy sa všetky družice nachádzajú v rade a ich apogeá sú v magnetickom chvoste. Potom nasleduje fáza, kedy sa apogeá všetkých satelitov nachádzajú na západnej strane magnetosféry, táto fáza sa nazýva "Dusk Phase" alebo "Radiation Belt Science Phase". Poslednou fázou je takzvaná "Dayside Science Phase", keď sú všetky družice v apogeu svojich dráh na osvetlenej strane. Hlavná fáza merania v magnetickom chvoste sa opakuje každé štyri dni.
Predĺžená misia.
V máji 2008 rozhodla NASA o predĺžení misie THEMIS do roku 2012. Podľa plánu budú dve družice navedené na selenocentrickú obežnú dráhu (obežná dráha Mesiaca), odkiaľ bude prebiehať ďalšie pozorovania zemskej magnetosféry a ďalej bude sledovaná interakcie Mesiaca so slnečným vetrom. Presun k Mesiacu začala ako prvá THEMIS B v júli 2009 a podľa plánu dosiahne jeho obežnú dráhu v októbri 2010.