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Venus Express - Experimente 

VEX-MAG

Bild vergrößernMagnetometer (VEX-MAG)
©IWF
»Venus Express
Vermessung der über die Oberfläche verteilten Magnetfelder.

VEX-MAG ist ein weltraumtaugliches Magnetometer, das mit Hilfe zweier Fluxgate-Sensoren die Größe und Richtung des Magnetfeldes bestimmt.

Es besteht aus zwei Sensoren, einer Elektronikbox - mit Sensorelektronik, Prozessoreinheit und Spannungsversorgung - und einem ein Meter langen Ausleger aus Kohlefaser. Einer der beiden Sensoren ist auf dem Ausleger montiert. Der zweite Sensor befindet sich direkt auf der Oberfläche des Satelliten. Zwei Sensoren werden benötigt, um die Störfelder des Satelliten von den wissenschaftlich interessanten Messdaten separieren zu können.

Mit den gemessenen Magnetfelddaten können einerseits Grenzschichten in den Plasmaregionen der Venus und andererseits die Wechselwirkung zwischen der Atmosphäre der Venus und dem Sonnenwind bestimmt werden. Darüber hinaus wird die Magnetfeldinformation von anderen Instrumenten an Bord von Venus Express für deren Datenauswertung benötigt und verwendet (z.B. ASPERA).

Bild vergrößernBlockschaltbild für analoges und digitales Fluxgate-Magnetometer
©IWF
»Venus Express

Beim Fluxgate-Magnetometer wird ein weichmagnetischer Kern (meist Ringkern) durch ein von einer Spule erzeugtes Wechselfeld mit konstanter Frequenz zyklisch bis zur Sättigung magnetisiert. In einer Sekundärspule wird nun bei Vorhandensein eines äußeren Magnetfeldes in Richtung der Spulenachse eine Spannung mit geradzahligen Vielfachen der Anregungsfrequenz induziert, deren Amplituden wiederum direkt proportional zum Magnetfeld sind. Meist wird aber zur Auswertung nur die zweite Harmonische herangezogen. Durch Kompensation des äußeren Magnetfeldes mittels eines Rückkopplungsstromes durch die Sekundärspule erreicht man zusätzlich eine hohe Linearität der Messung. Die VEX-MAG Sensoren bestehen aus zwei ineinander gekreuzten Ringkernen zur Messung der X- und Y-Komponente. Die Z-Komponente wird durch eine Sekundärspule gemessen, die beide Ringkerne umschließt.

VEX-MAG basiert auf der Entwicklung des Magnetometers für die Rosetta-Landeeinheit, welche in einer engen Kooperation mit dem Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der Technischen Universität Braunschweig durchgeführt wurde. Mit dieser Entwicklung hat auch beim Fluxgate-Magnetometer der Trend zur sensornahen Digitalisierung Einzug gehalten.

Wie in der unteren Hälfte der nachfolgenden Abbildung ersichtlich, wird beim digitalen System das Messsignal von der Sekundärspule direkt nach dem Eingangsverstärker digitalisiert. Die notwendige Extraktion der Magnetfeldinformation und die Berechnung des Rückkopplungswertes werden durch einen programmierbaren Logikbaustein (FPGA) und eine strahlungsfeste Prozessoreinheit realisiert, die auch gleichzeitig die Schnittstelle zum Zentralcomputer des Satelliten bedient. Die Entwicklung des digitalen Magnetometers stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung Miniaturisierung bei gleichzeitig höherer Flexibilität in der Wahl des Frequenzganges und des Messbereiches dar.

VEX-MAG wird in der gesamten, etwa 24 Stunden langen Umlaufbahn um die Venus das Magnetfeld erforschen. Der Messbereich kann dabei per Kommando zwischen ±32,8 nT (Nanotesla) und ±8.388,6 nT variiert werden. Dem entsprechend liefert das Gerät eine digitale Auflösung zwischen 1 pT (Picotesla) und 128 pT bei einer Bitbreite von 16 Bit. Der Standardmessbereich beträgt ±262,1 nT mit 8 pT digitaler Auflösung.

Die Datenrate kann zwischen einem Vektor pro Sekunde und 64 Vektoren pro Sekunde variiert werden. Mit der langsameren Datenrate wird vor allem im Sonnenwind gemessen. Die schnelleren Datenraten kommen zur Anwendung, wenn der Satellit durch das Perizentrum (geringster Abstand zur Venusoberfläche von ca. 250 km) fliegt.





 
 
 
 

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22.02.2015

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Autor dieses Artikels:  Prof. Dr. Bruno Deiss

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