مقياس المغناطيسية في المركبات الفضائية

تُستخدم المقاييس المغناطيسية ذات بوابة تدفق بسبب بساطتها الإلكترونية ووزنها الخفيف. كان هنالك عدة أنواع من هذه المقاييس استُخدمت في المركبات الفضائية، وهي تختلف في جانبين. يمكن الحصول على قراءات أفصل بشكل رئيسي عن طريق استخدام ثلاثة مقاييس مغناطيسية، يشير كل منها إلى اتجاه مختلف. بدلًا من ذلك، حققت بعض المركبات الفضائية هذا عن طريق تدوير المركبة الفضائية وأخذ القراءات على فواصل كل منها 120 درجة، ولكن يسبب هذا مشاكل أخرى. يكمن الاختلاف الآخر في البنية، وهي بسيطة ودائرية.[2]

جُهّزت كل من المهمات الفضائية التالية بهذا النوع من مقاييس المغناطيسية، وهي بايونير 0 أو ابل1، وبايونير1 أو ابل2، وواي إي 1.1، وواي إي 1.2، وواي إي 1.3، وقد فشلت كل هذه المهمات عام 1958 بسبب مشاكل في الإطلاق. لكن المهمة بايونير 1 قامت بجمع بيانات حول أحزمة فان آلن. حملت المهمة السوفييتية لونا1 أو واي إي 1.4 مقياس مغناطيسية مؤلف من ثلاثة مكونات، وقد مرت المركبة بالقمر على مسافة 6400 ميل (10300 كيلومتر) منه وهي في طريقها إلى مدار حول الشمس، لكن لم تتمكن من تحديد المجال المغناطيسي بدقة. في النهاية، حطت مركبة الاتحاد السوفييتي «لونا2» على سطح القمر، والتي حملت مقياس مغناطيسية مؤلف من ثلاث مكونات، ووجدت أنّ المجال المغناطيسي بالقرب من سطح القمر لا يُذكر. قام القمر الاصطناعي إكسبلورر10 بمهمة مختصرة مدتها 52 ساعة وعلى متنه اثنان من مقاييس المغناطيسية ذات بوابة تدفق. وُصفت المهام بين عامي 1958 و1959 التي تحمل مقاييس مغناطيسية بالفاشلة في أغلب الحالات: فُقدت اثنين من الأدوات في مهمة ابل آي في بي وحدها. في بدايات عام 1966، نجح الاتحاد السوفييتي أخيرًا في وضع لونا10 التي حملت معها مقياس للمغناطيسية في مدار حول القمر، واستطاعت تأكيد طبيعة المجال المغناطيسي الضعيف للقمر. حملت كل من المهمات فينيرا 4 و5 و6 مقاييس للمغناطيسية في رحلاتها إلى الزهرة، على الرغم من عدم وضع المقاييس على مركبات الهبوط.

صُنعت غالبية مقاييس المغناطيسية ذات بوابة تدفق الأولى للمركبات الفضائية بمثابة مستشعرات متجهية. لكن خَلَقَت إلكترونيات مقاييس المغناطيسية توافقيات تعارضت مع القراءات. تحتوي المستشعرات المُصممة بصورة جيدة إلكترونيات ارتجاعية بالنسبة للكاشف الذي يُعادل التوافقيات بشكل فعال. حملت كل من المركبتين الفضائيتين مارينر1، ومارينر 2 أجهزة ذات بوابة تدفق بمستشعر متجهي. نجحت فقط مارينر2 في عملية الإطلاق، وعند اجتيازها للزهرة في 14 ديسمبر عام 1962، فشلت في تحديد المجال المغناطيسي المحيط بالكوكب. يعود جزء من الفشل إلى مسافة المركبة من الكوكب، والضجيج في مقياس المغناطيسية، والمجال المغناطيسي الضعيف جدًا للزهرة. أُطلقت المهمة بايونير6 في عام 1965، وتعتبر هذه المهمة واحدة من بين أربع أقمار اصطناعية من سلسلة بايونير تدور حول الشمس، وتبث المعلومات حول الرياح الشمسية إلى الأرض. جُهّزت هذه المركبة بمقياس مغناطيسية ذات بوابة تدفق بمستشعر متجهي.[2]

بدأت مقاييس المغناطيسية ذات بوابة التدفق ذات مستشعر النواة الحلقية تحل مكان مقاييس المغناطيسية ذات المستشعر المتجهي في مهمة أبولو16 في عام 1972، حيث حط على القمر مقياس مغناطيسية ذي ثلاثة محاور. استُخدمت هذه المستشعرات في عدد من الأقمار الاصطناعية مثل: ماغسات، وفوياجر، ويوليوس، وجيوتو، وإيه إم بّي تي إي. يستخدم المسبار لونار بروسبكتر ملف حلقي مصنوع من هذه السبائك الممتدة بعيدًا عن بعضها وعن المركبة الفضائية من أجل البحث عن المغناطيسية المتبقية في الأقمار ذات السطح غير المغناطيسي.[3][4]

تستطيع مقاييس المغناطيسية المبنية بشكل صحيح قياس اختلافات المجال المغناطيسي حتى 1 نانو تسلا. كانت هذه الأجهزة ذات النوى التي يبلغ حجمها نحو 1 سنتيمتر أقل وزنًا من المستشعرات المتجهية. لكن صُنعت هذه الأجهزة من أجل إنتاجية غير خطية مع مجالات مغناطيسية أكبر من 5000 نانو تسلا. اكتُشف في وقت لاحق أنّ إنشاء بنية كروية مع مستعرض سلكي ذي حلقات تغذية للحلقة في المجال يمكن أن يلغي هذا التأثير. سُمِّيت هذه المقاييس المغناطيسية اللاحقة بالمقاييس المغناطيسية ذات بوابة التدفق الكروية أو بالمقاييس المغناطيسية ذات النواة الكروية المدمجة، وقد استُخدمت في القمر الاصطناعي أورستد. تحسنت أيضًا السبائك المعدنية التي تشكل نواة هذه المقاييس المغناطيسية منذ مهمة أبولو 16 والمزودة بأحدث سبائك برمالوي الموليبدنوم المُطوَّرة المُستخدَمة، مما يؤدي إلى إنتاج ضجيج أقل مع إنتاجية أكثر استقرارًا.[5]

تُسمى مقاييس المغناطيسية ذات ملف استكشاف أيضًا بمقاييس المغناطيسية الحثيّة، وهي عبارة عن ملفات ملفوفة حول نواة ذات نفاذية مغناطيسية عالية. تُركِّز ملفات البحث خطوط المجال المغناطيسي داخل النواة إلى جانب التقلبات. تتمثل فائدة هذه المقاييس المغناطيسية بقياسها للمجال المغناطيسي المتناوب، وبذلك من الممكن تحليل التغيرات في المجالات المغناطيسية بسرعة، عدة مرات في الثانية. وحسب قانون لينز، تتناسب الفولتية مع مشتق وقت التدفق المغناطيسي. تُضخَّم الفولتية من خلال النفاذية الظاهرية للنواة. تُعرّف النفاذية الظاهرية بالمعادلة: «معادلة».[6]