The design and the performance of stratospheric mission in the search for the Schumann resonances

• Autorzy: Papaj A. , Weszka P. , Bocheński M. , Michałek M. , Karbowniczek P. , Kycia R. A. , Kułak A. , Kołodziejczyk A. , Harasymczuk M. , Ławrynowicz A. , Kuźma J. , Brol T.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.17.204.7433

Warianty tytułu

PL

Projekt i realizacja misji stratosferycznej w poszukiwaniu rezonansów Schumanna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The technical details of a balloon stratospheric mission that is aimed at measuring the Schumann resonances are described. The gondola is designed specifically for the measuring of faint effects of ELF (Extremely Low Frequency electromagnetic waves) phenomena. The prototype met the design requirements. The ELF measuring system worked properly for entire mission; however, the level of signal amplification that was chosen taking into account ground-level measurements was too high. Movement of the gondola in the Earth magnetic field induced the signal in the antenna that saturated the measuring system. This effect will be taken into account in the planning of future missions. A large telemetry dataset was gathered during the experiment and is currently under processing. The payload consists also of biological material as well as electronic equipment that was tested under extreme conditions.

PL

W artykule opisano szczegóły techniczne misji balonowej, mającej na celu pomiar rezonansów Schumanna. Gondola została zaprojektowana do pomiaru słabych efektów ELF (fale elektromagnetyczne o skrajnie niskiej częstotliwości). Prototyp spełnił założenia projektowe. Układ do pomiaru ELF działał poprawnie przez całą misję, jednak poziom wzmocnienia sygnału, który był dobrany zgodnie z pomiarami naziemnymi, okazał się za duży. Ruch gondoli w ziemskim polu magnetycznym indukował w antenie sygnał, który wprowadzał układ pomiarowy w stan nasycenia. Ten efekt zostanie wzięty pod uwagę w planowaniu przyszłych misji. Podczas eksperymentu zebrano duży zestaw danych telemetrycznych, który jest obecnie analizowany. Ładunek zwierał również materiał biologiczny oraz sprzęt elektroniczny, który był testowany w warunkach ekstremalnych.

Słowa kluczowe

EN

Schumann resonances; ELF; Extremely Low Frequencies; balloon mission

PL

rezonans Schumanna; ELF; misje balonowe

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Technical Transactions
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 11(114)
• Strony: 233--242
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Papaj A.

• Cracow University of Technology

autor

Weszka P.

• Cracow University of Technology

autor

Bocheński M.

• Cracow University of Technology

autor

Michałek M.

• Cracow University of Technology

autor

Karbowniczek P.

• Cracow University of Technology

autor

Kycia R. A.

• Cracow University of Technology

autor

Kułak A.

• Electronics and Telecommunications, Institute of Electronics, Faculty of Computer Science, AGH University of Science and Technology

autor

Kołodziejczyk A.

• European Space Agency, Advanced Concepts Team, Noordwijk, The Netherlands

autor

Harasymczuk M.

• Warsaw University, European Space Agency, Advanced Concepts Team, Noordwijk, The Netherlands

autor

Ławrynowicz A.

• Pomorski Park Naukowo-Technologiczny Gdynia

autor

Kuźma J.

• Faculty of Chemistry, Wrocław University of Science and Technology

autor

Brol T.

Bibliografia

• [1] MacGorman D.R., Rust W.D., The electrical nature of storms, Oxford University Press, 1998.
• [2] Schumann W.O., Knig H., Uber die Beobactung von Atmospherics bei geringsten Frequenzen, Naturwissenschaften, 41 (8), 1954, 183-184, DOI:10.1007/BF00638174.
• [3] Molina-Cuberos G.J., Morente J.A., Besser B.P., Porti J., Lichtenegger H., Schwingenschuh K., Salinas A., Margineda J., Schumann resonances as a tool to study the lower ionospheric structure of Mars, Radio Science, 41, 1, 2006, DOI: 10.1029/2004RS003187.
• [4] Kozakiewicz J., Kulak A., Kubisz J., Zietara K., Extremely Low Frequency Electromagnetic Investigation on Mars, Earth, Moon, and Planets, 118, 2, 2016, 103-115.
• [5] Kirschvink J.L., Comment on ”Constraints on biological effects of weak extremely-lowfrequency electromagnetic fields”, Physical Review A, 46, 4, 1992.
• [6] Benda R. et al., Measurements of atmospheric electrical parameters and ELF electromagnetic emissions during a meteorological balloon flight, Geophysical Research Abstracts, Vol. 18, EGU2016-7725, EGU General Assembly, 2016.
• [7] Balanis C.A., Modern Antenna Handbook, Wiley-Interscience, 2008.
• [8] Kulak A., Knapik J., Kubisz J., Przenośna stacja do obserwacji widm dynamicznych pól elektromagnetycznych w zakresie ULF, Proceedings of the VII National Symposium of Radio Science (URSI), 1996.
• [9] Kulak A., Kubisz J., Klucjasz S., Michalec A., Mlynarczyk J., Nieckarz Z., Ostrowski M., Zieba S., Extremely low frequency electromagnetic field measurements at the Hylaty station and methodology of signal analysis, Radio Science, 49, 6, 2014, 361-370, DOI: 10.1002/2014RS005400.
• [10] Kulak A., Kubisz J., Michalec A. et al., Solar variations in extremely low frequency propagation parameters: I. A two-dimensional telegraph equation (TDTE) model of ELF propagation and fundamental parameters of Schumann resonances, Journal of Geophysical Research, 108(A7), 1270, 2003, DOI:10.1029/2002JA009304.
• [11] Kulak A., Mlynarczyk J., Zieba S. et al., Studies of ELF propagation in the spherical shell cavity using a field decomposition method based on asymmetry of Schumann resonance curves, Journal of Geophysical Research-Space Physics, 111, A10, A10304, 2006, DOI: 10.1029/2005JA011429.
• [12] Nieckarz Z., Kulak A., Zieba S. et al., Comparison of global storm activity rate calculated from Schumann resonance background components to electric field intensity E-OZ, Atmospheric Research, 91, 2-4, 2009, 184-187, DOI: 10.1016/j.atmosres.2008.06.006.
• [13] Nieckarz Z., Zieba S., Kulak A. et al., Study of the Periodicities of Lightning Activity in Three Main Thunderstorm Centers Based on Schumann Resonance Measurements, Monthly Weather Review, 137, 12, 2009, 4401-4409, DOI: 10.1175/2009MWR2920.1.
• [14] http://predict.habhub.org/ (access: 2.10.2017).
• [15] https://www.google.com/earth/ (access: 2.10.2017).
• [16] http://www.gpsvisualizer.com/ (access: 2.10.2017).
• [17] Movie from the mission: https://www.youtube.com/watch?v=3Cyj75oyoII (access: 2.10.2017).
• [18] Additional material from the mission are available at http://fizyk.ifpk.pk.edu.pl/~rkycia/groups/elfHunters.html (access: 2.10.2017).

Uwagi

EN

Section "Physics"

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)