Hypervelocity micro particles (mass < 1 ng), including meteoroids and space debris, routinely impact spacecraft and produce plasmas that are initially dense (∼1028 m−3), but rapidly expand into the surrounding vacuum. We report the detection of radio frequency (RF) emission associated with electromagnetic pulses (EMPs) from hypervelocity impacts of micro particles in ground-based experiments using micro particles that are 15 orders of magnitude less massive than previously observed. The EMP production is a stochastic process that is influenced by plasma turbulence such that the EMP detection rate that is strongly dependent on impact speed and on the electrical charge conditions at the impact surface. In particular, impacts of the fastest micro particles occurring under spacecraft charging conditions representative of high geomagnetic activity are the most likely to produce RF emission. This new phenomenon may provide a source for unexplained RF measurements on spacecraft charged to high potentials.

1.
National Research Council
,
Limiting Future Collision Risk to Spacecraft: An Assessment of NASA's Meteoroid and Orbital Debris Programs
(
National Academies Press
,
2011
), p.
73
.
2.
S.
Close
,
P.
Brown
,
M.
Campbell-Brown
,
M.
Oppenheim
, and
P.
Colestock
,
Icarus
186
,
547
(
2007
).
3.
P.
Brown
,
R. E.
Spalding
,
D. O.
ReVelle
,
E.
Tagliaferri
, and
S. P.
Worden
,
Nature
420
,
294
(
2002
).
4.
R. D.
Caswell
,
N.
McBride
, and
A.
Taylor
,
Int. J. Impact Eng.
17
,
139
(
1995
).
5.
M. J.
Neish
,
M.
Takahashi
,
H.
Maejima
,
H.
Kusawake
,
S.
Kawakita
, and
T.
Goka
, in Proceedings of 4th European Conference on Space Debris (
2005
), No. 587, p.
705
.
6.
P.
Jenniskens
,
Astron. Astrophys.
287
,
990
(
1994
).
7.
S.
Close
and
S. M.
Hunt
,
Radio Sci.
35
,
1233
, doi: (
2000
).
8.
S.
Close
,
S. M.
Hunt
, and
F. M.
McKeen
,
Radio Sci.
37
,
9
1
9
9
, doi: (
2002
).
9.
J. T.
Fentzke
and
D.
Janches
,
J. Geophys. Res.
113
,
A03304
, doi: (
2008
).
10.
N.
Meyer-Vernet
,
M.
Maksimovic
,
A.
Czechowski
,
I.
Mann
,
I.
Zouganelis
,
K.
Goetz
,
M. L.
Kaiser
,
O. C.
St. Cyr
,
J.-L.
Bougeret
, and
S. D.
Bale
,
Sol. Phys.
256
,
463
(
2009
).
11.
N.
Meyer-Vernet
,
A.
Lecacheux
,
M. L.
Kaiser
, and
D. A.
Gurnett
,
Geophys. Res. Lett.
36
,
L03103
, doi: (
2009
).
12.
O. C.
St. Cyr
,
M. L.
Kaiser
,
N.
Meyer-Vernet
,
R. A.
Howard
,
R. A.
Harrison
,
S. D.
Bale
,
W. T.
Thompson
,
K.
Goetz
,
M.
Maksimovic
,
J.-L.
Bougeret
,
D.
Wang
, and
S.
Crothers
,
Sol. Phys.
256
,
475
(
2009
).
13.
D. A.
Gurnett
,
W. S.
Kurth
,
K. L.
Kirchner
,
G. B.
Hospodarsky
,
T. F.
Averkamp
,
P.
Zarka
,
A.
Lecacheux
,
R.
Manning
,
A.
Roux
,
P.
Canu
,
N.
Cornilleau-Wehrlin
,
P.
Galopeau
,
A.
Meyer
,
R.
Boström
,
G.
Gustafsson
,
J.-E.
Wahlund
,
L.
Åhlen
,
H. O.
Rucker
,
H. P.
Ladreiter
,
W.
Macher
,
L. J. C.
Woolliscroft
,
H.
Alleyne
,
M. L.
Kaiser
,
M. D.
Desch
,
W. M.
Farrell
,
C. C.
Harvey
,
P.
Louarn
,
P. J.
Kellogg
,
K.
Goetz
, and
A.
Pedersen
,
Space Sci. Rev.
114
,
395
(
2004
).
14.
Z.
Wang
,
D. A.
Gurnett
,
T. F.
Averkamp
,
A. M.
Persoon
, and
W. S.
Kurth
,
Planet. Space Sci.
54
,
957
(
2006
).
15.
J. W.
Warwick
,
J. B.
Pearce
,
D. R.
Evans
,
T. D.
Carr
,
J. J.
Schauble
,
J. K.
Alexander
,
M. L.
Kaiser
,
M. D.
Desch
,
M.
Pedersen
,
A.
Lecacheux
,
G.
Daigne
,
A.
Boischot
, and
C. H.
Barrow
,
Science
212
,
239
(
1981
).
16.
J. W.
Warwick
,
D. R.
Evans
,
J. H.
Romig
,
J. K.
Alexander
,
M. D.
Desch
,
M. L.
Kaiser
,
M.
Aubier
,
Y.
Leblanc
,
A.
Lecacheux
, and
B. M.
Pedersen
,
Science
215
,
582
(
1982
).
17.
M. G.
Aubier
,
N.
Meyer-Vernet
, and
B. M.
Pederson
,
Geophys. Res. Lett.
10
,
5
, doi: (
1983
).
18.
D. A.
Crawford
and
P. H.
Schultz
,
Int. J. Impact Eng.
14
,
205
(
1993
).
19.
D.
Crawford
and
P.
Schultz
,
Int. J. Impact Eng.
23
,
169
(
1999
).
20.
T.
Takano
,
Y.
Murotani
,
K.
Maki
,
T.
Toda
,
A.
Fujiwara
,
S.
Hasegawa
,
A.
Yamori
, and
H.
Yano
,
J. Appl. Phys.
92
,
5550
(
2002
).
21.
K.
Maki
,
T.
Takano
,
A.
Fujiwara
, and
A.
Yamori
,
Adv. Space Res.
34
,
1085
(
2004
).
22.
K.
Maki
,
E.
Soma
,
T.
Takano
,
A.
Fujiwara
, and
A.
Yamori
,
J. Appl. Phys.
97
,
104911
(
2005
).
23.
H.
Ohnishi
,
K.
Maki
,
E.
Soma
,
S.
Chiba
,
T.
Takano
, and
A.
Yamori
, in Proceedings of the URSI-GA,
Delhi
(
2005
).
24.
R.
Bianchi
,
F.
Capaccioni
,
P.
Cerroni
,
M.
Coradini
,
E.
Flamini
,
P.
Hurren
,
G.
Martelli
, and
P. N.
Smith
,
Nature
308
,
830
(
1984
).
25.
G.
Martelli
and
P.
Cerroni
,
Phys. Earth Planet. Inter.
40
,
316
(
1985
).
26.
S. G.
O'Keefe
and
D. V.
Thiel
,
Phys. Earth Planet. Inter.
89
,
127
(
1995
).
27.
L.
Foschini
,
Europhys. Lett.
43
,
226
(
1998
).
28.
D. E.
Austin
,
R. L.
Grimm
,
H. L. K.
Manning
,
C. L.
Bailey
,
J. E.
Farnsworth
,
T. J.
Ahrens
, and
J. L.
Beauchamp
,
J. Geophys. Res.
108
,
5038
, doi: (
2003
).
29.
S.
Close
,
P.
Colestock
,
L.
Cox
,
M.
Kelley
, and
N.
Lee
,
J. Geophys. Res.
115
,
A12328
, doi: (
2010
).
30.
P. R.
Ratcliff
,
M. J.
Burchell
,
M. J.
Cole
,
T. W.
Murphy
, and
F.
Allahdadi
,
Int. J. Impact Eng.
20
,
663
(
1997
).
31.
N.
McBride
and
J. A. M.
McDonnell
,
Planet. Space Sci.
47
,
1005
(
1999
).
32.
H.
Dietzel
,
G.
Neukum
, and
P.
Rauser
,
J. Geophys. Res.
77
,
1375
, doi: (
1972
).
33.
J. A. M.
McDonnell
,
S. P.
Deshpande
,
D. H.
Niblett
,
M. J.
Neish
, and
P. J.
Newman
,
Adv. Space Res.
13
,
87
(
1993
).
34.
V. C.
Frost
, Meteoroid Damage Assessment, Technical Report SP-8042, NASA,
1970
.
35.
N.
Lee
,
S.
Close
,
D.
Lauben
,
I.
Linscott
,
A.
Goel
,
T.
Johnson
,
J.
Yee
,
A.
Fletcher
,
R.
Srama
,
S.
Bugiel
,
A.
Mocker
,
P.
Colestock
, and
S.
Green
,
Int. J. Impact Eng.
44
,
40
(
2012
).
36.
Z.
Ceplecha
,
J. Í.
Borovička
,
W. G.
Elford
,
D. O.
ReVelle
,
R. L.
Hawkes
,
V. Í.
Porubčan
, and
M.
Šimek
,
Space Sci. Rev.
84
,
327
(
1998
).
37.
A.
Mocker
,
S.
Bugiel
,
S.
Auer
,
G.
Baust
,
A.
Colette
,
K.
Drake
,
K.
Fiege
,
E.
Grün
,
F.
Heckmann
,
S.
Helfert
,
J.
Hiller
,
S.
Kempf
,
G.
Matt
,
T.
Mellert
,
T.
Munsat
,
K.
Otto
,
K.
Postberg
,
H.-P.
Röser
,
A.
Shu
,
Z.
Sternovsky
, and
R.
Srama
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
095111
(
2011
).
38.
R.
Evans
,
H.
Garrett
,
S.
Gabriel
, and
A.
Whittlesey
, in Proceedings of the Spacecraft Charging Technology Conference (
1989
), Vol.
2
, p.
615
39.
J. F.
Friichtinicht
and
J. C.
Slattery
, Ionization associated with hypervelocity impact, NASA Technical Note TN-D-2091,
1963
.
40.
S.
Auer
,
E.
Grün
,
P.
Rauser
,
V.
Rudolph
, and
K.
Sitte
,
Space Res.
8
,
606
(
1968
).
41.
N.
Lee
,
S.
Close
,
A.
Goel
,
D.
Lauben
,
I.
Linscott
,
T.
Johnson
,
D.
Strauss
,
S.
Bugiel
,
A.
Mocker
, and
R.
Srama
,
Phys. Plasmas
20
,
032901
(
2013
).
42.
M. J.
Fadili
,
J.-L.
Starck
,
J.
Bobin
, and
Y.
Moudden
,
Proc. IEEE
98
,
983
(
2010
).
43.
J.-L.
Starck
,
M.
Elad
, and
D. L.
Donoho
,
IEEE Trans. Image Process.
14
,
1570
(
2005
).
44.
A. M.
Bruckstein
,
D. L.
Donoho
, and
M.
Elad
,
SIAM Rev.
51
,
34
(
2009
).
45.
D.
Chang
,
SIAM J. Imaging Sci.
2
,
183
(
2009
).
46.
K. R.
Carver
and
J.
Mink
,
IEEE Trans. Ant. Propagation
29
,
2
24
(
1981
).
47.
H.
Ohnishi
,
S.
Chiba
,
E.
Soma
,
K.
Ishii
,
K.
Maki
,
T.
Takano
, and
S.
Hasegawa
,
J. Appl. Phys.
101
,
124901
(
2007
).
48.
S.
Drapatz
and
K. W.
Michel
,
Z. Naturforsch. Teil A
29
,
870
(
1974
).
49.
E.
Grün
,
H. A.
Zook
,
H.
Fechtig
, and
R. H.
Giese
,
Icarus
62
,
244
(
1985
).
You do not currently have access to this content.