NASAs lille rumfartøj producerer det første 883-gigahertz globale is-sky-kort

En satellit med brødbrød har produceret verdens første kort over den globale fordeling af atmosfærisk is i 883-Gigahertz-båndet, en vigtig frekvens i submillimeterbølgelængden til undersøgelse af skyis og dens virkning på Jordens klima.

IceCube-det lille rumfartøj, der blev udsendt fra den internationale rumstation i maj 2017-har demonstreret i rummet et kommercielt 883-Gigahertz radiometer udviklet af Virginia Diodes Inc., eller VDI, fra Charlottesville, Virginia, under en NASA Small Business Innovative Research -kontrakt. Det er i stand til at måle kritiske atmosfæriske skyisegenskaber i højder mellem 3-9 miles (5 km-15 km).

NASA -forskere var banebrydende i brugen af ​​submillimeterbølgelængdebånd, der falder mellem mikrobølgeovnen og infrarød på det elektromagnetiske spektrum, at fornemme isskyer. Imidlertid, indtil IceCube, disse instrumenter havde kun fløjet ombord på forskningsfly i stor højde. Dette betød, at forskere kun kunne indsamle data i områder, hvor flyet fløj over.

"Med IceCube, forskere har nu et fungerende submillimeter radiometersystem i rummet til en kommerciel pris, "sagde Dong Wu, en videnskabsmand og IceCube -hovedforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Vigtigere, det giver et globalt overblik over Jordens sky-is-distribution. "

At registrere atmosfærisk skyis kræver, at forskere anvender instrumenter, der er indstillet til en bred vifte af frekvensbånd. Imidlertid, Det er især vigtigt at flyve submillimeter sensorer. Denne bølgelængde fylder et betydeligt datagab i den midterste og øvre troposfære, hvor isskyer ofte er for uigennemsigtige til, at infrarøde og synlige sensorer kan trænge ind. Det afslører også data om de mindste ispartikler, der ikke tydeligt kan detekteres i andre mikrobølgebånd.

Den tekniske udfordring

IceCubes kort er det første af sin art og lover godt for fremtidige rumbaserede observationer af globale isskyer ved hjælp af submillimeterbølge-teknologi, sagde Wu, hvis team byggede rumfartøjet ved hjælp af finansiering fra NASA's Earth Science Technology Office's (ESTO) In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST) program og NASA's Science Mission Directorate CubeSat Initiative. Teamets udfordring var at sikre, at den kommercielle modtager var følsom nok til at opdage og måle atmosfærisk skyis ved at bruge så lidt strøm som muligt.

Ultimativt, agenturet ønsker at tilføre denne type modtager et is-cloud-billeddannelsesradiometer til NASAs foreslåede Aerosol-Cloud-økosystemer, eller ACE, mission. Anbefalet af National Research Council, ACE ville dagligt vurdere den globale distribution af isskyer, som påvirker Jordens emission af infrarød energi til rummet og dets refleksion og absorption af Solens energi over brede områder. Før IceCube, denne værdi var meget usikker.

"Det siger meget, at vores forskere laver videnskab med en mission, der primært skulle demonstrere teknologi, "sagde Jared Lucey, en af ​​IceCubes instrumentingeniører. Han var en af ​​kun en håndfuld forskere og ingeniører ved Goddard og NASAs Wallops Flight Facility i Virginia, der udviklede IceCube på bare to år. "Vi nåede vores missionsmål, og nu er alt andet en bonus, " han sagde.

Lærte flere lektioner

Ud over at demonstrere submillimeterbølgeobservationer fra rummet, teamet fik vigtig indsigt i, hvordan man effektivt udvikler en CubeSat -mission, at bestemme, hvilke systemer der skal redundanteres, og hvilke test der skal afstås på grund af begrænsede midler og en kort tidsplan, sagde Jaime Esper, IceCubes missionssystemdesigner og teknisk projektleder på Goddard.

"Det var ikke en let opgave, "sagde Negar Ehsan, IceCubes instrumentsystemledning. "Det var et budget med lavt budget", der krævede, at teamet udviklede både en teknisk testenhed og en flyvemodel på en relativt kort periode. På trods af udfordringerne teamet leverede det VDI-leverede instrument til tiden og budgettet. "Vi demonstrerede for første gang 883-Gigahertz-observationer i rummet og beviste, at det VDI-leverede system fungerer korrekt, sagde hun. "Det var givende."

Teamet brugte kommercielle hyldekomponenter, herunder VDI's radiometer. Komponenterne kom fra flere kommercielle udbydere og fungerede ikke altid harmonisk sammen, kræver teknik. Holdet integrerede ikke kun radiometeret til rumfartøjet, men også bygget rumfartøjs jordstøttesystemer og udført termisk vakuum, vibrationer, og antennetest hos Goddard og Wallops.

"IceCube er ikke perfekt, "Wu indrømmede, henviser til støj eller små fejl i radiometerets data. "Imidlertid, vi kan foretage en videnskabeligt nyttig måling. Vi kom væk med en masse erfaringer fra dette CubeSat -projekt, og næste gang kan ingeniører bygge det meget hurtigere. "

"Dette er en anden mission for NASA, "Wu fortsatte." Vores hovedmål var at vise, at denne lille mission kunne udføres. Spørgsmålet var, kunne vi få nyttig videnskab og fremme rumteknologi med en billig CubeSat udviklet under et effektivt regerings-kommercielt partnerskab. Jeg tror, ​​at svaret er ja. "

Små satellitter, herunder CubeSats, spiller en stadig større rolle i efterforskning, demonstration af teknologi, videnskabelig forskning og uddannelsesundersøgelser på NASA, herunder:planetarisk rumforskning; Jordobservationer; grundlæggende jord- og rumvidenskab; og udvikling af precursor science-instrumenter som banebrydende laserkommunikation, satellit-til-satellit-kommunikation og autonome bevægelsesmuligheder.

NASA ESTO understøtter InVEST -missioner som IceCube og teknologier på NASA -centre, industri og akademi at udvikle, forfine og demonstrere nye metoder til at observere jorden fra rummet, fra informationssystemer til nye komponenter og instrumenter.