NASA-hold demonstrerer videnskab på en snor med et drivhusgas-måleinstrument

Et nyt instrument, der allerede har bevist sin evne til feltkampagner, vil forsøge at måle atmosfæriske drivhusgasser fra en okkultations-visning, CubeSat-mission, der kredser lavt om jorden, kaldet Mini-Carb i begyndelsen af ​​næste år - hvilket markerer første gang, denne type instrument har fløjet i rummet.

Emily Wilson, en videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, arbejder sammen med Lawrence Livermore National Laboratory, eller LLNL, at flyve en mindre, mere robust version af hendes patenterede mini-Laser Heterodyne Radiometer, eller mini-LHR, på en LLNL-bygget CubeSat-platform i begyndelsen af ​​næste år.

Wilson har demonstreret den jordbaserede mini-LHR under adskillige feltkampagner i Alaska, Amazonas flodbassin, og Royal Observatory i Edinburgh, Skotland, blandt andre steder. Meget bærbar, mini-LHR består af kommercielt tilgængelige komponenter og kan bogstaveligt talt gå overalt for at indsamle målinger.

Selvom NASA i øjeblikket måler kuldioxid fra rummet, agenturet har aldrig fløjet et laser heterodyne radiometer for at udføre jobbet.

Laser heterodyne radiometre blev tilpasset fra radiomodtagerteknologi. I denne variation, koncentrationerne af drivhusgasser findes ved at måle deres absorption af infrarødt sollys. Hvert absorptionssignal blandes med laserlys i en hurtig fotomodtager i instrumentet, og det resulterende signal detekteres ved en lettere at behandle radiofrekvens. Selvom dette ligner andre absorptionsteknikker, såsom dem, der bruges i Orbiting Carbon Observatory-2, laser heterodyne radiometri tilbyder højere spektral opløsning samt forbedrede signal-til-støj-niveauer på grund af den interne blanding af sollys med laserlys, Wilson forklarede.

Andre fordele er, at mini-LHR er mere kompakt og indeholder ingen bevægelige dele, tilføjede Wilson. Desuden, instrumentet kan måle tre drivhusgasser:udover kuldioxid, hendes instrument kan samtidig måle vanddamp og metan i Jordens atmosfæriske lem. "Og relativt set, instrumentet kostede en lille brøkdel at bygge sammenlignet med mere traditionelle, ikke-CubeSat instrumenter, " sagde Wilson. "Dette er indbegrebet af videnskab på en snor."

Flyv ombord på den nye CubeSat-bus

På størrelse med en brødrister, flyversionen af ​​hendes instrument vil flyve som den eneste nyttelast på LLNLs nye, 11-pund 6U CubeSat-bus kendt som CNGB - en forkortelse for CubeSat Next Generation Bus. CubeSat-kontoret på National Reconnaissance Office stammer fra CNGB-konceptet, finansierer forskere ved LLNL, Naval Postgraduate School, og Space Dynamics Laboratory for at udvikle en statsejet nano-satellitarkitektur, der kunne understøtte en bred vifte af missioner. Mini-Carb er den første mission, der gør det.

"Emily havde en nyttelast uden en satellit, og vi havde et rumfartøj uden en nyttelast, " sagde Vincent Riot, en LLNL-ingeniør, der hjalp med at udvikle CNGB-bussen, som giver brugerne en plug-and-play-funktion, der giver mulighed for hurtig konfiguration og integration. "Det er her, dette partnerskab dannedes. Dette er en proof-of-concept mission for at vise, at vi kan lave fremragende videnskab med vores platform, " sagde Riot.

Debutflyvningen af ​​både Wilsons instrument og LLNLs CubeSat er planlagt til januar 2019 gennem Air Force Space Test Program. Wilson og hendes team leverede for nylig instrumentet til LLNL, hvor de hjalp med at integrere instrumentet i rumfartøjet som forberedelse til flyvning.

Øvre troposfære, Nedre stratosfære målrettet

En gang i kredsløb, Mini-Carb vil observere området mellem den øvre troposfære til den nedre stratosfære mellem seks og 18 miles over Jordens overflade. Målinger i denne atmosfæriske region giver vigtig information om stratosfærisk cirkulation, og hvordan den reagerer på stigende drivhusgaskoncentrationer. "Måling af stratosfærisk cirkulation og dens variabilitet er afgørende for at fremskrive, hvordan klimaændringer vil påvirke den stratosfæriske ozon, " sagde Wilson.

Forskere mener, at de forventede stigninger i metan og kuldioxid i dette århundrede vil påvirke flere fysiske processer, der driver klimaændringerne, hun sagde. Metan, som især har lang levetid, resulterer i øget produktion af stratosfærisk vanddamp og hydroxid, som direkte påvirker ozon, det lag, der beskytter Jorden mod skadelig ultraviolet stråling. "På grund af metans rolle i ozonlagets ændrede kemi og på grund af dets lange levetid, metanmålinger er særligt værdifulde, " sagde Wilson.

Ligesom sin jordbaserede søskende, Mini-Carb-instrumentet er lavet af kommercielle dele og fungerer passivt - dvs. det opsamler sollys, der har absorberet de målrettede drivhusgasser. Det lys kombineres med laserlys, der er indstillet til de infrarøde bølgelængder og derefter forstærket. Gennem en række andre trin, instrumentet kan afsløre koncentrationerne af de drivhusgasser, der er indeholdt i atmosfæren.

Mens Wilson oprindeligt udviklede både de jord- og rumbaserede instrumenter til at studere klimaændringer på Jorden, instrumentet kunne også bruges på en sonde eller lander til at studere de atmosfæriske forhold på andre planeter, hun sagde.

Det umiddelbare mål, imidlertid, demonstrerer Mini-Carb i rummet. "Hvis vi får én måling, Jeg vil betragte det som en succes. Der er potentiale for en forlængelse, hvis missionen virker, " sagde Riot. "Hvis det her virker, vores succes kan føre til større projekter hen ad vejen, " tilføjede Wilson. "Dette er en meget stor sag for os."