Til indsamling af vejrdata, bittesmå satellitter måler op til milliard-dollar-fætre

Store storme bliver større. Tyfonen Jebi blev den stærkeste tropiske cyklon, der har ramt Japan i 25 år og dræbte mindst 10 mennesker denne sidste sommer. Orkanen Florence imponerede selv veteranmeteorologer med sin kraftfulde kombination af kraftige vinde og ekstrem fugt, da den gik i land i North Carolina den 14. september.

Nu, nogle MIT-forskere siger, at den bedste måde at studere og forstå disse monsterstorme på er at gøre satellitterne, der sporer dem, mindre.

En gruppe forskere fra MIT's Department of Aeronautics and Astronautics, ledet af ph.d. kandidat Angela "Angie" Crews og lektor Kerri Cahoy, i samarbejde med Vince Leslie og William Blackwell ved MIT Lincoln Laboratory, har udgivet en ny undersøgelse, der sammenligner vejrdata indsamlet af en CubeSat - en lavprissatellit på størrelse med en skoæske - med data fra en traditionel vejrsatellit.

"Bundlinjen er, at denne lille satellit indsamlede data, der er lige så gode som dataene fra en milliard-dollar statssatellit, " siger Crews, avisens hovedforfatter, "Kalibrering og validering af små passive mikrobølgeradiometre:MicroMAS-2A og TROPICS." Forskningen blev præsenteret på en konference i SPIE, det internationale samfund for optik og fotonik.

CubeSats har en række fordele i forhold til større fætre som NOAA-20 satellitten, som vejer næsten 2, 300 kg, mens den diminutive MicroMAS-2A vejer mindre end 4 kg. NOAA-20 tog otte år fra det tidspunkt, hvor kontrakten blev tildelt, til den var operationel i rummet, mens CubeSats kan bygges og implementeres på et år eller to.

"Du kan bygge dem hurtigere, hvilket betyder, at du kan sætte ny teknologi på hurtigere i stedet for at vente 10 år på infusion af ny teknologi på et regeringsprogram, " siger Cahoy.

Store satellitter har også brug for deres eget dedikerede løfteraket, men CubeSats kan opbevares som sekundær nyttelast, når en løfteraket har lidt ekstra nyttelastplads.

CubeSats har nogle ulemper sammenlignet med deres større slægtninge, såsom en kortere levetid og det faktum, at de har et mere begrænset udvalg af instrumenter. MicroMAS-2 satellitten, som måler temperaturen, vanddamp, og skyis i atmosfæren, er dybest set en platform for et enkelt 10-kanals scannende mikrobølgeradiometer monteret i en roterende terning i den ene ende af satellitten.

Men det vigtigste ved vejret CubeSats er ikke nødvendigvis, hvad de kan gøre alene, det er, hvad flere CubeSats kan udrette sammen. Når ilt og vanddamp naturligt udsender signaler i mikrobølgedelen af ​​det elektromagnetiske spektrum, og disse signaler måles i forskellige højder af flere satellitter i en konstellation med lav kredsløb om jorden, de har den kombinerede effekt af instrumenterne på en større satellit, og indført i vejrmodeller, hvor dataene bruges til forbedret modellering og prognose af orkaner, tropiske storme og tordenvejr, inklusive 3-D rekonstruktion.

"En konstellation af CubeSats lader dig få data over det samme sted flere gange på samme dag, hvilket ikke er muligt med standardregeringens vejrsatellitter lige nu, som måske giver dig data over det samme sted en gang om ugen, " siger Cahoy. "Hvis du sporer en tropisk storm eller en orkan, og du vil bruge data til at opdatere dine prognosemodeller, det er ikke så godt, som du gerne vil have det."

Det er her, MIT Lincoln Laboratorys TROPICS (Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats) projekt kommer ind i billedet. TROPICS, ledet af Bill Blackwell, omfatter en konstellation af seks CubeSats i tre lav-jord-omløbsfly, der forventes at være fuldt udplaceret engang i 2020.

"TROPIKER, i særdeleshed, er virkelig rettet mod at se på tropiske cykloner, hvor de indre kerneforhold kan ændre sig meget hurtigt, " siger Crews. "Så, hvis vi har stjernebilledet deroppe, kan vi lære meget mere om tropiske livscyklusser, og vi kan lære om faktorer, der påvirker intensiteten og bare få meget mere data og virkelig karakterisere disse tropiske cykloner bedre."

En anden fordel, som større satellitter har i forhold til CubeSats, er, at de er nemmere at kalibrere. Men besætninger, Cahoy og MIT-teamet fandt en ny måde at forbedre kalibreringen i MicroMAS-2A på. Fordi MicroMAS-2A bærer et radiometer, der snurrer 30 gange i minuttet, de fandt ud af, at den oplevede sol- og månens indtrængen (tider, hvor solen eller månen kom ind i scanningsfeltet og påvirkede satellittens målinger) med en meget højere hastighed. Hvor NOAA-20 instrumentet ville opleve måske 44 indbrud i løbet af et år, MicroMAS-2A ville opleve 5, 700. Så i stedet for at kassere dataene eller korrigere for dem, de planlægger at bruge indtrængningerne som en kalibreringskilde, fordi de er så hyppige.

Forskerne siger, at de bare ridser i overfladen af, hvad CubeSats kan, og at de i de kommende år kunne have betydet banebrydende fremskridt inden for handel, Forsendelse, og militære applikationer.

"CubeSats vil fortsætte med at lade os teste nye og bedre teknologier – nye chips, ny elektronik, nye sensorer – hurtigere, fordi vi hurtigere kan komme i kredsløb for at se, hvordan de fungerer, og gøre et bedre stykke arbejde med at designe disse instrumenter, koste alle færre penge og få os flere data, " siger Cahoy.

Tilføjer Crews:"Det er en spændende tid at være i marken."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.