Store jordsatellit til at spore katastrofer, virkningerne af klimaændringer

Designet til at spotte potentielle naturlige farer og hjælpe forskere med at måle, hvordan smeltende landis vil påvirke havniveaustigningen, NISAR-rumfartøjet markerer et stort skridt, mens det tager form.

En jordsatellit i SUV-størrelse, der vil blive udstyret med den største reflektorantenne nogensinde opsendt af NASA, tager form i det rene rum på agenturets Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien. Kaldet NISAR, den fælles mission mellem NASA og den indiske rumforskningsorganisation (ISRO) har store mål:Ved at spore subtile ændringer i Jordens overflade, det vil opdage advarselstegn på forestående vulkanudbrud, hjælpe med at overvåge grundvandsforsyningen, spore smeltehastigheden af ​​iskapper knyttet til havniveaustigningen, og observere ændringer i fordelingen af ​​vegetation rundt om i verden. Overvågning af denne slags ændringer i planetens overflade over næsten hele kloden er ikke blevet gjort før med den høje opløsning i rum og tid, som NISAR vil levere.

Rumfartøjet vil bruge to slags syntetisk blænderadar (SAR) til at måle ændringer i Jordens overflade, deraf navnet NISAR, hvilket er en forkortelse for NASA-ISRO SAR. Satellitten vil bruge en trådnet radarreflektorantenne på næsten 40 fod (12 meter) i diameter for enden af ​​en 30 fod lang (9 meter lang) bom til at sende og modtage radarsignaler til og fra Jordens overflade. Konceptet ligner, hvordan vejrradarer afviser signaler fra regndråber for at spore storme.

NISAR vil registrere bevægelser af planetens overflade så små som 0,4 tommer (en centimeter) over områder på størrelse med en halv tennisbane. Lancering tidligst i 2022, satellitten vil scanne hele kloden hver 12. dag i løbet af sin treårige primære mission, billeddannelse af jordens land, iskapper, og havis på hver bane.

Aktiviteter som at trække drikkevand fra en underjordisk grundvandsmagasin kan efterlade tegn på overfladen:Tag for meget vand ud, og jorden begynder at synke. Bevægelsen af ​​magma under overfladen før et vulkanudbrud kan få jorden til at bevæge sig også. NISAR vil levere time-lapse radarbilleder i høj opløsning af sådanne skift.

En alt-vejr satellit

Den 19. marts NISARs forsamling, prøve, og lanceringsteamet hos JPL modtog et nøgleudstyr - S-band SAR - fra sin partner i Indien. Sammen med L-band SAR leveret af JPL, de to radarer fungerer som missionens bankende hjerte. "S" og "L" angiver bølgelængden af ​​deres signal, med "S" på omkring 4 tommer (10 centimeter) og "L" omkring 10 tommer (25 centimeter). Begge kan se gennem objekter som skyer og bladene på en skovkrone, der hindrer andre typer instrumenter, selvom L-bånd SAR kan trænge længere ind i tæt vegetation end S-bånd. Denne evne vil gøre det muligt for missionen at spore ændringer i Jordens overflade dag eller nat, Regn eller skin.

"NISAR er en al-vejr satellit, der vil give os en hidtil uset evne til at se på, hvordan Jordens overflade ændrer sig, sagde Paul Rosen, NISAR-projektforsker ved JPL. "Det vil især være vigtigt for forskere, der har ventet på denne form for målepålidelighed og -konsistens, for virkelig at forstå, hvad der driver Jordens naturlige systemer - og for mennesker, der håndterer naturlige farer og katastrofer som vulkaner eller jordskred."

Begge radarer fungerer ved at kaste mikrobølgesignaler væk fra planetens overflade og registrere, hvor lang tid det tager signalerne at vende tilbage til satellitten, samt deres styrke, når de vender tilbage. Jo større antenne, der sender og modtager signalerne, jo højere er den rumlige opløsning af dataene. Hvis forskere ønskede at se noget omkring 150 fod (45 meter) på tværs med en satellit i lavt kredsløb om Jorden, der driver en L-båndsradar, de ville have brug for en antenne på næsten 14, 000 fod (4, 250 meter) lang - svarende til omkring 10 Empire State Buildings stablet oven på hinanden. Det er bare ikke muligt at sende noget i den størrelse ud i rummet.

Alligevel havde NISAR-missionsplanlæggere ambitioner om at spore overfladeændringer i en endnu højere opløsning – ned til omkring 20 fod (6 meter) – hvilket krævede en endnu længere antenne. This is why the project uses SAR technology. As the satellite orbits Earth, engineers can take a sequence of radar measurements from a shorter antenna and combine them to simulate a much larger antenna, giving them the resolution that they need. And by using two wavelengths with complementary capabilities—S-SAR is better able to detect crop types and how rough a surface is, while L-SAR is better able to estimate the amount of vegetation in heavily forested areas—researchers can get a more detailed picture of Earth's surface.

Testing, Testing...

So the arrival of the S-band system marked a big occasion for the mission. The equipment was delivered to the JPL Spacecraft Assembly Facility's High Bay 1 clean room—the same room where probes used to explore the solar system, like Galileo, Cassini, and the twin Voyager spacecraft, were built—to be unboxed over the course of several days. "The team is very excited to get their hands on the S-band SAR, " said Pamela Hoffman, NISAR deputy payload manager at JPL. "We had expected it to arrive in late spring or early summer of last year, but COVID impacted progress at both ISRO and NASA. We are eager to begin integrating ISRO's S-SAR electronics with JPL's L-SAR system."

Engineers and technicians from JPL and ISRO will spend the next couple of weeks performing a health check on the radar before confirming that the L-band and S-band SARS work together as intended. Then they'll integrate the S-SAR into part of the satellite structure. Another round of tests will follow to make sure everything is operating as it should.

"NISAR will really open up the range of questions that researchers can answer and help resource managers monitor areas of concern, " said Rosen. "There's a lot of excitement surrounding NISAR, and I can't wait to see it fly."