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立方体卫星测试气象卫星小型化技术

时间:2018年01月24日 信息来源:空间瞭望 点击: 【字体:

卫星使天气预报成为可能,无论是对当地未来5天的天气预报还是对飓风轨迹的及时跟踪。政府机构依靠气象卫星的观测资料为预报模型提供信息,帮助我们做好准备迎接即将到来的风暴,并确定需要撤离的地区或人员。

气象卫星通常都很大,可能需要几年的时间建造,体积可以像一辆小型校车一样大。但未来随着立方体卫星的发展,所有这些问题都有可能发生改变。由美国国家航空航天局(NASA)资助的名为“微波辐射计技术加速器”(MiRaTA)的立方体卫星于2017年11月18日入轨,开始绕地球轨道运行。

MiRaTA立方体卫星将随美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的联合极轨卫星系统-1(JPSS-1)气象卫星一起发射入轨。MiRaTA旨在验证小卫星所携带的仪器技术能降低未来气象卫星的成本,减小其尺寸,并有可能定期收集可靠的天气数据。

微波辐射计是目前气象卫星上的重要仪器之一。这些敏感仪器可以测量与大气气体(如分子氧和水气)热辐射有关的无线电频率信号,还可以检测云冰等微粒,这些数据是跟踪风暴和其他天气事件等模型的重要输入。辐射计校准有助于防止漂移,从而使其数据可用于精确的天气和气候模型。因此,气象卫星上通常携带一个校准目标,以确保辐射计的精度。

MiRaTA首席研究员、麻省理工学院航空和航天系副教授凯里?卡霍伊(Kerri Cahoy)表示,能适应立方体卫星的微型辐射计仪器将对校准仪器带来挑战,校准仪器不仅需要准确而且体积要小。卡霍伊说:“立方体卫星上无法放置大卫星上通常使用的笨重的校准设备。较大卫星上的微波辐射计校准仪器可以像烤面包机大小,但对立方体卫星来说,它的大小只能像一副牌。”

卡霍伊和她的同事,麻省理工学院林肯实验室微波辐射计项目负责人威廉?布莱克韦尔(William Blackwell)基于无线电掩星(RO)技术提出了一种解决方案,即从更高轨道上的GPS卫星接收无线电信号,用于测量辐射计观测到的相同体积大气的温度。GPS无线电掩星温度测量可以用于辐射计校准。

2012年,NASA“地球科学技术深空验证”(InVEST)计划提议对无线电掩星技术用于辐射计校准进行技术验证。当计算机模拟演示证明无线电掩星技术确实可以用于辐射计校准时,布莱克威尔和卡霍伊邀请美国航天公司的丽贝卡?毕夏(Rebecca Bishop)加入该团队,毕夏开发了用于立方体卫星的GPS-掩星接收机。之后,他们向NASA提交了一份完整的MiRaTA提案,并于2013年春季获得NASA资金支持。

MiRaTA的建造是团队努力的成果。毕夏改进了现成的低成本GPS接收机,利用无线电掩星测量进行校准;麻省理工学院林肯实验室和马萨诸塞阿默斯特大学对微波辐射计进行了更进一步的微小型化;卡霍伊和她的学生团队进行了立方体卫星的制造。

卡霍伊说:“立方体卫星制造是很困难的,因为你必须将电池、无线电仪器、电脑,以及太阳能电池板和天线等放进一个很小的空间,而且还要防止电线和连接器发生混乱。”

在最好的情况下,卫星发射3个星期后MiRaTA将投入全面运行,在此后的3个月内,团队将获得辐射计和GPS接收机的验证数据。在完成数据分析后至少半年才能确定任务是否成功。

卡霍伊表示,如果MiRaTA技术验证成功,这些立方体卫星星座最终将环绕整个地球轨道运行,每隔15min拍摄一次大气状况和天气状况的照片,这一频率足以实时跟踪暴风雪、飓风等灾害天气。她说:“我们的目标是使我们的辐射计和目前的气象卫星一样好,能为机构和个人提供预防自然灾害的相关资料,以便提前做好准备。”

MiRaTA计划项目经理、NASA喷气推进实验室(JPL)的查尔斯?诺顿(Charles Norton)说:“这是一个非常令人兴奋的任务,它将首次对基于大气GPS-掩星技术校准立方体卫星上的三频辐射计进行全天候在轨技术验证。”他说:“这是对团队创造力和创新能力的证明,他们正在推进未来小卫星星座任务的测量技术。”他补充说,犹他州立大学的空间动力学实验室和NASA沃罗普飞行中心将提供立方体卫星的运行和地面站管理。

MiRaTA项目和其他地球科学技术深空验证任务由NASA地球科学部的地球科学技术办公室(ESTO)提供资助和管理。ESTO支持NASA、工业界和学术界的技术人员开发、改进和验证从空间观测地球的新方法,包括信息系统、新的部件和仪器等。

包括立方体卫星在内的小卫星在NASA空间探测、技术验证、科学研究和教育调查中发挥着越来越大的作用,其中包括:行星空间探测、地球观测、地球和空间科学、开发先进的激光通信、卫星间通信以及自主移动能力等前沿科学手段。

朱鲁青 译自www.spaceref.com网站2017-11-10报道《CubeSats To Test Miniaturized Weather Satellite Technology》


(作者:佚名)
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