Ett nytt instrument som redan har bevisat sin förmåga i fältkampanjer kommer att försöka mäta atmosfäriska växthusgaser från en ockultations-visning, lågjord-kretsande CubeSat-uppdrag som kallas Mini-Carb i början av nästa år-vilket är första gången denna typ av instrument har flugit i rymden.

Emily Wilson, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, samarbetar med Lawrence Livermore National Laboratory, eller LLNL, att flyga en mindre, mer robust version av hennes patenterade mini-Laser Heterodyne Radiometer, eller mini-LHR, på en LLNL-byggd CubeSat-plattform i början av nästa år.

Wilson har demonstrerat den markbaserade mini-LHR under flera fältkampanjer i Alaska, Amazonas flodbassäng, och Royal Observatory i Edinburgh, Skottland, bland andra platser. Mycket bärbar, mini-LHR består av kommersiellt tillgängliga komponenter och kan bokstavligen gå var som helst för att samla in mätningar.

Även om NASA för närvarande mäter koldioxid från rymden, byrån har aldrig flugit en heterodyne laserradiometer för att göra jobbet.

Laser heterodyne radiometrar var anpassade från radiomottagare teknologi. I denna variant, koncentrationerna av växthusgaser hittas genom att mäta deras absorption av infrarött solljus. Varje absorptionssignal blandas med laserljus i en snabb fotomottagare i instrumentet och den resulterande signalen detekteras vid en enklare att bearbeta radiofrekvens. Även om detta liknar andra absorptionstekniker, som de som används i Orbiting Carbon Observatory-2, laser heterodyne radiometri erbjuder högre spektral upplösning samt förbättrade signal-till-brusnivåer på grund av den interna blandningen av solljus med laserljus, Wilson förklarade.

Andra fördelar är att mini-LHR är mer kompakt och innehåller inga rörliga delar, Wilson tillade. Vidare, instrumentet kan mäta tre växthusgaser:förutom koldioxid, hennes instrument kan samtidigt mäta vattenånga och metan i jordens atmosfäriska lem. "Och relativt sett instrumentet kostade en liten bråkdel att bygga jämfört med mer traditionella, icke-CubeSat-instrument, "Sa Wilson." Detta är en symbol för vetenskapen på en snörning. "

Flyg ombord på nya CubeSat-buss

Ungefär lika stor som en brödrost, flygversionen av hennes instrument kommer att flyga som den enda nyttolasten på LLNL:s nya, 11-pund 6U CubeSat-buss känd som CNGB—förkortning för CubeSat Next Generation Bus. CubeSat -kontoret på National Reconnaissance Office skapade CNGB -konceptet, finansierar forskare vid LLNL, Naval Postgraduate School, och Space Dynamics Laboratory för att utveckla en regeringsägd nano-satellitarkitektur som kan stödja ett brett utbud av uppdrag. Mini-Carb är det första uppdraget att göra det.

"Emily hade en nyttolast utan satellit och vi hade en rymdfarkost utan nyttolast, sa Vincent Riot, en LLNL-ingenjör som hjälpte till att utveckla CNGB-bussen, som erbjuder användarna en plug-and-play-funktion som möjliggör snabb konfiguration och integration. "Det var där detta partnerskap bildades. Detta är ett bevis för konceptet för att visa att vi kan göra utmärkt vetenskap med vår plattform, " sa Riot.

Debutflyget för både Wilsons instrument och LLNL:s CubeSat är planerat till januari 2019 genom Air Force Space Test Program. Wilson och hennes team levererade nyligen instrumentet till LLNL där de hjälpte till att integrera instrumentet i rymdfarkosten som förberedelse för flygning.

övre troposfären, Lägre Stratosfär riktad

Väl i omloppsbana, Mini-Carb kommer att observera området mellan den övre troposfären till den nedre stratosfären mellan sex och 18 miles över jordens yta. Mätningar i denna atmosfäriska region ger viktig information om stratosfärens cirkulation och hur den reagerar på ökande koncentrationer av växthusgaser. "Mätning av stratosfärens cirkulation och dess variation är avgörande för att projicera hur klimatförändringar kommer att påverka stratosfärens ozon, " sa Wilson.

Forskare tror att de förväntade ökningarna av metan och koldioxid detta århundrade kommer att påverka flera fysiska processer som driver klimatförändringarna, Hon sa. Metan, som är särskilt långlivad, resulterar i ökad produktion av stratosfärisk vattenånga och hydroxid, som direkt påverkar ozon, skiktet som skyddar jorden från skadlig ultraviolett strålning. "På grund av metans roll i ozonskiktets förändrade kemi och på grund av dess långa livslängd, metanmätningar är särskilt värdefulla, " sa Wilson.

Som sitt markbaserade syskon, Mini-Carb-instrumentet är tillverkat av kommersiella delar och fungerar passivt – dvs. den samlar in solljus som har absorberat de avsedda växthusgaserna. Det ljuset kombineras med laserljus som är avstämt till de infraröda våglängderna och förstärks sedan. Genom en rad andra steg, instrumentet kan avslöja koncentrationerna av de växthusgaser som finns i atmosfären.

Medan Wilson ursprungligen utvecklade både mark- och rymdbaserade instrument för att studera klimatförändringar på jorden, instrumentet kan också användas på en sond eller landare för att studera atmosfäriska förhållanden på andra planeter, Hon sa.

Det omedelbara målet, dock, demonstrerar Mini-Carb i rymden. "Om vi ​​får en mätning, Jag ser det som en framgång. Det finns potential för en förlängning om uppdraget fungerar, Riot sa. "Om det här fungerar, vår framgång kan leda till större projekt på vägen, "Tillade Wilson." Det här är en mycket stor sak för oss. "