Brödbrödstorleken IceCube distribuerades från den internationella rymdstationen i maj. En månad senare, det började vetenskapliga operationer med att samla in globala data om atmosfäriska ismoln i submillimetervåglängderna. Upphovsman:NASA
En satellit i brödbröd har producerat världens första karta över den globala spridningen av atmosfärisk is i 883-Gigahertz-bandet, en viktig frekvens i submillimetervåglängden för att studera molnis och dess effekt på jordens klimat.
IceCube – den lilla rymdfarkosten som sattes in från den internationella rymdstationen i maj 2017 – har demonstrerat i rymden en kommersiell 883-Gigahertz radiometer utvecklad av Virginia Diodes Inc., eller VDI, av Charlottesville, Virginia, under ett NASA Small Business Innovative Research-kontrakt. Den är kapabel att mäta kritiska atmosfäriska molnisegenskaper på höjder mellan 3-9 miles (5 Km-15 Km).
NASA-forskare banade väg för användningen av submillimetervåglängdsband, som faller mellan mikrovågsugn och infrarött på det elektromagnetiska spektrumet, att känna ismoln. Dock, tills IceCube, dessa instrument hade bara flugit ombord på forskningsflygplan på hög höjd. Detta innebar att forskare kunde samla in data endast i områden över vilka flygplanet flög.
"Med IceCube, forskare har nu ett fungerande submillimeterradiometersystem i rymden till ett kommersiellt pris, sa Dong Wu, en forskare och IceCube huvudutredare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Mer viktigt, det ger en global syn på jordens moln-isfördelning. "
Att känna av atmosfärisk molnis kräver att forskare använder instrument som är inställda på ett brett spektrum av frekvensband. Dock, Det är särskilt viktigt att flyga submillimetersensorer. Denna våglängd fyller ett betydande datagap i mitten och övre troposfären där ismoln ofta är för ogenomskinliga för att infraröda och synliga sensorer ska tränga in. Det avslöjar också data om de minsta ispartiklarna som inte kan detekteras tydligt i andra mikrovågsband.
Den tekniska utmaningen
IceCubes karta är en första i sitt slag och bådar gott för framtida rymdbaserade observationer av globala ismoln med hjälp av submillimetervågsteknik, sa Wu, vars team byggde rymdfarkosten med finansiering från NASA:s Earth Science Technology Office (ESTO) In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST) -program och NASA:s Science Mission Directorate CubeSat Initiative. Lagets utmaning var att se till att den kommersiella mottagaren var tillräckligt känslig för att upptäcka och mäta atmosfärisk molnis med så lite ström som möjligt.
I sista hand, byrån vill ingjuta den här typen av mottagare i en ismolnavbildningsradiometer för NASA:s föreslagna aerosol-moln-ekosystem, eller ACE, uppdrag. Rekommenderas av National Research Council, ACE skulle dagligen utvärdera den globala fördelningen av ismoln, som påverkar jordens utsläpp av infraröd energi till rymden och dess reflektion och absorption av solens energi över stora områden. Innan IceCube, detta värde var mycket osäkert.
IceCube huvudutredare Dong Wu gav sig ut för att demonstrera en kommersiell 883-Gigahertz radiometer i rymden, men slutade med att få mycket mer:världens första ismolnkarta i den frekvensen. Här är han avbildad med instrumentet. Upphovsman:NASA
"Det säger mycket att våra forskare gör vetenskap med ett uppdrag som främst var tänkt att demonstrera teknik, "sa Jared Lucey, en av IceCubes instrumenttekniker. Han var en av endast en handfull forskare och ingenjörer vid Goddard och NASA:s Wallops Flight Facility i Virginia som utvecklade IceCube på bara två år. "Vi uppfyllde våra uppdragsmål och nu är allt annat bonus, " han sa.
Flera lektioner lärt
Förutom att demonstrera submillimetervågsobservationer från rymden, teamet fick viktiga insikter om hur man effektivt utvecklar ett CubeSat-uppdrag, bestämma vilka system som ska redundanteras och vilka test som ska avstå på grund av begränsade medel och ett kort schema, sa Jaime Esper, IceCubes uppdragssystemdesigner och teknisk projektledare på Goddard.
"Det var ingen lätt uppgift, "sa Negar Ehsan, IceCubes instrumentsystemledning. "Det var ett lågbudgetprojekt" som krävde att teamet utvecklade både en teknisk testenhet och en flygmodell på relativt kort tid. Trots utmaningarna, teamet levererade det VDI-försedda instrumentet i tid och budget. "Vi demonstrerade för första gången 883-Gigahertz-observationer i rymden och bevisade att det VDI-försedda systemet fungerar korrekt, " sa hon. "Det var givande."
Teamet använde kommersiella hyllkomponenter, inklusive VDI:s radiometer. Komponenterna kom från flera kommersiella leverantörer och fungerade inte alltid harmoniskt tillsammans, kräver ingenjörskonst. Teamet integrerade inte bara radiometern i rymdfarkosten, men också byggde rymdfarkoster markstödsystem och ledde termiskt vakuum, vibration, och antennprovning på Goddard och Wallops.
"IceCube är inte perfekt, "Wu medgav, med hänvisning till brus eller små fel i radiomätarens data. "Dock, vi kan göra en vetenskapligt användbar mätning. Vi fick många lärdomar från detta CubeSat -projekt, och nästa gång kan ingenjörer bygga det mycket snabbare."
"Detta är en annan uppdragsmodell för NASA, Wu fortsatte. "Vårt huvudsakliga mål var att visa att detta lilla uppdrag kunde utföras. Frågan var, skulle vi kunna få användbar vetenskap och avancera rymdteknik med en lågkostnad CubeSat utvecklad under ett effektivt statligt-kommersiellt partnerskap. Jag tror att svaret är ja."
Små satelliter, inklusive CubeSats, spelar en allt större roll i prospektering, teknik demonstration, vetenskaplig forskning och utbildningsutredningar vid NASA, inklusive:planetarisk rymdutforskning; Jordobservationer; grundläggande jord- och rymdvetenskap; och utveckla precursor science-instrument som avancerad laserkommunikation, satellit-till-satellit-kommunikation och autonoma rörelsefunktioner.
NASA ESTO stöder InVEST -uppdrag som IceCube och teknik vid NASA -centra, industri och akademi att utveckla, förfina och demonstrera nya metoder för att observera jorden från rymden, från informationssystem till nya komponenter och instrument.
