Forskare genomförde nyligen testflygningar med prototyper av potentiella satellitsensorer – inklusive två från NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien – över västra USA, undersöka grundläggande vetenskapliga frågor om aerosoler, moln, luftkvalitet och globala havsekosystem.

Flygkampanjen, kallas Aerosol Characterization från Polarimeter och Lidar (ACEPOL), försökte testa kapaciteten hos flera föreslagna instrument för Aerosol-Cloud-Ecosystem (ACE) pre-formuleringsstudie.

Aerosoler är små fasta eller flytande partiklar suspenderade i jordens atmosfär, som fint damm, rök, pollen eller sot. Dessa partiklar sprider och absorberar solljus och är avgörande för bildandet av moln och nederbörd. Forskare kan analysera detta spridda ljus med hjälp av instrument som polarimetrar, som mäter färgen och polariseringen av det spridda ljuset, och lidarer, som använder lasrar för att mäta atmosfären. Tillsammans ger dessa datamängder nyckelinformation om aerosolegenskaper, inklusive storlek, form och kemisk sammansättning – information som ger en bättre förståelse och bedömning av deras effekter på vädret, klimat och luftkvalitet.

Innan den skjuts upp i rymden, luftburna versioner av satellitsensorer tar vanligtvis en provtur på NASA:s ER-2 höghöjdsflygplan. Plattformen, baserad på NASA:s Armstrong Flight Research Center i Palmdale, Kalifornien, flyger på höjder upp till 70, 000 fot (21, 336 meter), och ger en utsiktspunkt och förhållanden som liknar rymden. Genom att flyga dessa instrument på ett flygplan innan det kostar att skjuta upp dem i rymden, forskare och ingenjörer kan göra justeringar av hårdvaran och algoritmerna för datahämtning.

ER-2 gör det också möjligt för forskare att observera specifika händelser av intresse, som skogsbränder eller vulkanutbrott, att få en mer omfattande samling av olika typer av aerosoler under olika förhållanden. Flygplanstestfasen i sensorutvecklingen är till hjälp för att säkerställa att instrument samlar in både korrekta och användbara data innan den slutliga versionen av sensorerna gör sin resa ut i rymden.

Förutom att testa kapaciteten hos nya sensorer, ACEPOL-flygningar gav också kalibrerings- och utvärderingsdata för NASA:s Cloud-Aerosol Lidar och Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) satellitlidar genom att iscensätta satellitundergångar som en del av deras färdplaner. Förutom jämförelser med CALIPSO, ACEPOL bidrar också till utvecklingen av framtida satellituppdrag, inklusive Europeiska rymdorganisationens EarthCare, Europeiska organisationen för exploatering av meteorologiska satelliters meteorologiska operativa satellit – andra generationen (METOP-SG), och NASA:s Multi-Angle Imager for Aerosols (MAIA) och Plankton, Aerosol, Moln, ocean Ecosystem (PACE) program. MAIA byggs och hanteras av JPL.

Teamet genomförde nio flygningar som avslutades i mitten av november, observera mål som Kaliforniens Central Valley och Stilla havet, och så långt österut som Arizona, där teamet observerade rök från kontrollerade skogsbränder nära Flagstaff.

ER-2:ans nyttolast inkluderade fyra luftburna polarimetrar - Airborne Hyper-Angular Rainbow Polarimeter (AirHARP), JPL:s Airborne Multi-angle SpectroPolarimetric Imager (AirMSPI), Luftburen spektropolarimeter för planetarisk utforskning (AirSPEX) och forskningsskanningpolarimeter (RSP) - och två lidarinstrument - Cloud Physics Lidar (CPL) och High Spectral Resolution Lidar-2 (HSRL-2). Var och en av polarimetrarna använde olika tekniker och vinklar för att mäta och registrera data. Instrumenten skilde sig också från varandra i storlek och kraft. Ur ett ingenjörsperspektiv, det slutliga målet med ACEPOL-uppdraget var att bättre förstå hur dessa övergripande skillnader översätts till datainsamling.

Kombinationen av instrumenten polarimeter och lidar, tillsammans med markbaserade data från stationära luftkvalitetsmätstationer, ge forskare en mer fullständig bild av den tredimensionella fördelningen av aerosoler i jordens atmosfär. Att använda en mängd olika metoder för att samla in data gör det också möjligt för forskare att skilja mellan olika typer av aerosoler (t.ex. rök, damm, föroreningar) och moln (cirrus, stratus, etc.).