Angela Crews, en doktorand vid institutionen för flyg- och astronautik, var medförfattare till en studie som jämför väderdata som samlats in med låg kostnad, satelliter i skokartong med det som samlas in av mycket större, dyrare traditionell vädersatellit. Kredit:Jay Friedlander/NASA
Stora stormar blir allt större. Tyfonen Jebi blev den starkaste tropiska cyklonen som drabbat Japan på 25 år och dödade minst 10 personer den gångna sommaren. Orkanen Florence imponerade även veteranmeteorologer med sin kraftfulla kombination av kraftiga vindar och extrem fukt när den landade i North Carolina den 14 september.
Nu, vissa MIT-forskare säger att det bästa sättet att studera och förstå dessa monsterstormar är att göra satelliterna som spårar dem mindre.
En grupp forskare från MIT:s avdelning för flyg- och astronautik, ledd av Ph.D. kandidat Angela "Angie" Crews och docent Kerri Cahoy, i samarbete med Vince Leslie och William Blackwell vid MIT Lincoln Laboratory, har publicerat en ny studie som jämför väderdata som samlats in av en CubeSat – en lågprissatellit ungefär lika stor som en skokartong – med data från en traditionell vädersatellit.
"Satten är att den här lilla satelliten samlade in data som är lika bra som data från en regeringssatellit för miljarder dollar, " säger Crews, tidningens huvudförfattare, "Kalibrering och validering av små passiva mikrovågsradiometrar:MicroMAS-2A och TROPICS." Forskningen presenterades vid en konferens av SPIE, det internationella samhället för optik och fotonik.
CubeSats har ett antal fördelar jämfört med större kusiner som NOAA-20-satelliten, som väger nästan 2, 300 kg, medan den lilla MicroMAS-2A väger mindre än 4 kg. NOAA-20 tog åtta år från det att kontraktet tilldelades tills det var i drift i rymden, medan CubeSats kan byggas och distribueras på ett eller två år.
"Du kan bygga dem snabbare, vilket innebär att du kan sätta på ny teknik snabbare istället för att vänta 10 år på infusion av ny teknik på ett statligt program, " säger Cahoy.
Stora satelliter behöver också sin egen dedikerade bärraket, men CubeSats kan stuvas undan som sekundära nyttolaster närhelst en bärraket har lite extra nyttolastutrymme.
CubeSats har vissa nackdelar jämfört med sina större anhöriga, som en kortare livslängd och det faktum att de har ett mer begränsat utbud av instrument. MicroMAS-2-satelliten, som mäter temperaturen, vattenånga, och molnis i atmosfären, är i grunden en plattform för en enda 10-kanals scanningsmikrovågsradiometer monterad i en roterande kub i ena änden av satelliten.
MIT AeroAstro Professor Kerri Cahoy är medlem i ett team som utvecklat ett nytt sätt att kalibrera CubeSats. Kredit:William Litant/MIT
Men det viktigaste med CubeSats väder är inte nödvändigtvis vad de kan göra ensamma, det är vad flera CubeSats kan åstadkomma tillsammans. När syre och vattenånga naturligt avger signaler i mikrovågsdelen av det elektromagnetiska spektrumet och dessa signaler mäts på olika höjder av flera satelliter i en konstellation med låg omloppsbana, de har den kombinerade effekten av instrumenten på en större satellit, och matas in i vädermodeller där data används för förbättrad modellering och prognoser av orkaner, tropiska stormar och åskväder, inklusive 3D-rekonstruktion.
"En konstellation av CubeSats låter dig få data över samma plats flera gånger på samma dag, vilket inte är möjligt med de vanliga statliga vädersatelliterna just nu, som kanske ger dig data över samma plats en gång i veckan, " säger Cahoy. "Om du spårar en tropisk storm eller en orkan och du vill använda data för att uppdatera dina prognosmodeller, det är inte så bra som du skulle vilja ha det."
Det är där MIT Lincoln Laboratorys TROPICS-projekt (Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats) kommer in. TROPICS, ledd av Bill Blackwell, består av en konstellation av sex CubeSats i tre lågomloppsplan som förväntas vara fullt utplacerade någon gång under 2020.
"TROPIKER, särskilt, är egentligen inriktat på att titta på tropiska cykloner, där de inre kärnförhållandena kan förändras mycket snabbt, " säger Crews. "Så, om vi har konstellationen där uppe kan vi lära oss mycket mer om tropiska livscykler, och vi kan lära oss om faktorer som påverkar intensiteten och bara få mycket mer data och verkligen karakterisera dessa tropiska cykloner bättre."
En annan fördel som större satelliter har jämfört med CubeSats är att de är lättare att kalibrera. Men besättningar, Cahoy och MIT-teamet hittade ett nytt sätt att förbättra kalibreringen i MicroMAS-2A. Eftersom MicroMAS-2A bär en radiometer som snurrar 30 gånger i minuten, de fann att den upplevde sol- och månintrång (tillfällen då solen eller månen gick in i skanningsfältet och påverkade satellitens mätningar) i mycket högre takt. Där NOAA-20-instrumentet skulle uppleva kanske 44 intrång under loppet av ett år, MicroMAS-2A skulle uppleva 5, 700. Så istället för att kassera uppgifterna eller korrigera för dem, de planerar att använda intrången som en kalibreringskälla eftersom de är så frekventa.
Forskarna säger att de bara skrapar på ytan av vad CubeSats kan göra, och att de under de kommande åren kunde ha betytt banbrytande framsteg inom handeln, frakt, och militära tillämpningar.
"CubeSats kommer att fortsätta att låta oss testa nya och bättre teknologier – nya chips, ny elektronik, nya sensorer – snabbare eftersom vi kan komma i omloppsbana snabbare för att se hur de fungerar, och göra ett bättre jobb med att designa dessa instrument, kostar alla mindre pengar och skaffa oss mer data, " säger Cahoy.
Tillägger Crews:"Det är en spännande tid att vara i fältet."
Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.
