Designad för att upptäcka potentiella naturrisker och hjälpa forskare att mäta hur smältande landis kommer att påverka havsnivåhöjningen, rymdfarkosten NISAR markerar ett stort steg när det tar form.

En jordsatellit i SUV-storlek som kommer att utrustas med den största reflektorantenn som någonsin lanserats av NASA tar form i renrummet på byråns Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. Kallas NISAR, det gemensamma uppdraget mellan NASA och den indiska rymdforskningsorganisationen (ISRO) har stora mål:Genom att spåra subtila förändringar i jordens yta, den kommer att upptäcka varningstecken på förestående vulkanutbrott, hjälpa till att övervaka grundvattenförsörjningen, spåra smälthastigheten för inlandsisar kopplade till havsnivåhöjningen, och observera förändringar i fördelningen av vegetation runt om i världen. Övervakning av den här typen av förändringar i planetens yta över nästan hela jordklotet har inte gjorts tidigare med den höga upplösning i rum och tid som NISAR kommer att leverera.

Rymdfarkosten kommer att använda två typer av syntetisk bländarradar (SAR) för att mäta förändringar i jordens yta, därav namnet NISAR, vilket är en förkortning för NASA-ISRO SAR. Satelliten kommer att använda en trådnätsradarreflektorantenn med en diameter på nästan 40 fot (12 meter) i slutet av en 30 fot lång (9 meter lång) bom för att skicka och ta emot radarsignaler till och från jordens yta. Konceptet liknar hur väderradarer studsar signaler från regndroppar för att spåra stormar.

NISAR kommer att upptäcka rörelser av planetens yta så små som 0,4 tum (en centimeter) över områden som är ungefär lika stora som en halv tennisbana. Lanseras tidigast 2022, satelliten kommer att skanna hela världen var 12:e dag under sitt treåriga primära uppdrag, avbilda jordens land, isflak, och havsis på varje omloppsbana.

Aktiviteter som att hämta dricksvatten från en underjordisk akvifer kan lämna tecken på ytan:Ta ut för mycket vatten, och marken börjar sjunka. Rörelsen av magma under ytan innan ett vulkanutbrott kan få marken att röra sig också. NISAR kommer att tillhandahålla högupplösta time-lapse radarbilder av sådana skift.

En satellit för alla väder

Den 19 mars, NISARs församling, testa, och lanseringsteamet på JPL fick en viktig utrustning – S-band SAR – från sin partner i Indien. Tillsammans med L-band SAR från JPL, de två radarerna fungerar som det bultande hjärtat i uppdraget. "S" och "L" betecknar våglängden för deras signal, med "S" på cirka 4 tum (10 centimeter) och "L" cirka 10 tum (25 centimeter). Båda kan se genom föremål som moln och löv på ett skogstak som hindrar andra typer av instrument, även om L-band SAR kan tränga längre in i tät vegetation än S-band. Denna förmåga kommer att göra det möjligt för uppdraget att spåra förändringar i jordens yta dag eller natt, regn eller solsken.

"NISAR är en allväderssatellit som kommer att ge oss en aldrig tidigare skådad förmåga att se hur jordens yta förändras, sade Paul Rosen, NISAR-projektforskare vid JPL. "Det kommer att vara särskilt viktigt för forskare som har väntat på den här typen av tillförlitlighet och konsistens för att verkligen förstå vad som driver jordens naturliga system - och för människor som hanterar naturliga faror och katastrofer som vulkaner eller jordskred."

Båda radarerna fungerar genom att studsa mikrovågssignaler bort från planetens yta och registrera hur lång tid det tar för signalerna att återvända till satelliten samt deras styrka när de återvänder. Ju större antenn som sänder och tar emot signalerna, desto högre är den rumsliga upplösningen av datan. Om forskare ville se något omkring 150 fot (45 meter) över med en satellit i låg omloppsbana om jorden som driver en L-bandsradar, de skulle behöva en antenn nästan 14, 000 fot (4, 250 meter) lång – motsvarande cirka 10 Empire State Buildings staplade ovanpå varandra. Att skicka något i den storleken ut i rymden är helt enkelt inte genomförbart.

Ändå hade NISARs uppdragsplanerare ambitioner att spåra ytförändringar med en ännu högre upplösning – ner till cirka 20 fot (6 meter) – vilket kräver en ännu längre antenn. Det är därför som projektet använder SAR-teknik. As the satellite orbits Earth, engineers can take a sequence of radar measurements from a shorter antenna and combine them to simulate a much larger antenna, giving them the resolution that they need. And by using two wavelengths with complementary capabilities—S-SAR is better able to detect crop types and how rough a surface is, while L-SAR is better able to estimate the amount of vegetation in heavily forested areas—researchers can get a more detailed picture of Earth's surface.

Testing, Testing...

So the arrival of the S-band system marked a big occasion for the mission. The equipment was delivered to the JPL Spacecraft Assembly Facility's High Bay 1 clean room—the same room where probes used to explore the solar system, like Galileo, Cassini, and the twin Voyager spacecraft, were built—to be unboxed over the course of several days. "The team is very excited to get their hands on the S-band SAR, " said Pamela Hoffman, NISAR deputy payload manager at JPL. "We had expected it to arrive in late spring or early summer of last year, but COVID impacted progress at both ISRO and NASA. We are eager to begin integrating ISRO's S-SAR electronics with JPL's L-SAR system."

Engineers and technicians from JPL and ISRO will spend the next couple of weeks performing a health check on the radar before confirming that the L-band and S-band SARS work together as intended. Then they'll integrate the S-SAR into part of the satellite structure. Another round of tests will follow to make sure everything is operating as it should.

"NISAR will really open up the range of questions that researchers can answer and help resource managers monitor areas of concern, " said Rosen. "There's a lot of excitement surrounding NISAR, and I can't wait to see it fly."