Atlantens orkansäsong 2020 var en av de mest brutala som någonsin registrerats, producerar en aldrig tidigare skådad 30 namngivna stormar. Vad mer, en rekordbindande 10 av dessa stormar karakteriserades som snabbt intensifierade – en del drog upp med 100 miles per timme på mindre än två dagar.

För att ge mer data till prognosmakare och ha en mer konsekvent övervakning av jordens tropiska bälte där dessa stormar bildas, NASA har skjutit upp en testsatellit, eller vägsökare, före en konstellation av sex vädersatelliter som kallas TROPICS (Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats). Planerad för lansering 2022, TROPICS-satelliterna kommer att arbeta tillsammans för att tillhandahålla mikrovågsobservationer nästan varje timme av en storms nederbörd, temperatur, och luftfuktighet – en återbesökstid för dessa mätningar som för närvarande inte är möjliga med andra satelliter.

"Som en livslång Floridian, Jag har själv sett den förödande inverkan som orkaner kan ha på våra samhällen. Och eftersom klimatförändringarna gör orkaner ännu starkare, det är viktigare än någonsin att NASA och våra partners investerar i uppdrag som TROPICS för att bättre spåra och förstå extremväder, " sa NASA-administratör Bill Nelson. "NASA:s innovation stärker datamodeller som hjälper forskare att förbättra stormprognoser och förstå faktorerna som matar dessa monsterstormar. TROPICS kommer att hjälpa till att göra just det och vi ser fram emot nästa års uppskjutning av TROPICS satellitkonstellation."

"TROPICS är början på en ny era. Detta uppdrag kommer att vara bland de första som använder en konstellation av små satelliter för dessa typer av globala, snabba återbesök av tropiska stormar, sa Scott Braun, TROPICS-projektets forskare och en forskningsmeteorolog vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Eftersom tropiska cykloner och orkaner kan förändras snabbt när de färdas över havet, de ökade observationerna från TROPICS-satelliterna kommer inte bara att främja vetenskapen om att förstå stormens intensitet, de kan också förbättra intensitetsprognoserna.

"Projektet har ett stort löfte att stärka NOAA:s stadiga förbättringar av väder- och orkanprognoser genom att mata in ny miljödata i våra numeriska väderprognosmodeller i världsklass, sa Frank Marks, chef för orkanforskningsavdelningen vid NOAA:s Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory. Efter att alla sex satelliterna har skjutits upp och placerats 2022, "denna nya konstellation kommer att ge högfrekventa temperatur- och luftfuktighetsljud när vi försöker lära oss hur orkaner interagerar med den omgivande temperatur- och fuktmiljön - nyckeldata som kan förbättra orkanintensitetsprognoser."

Ett kritiskt steg för att förbereda sig för konstellationen är uppskjutningen av en sökvägssatellit, en sjunde identisk kopia av TROPICS smallsats, som kommer att möjliggöra fullständig testning av tekniken, kommunikationssystem, databehandling, och dataflöde till applikationsanvändare innan konstellationen lanseras. Detta kommer att ge tid för justeringar av marksystemet och dataprodukter, hjälpa till att säkerställa framgången för TROPICS-uppdraget.

"TROPICS Pathfinder-satelliten liknar en visning före öppningskvällen av en stor show, sa Nicholas Zorn, programledaren för Pathfinder från MIT Lincoln Laboratory. "Dess uppdrag är en verklig värld, end-to-end test, från miljöverifiering till integration, lansera, markkommunikation, driftsättning, kalibrering, operationer, och vetenskaplig databehandling. Alla förbättringsområden som identifieras längs vägen kan förstärkas innan konstellationen lanseras."

MIT Lincoln Laboratorys William Blackwell är TROPICS huvudutredare. Sex år sedan, han lämnade in TROPICS som ett förslag till NASA:s Earth Venture Instrument-tävlingsserie och tilldelades finansiering. Earth Venture Instrument-programmet kräver innovativa, vetenskapsdriven, kostnadseffektiva uppdrag för att lösa akuta frågor relaterade till geovetenskap.

Ombord på varje TROPICS liten satellit finns ett instrument som kallas en mikrovågsradiometer, som känner av temperatur, fukt, och nederbörd i atmosfären. På aktuella vädersatelliter, mikrovågsradiometrar är ungefär lika stora som en tvättmaskin. På TROPICS små satelliter är radiometrarna ungefär lika stora som en kaffemugg.

Mikrovågsradiometrar fungerar genom att detektera den termiska strålningen som naturligt avges av syre och vattenånga i luften. TROPICS-instrumentet mäter dessa emissioner via en antenn som snurrar i ena änden av satelliten. Antennen lyssnar in på 12 mikrovågskanaler mellan 90 till 205 gigahertz, där de relevanta emissionssignalerna är starkast. Dessa kanaler fångar upp signaler på olika höjder i det lägsta lagret av atmosfären, eller troposfären, där det mesta vädret vi upplever inträffar.

Genom att flyga TROPICS-radiometrarna på lägre höjd och upptäcka färre kanaler än deras större motsvarigheter, i de kanaler de bär, radiometrarna ger jämförbar prestanda.

Miniatyrisering av mikrovågsradiometern har varit en stegvis process under de senaste 10 åren för Blackwell och hans team, sporrade av uppfinningen av CubeSats, satelliter lika stora som ett bröd som ofta är ekonomiska att skjuta upp. TROPICS bygger på Blackwell och hans teams framgång 2018 med att lansera den första mikrovågsradiometern på en CubeSat för att samla in atmosfärisk profileringsdata. Instrumentet ombord på TROPICS sex satelliter har uppgraderats för att ge förbättrad känslighet, upplösning och tillförlitlighet och kommer att göra mer riktade och snabba väderobservationer.

"De här stormarna påverkar många människor, och vi förväntar oss att med de ökade observationerna över en enda storm från TROPICS, vi kommer att kunna förbättra prognoser, vilket innebär att hjälpa människor att komma i säkerhet snabbare, skydda egendom, och totalt sett förbättra den nationella ekonomin, "Blackwell säger, ser fram emot den fullständiga lanseringen av konstellationen nästa år. "Det är fantastisk teknik som vi har bevisat som gör att vi kan maximera vetenskapen från instrumentets storleksfaktor. Att få till det här har tagit bidrag från så många människor."