Yeni uzay tabanlı hava araçları veri toplamaya başladı

Uluslararası Uzay İstasyonundaki yenilikçi mini araçlar, ilk küresel nem ve okyanus rüzgarları haritalarını üretti.

Uluslararası Uzay İstasyonuna kurulduktan sonra, NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’nda tasarlanan ve üretilen iki küçük alete güç verildi ve 7 Ocak’ta Dünya’nın okyanus rüzgarları ve atmosferik su buharı hakkında veri toplamaya başladı – hava ve deniz tahminleri için gerekli olan kritik bilgiler . İki gün içinde, Kompakt Okyanus Rüzgarı Vektör Radyometresi (COWVR) ve Fırtınalar ve Tropik Sistemler için Geçici Deney (TEMPEST) cihazları, harita üretmeye başlamak için yeterli veriyi topladı.

COWVR ve TEMPEST, SpaceX’in NASA için 24. ticari ikmal göreviyle 21 Aralık 2021’de fırlatıldı. Her iki cihaz da Dünya’dan gelen doğal mikrodalga emisyonlarındaki değişiklikleri ölçen mikrodalga radyometrelerdir. ABD Uzay Kuvvetleri’nin Uzay Test Programı-Houston 8’in (STP-H8) bir parçası olan araçlar, şu anda yörüngede çalışan daha büyük araçlarla kalite bakımından karşılaştırılabilir veriler toplayabildiklerini göstermek için tasarlandı.

COWVR’den alınan bu yeni harita, uzay istasyonunun görebildiği tüm enlemlerde (52 derece kuzeyden 52 derece güneye) 34 gigahertz’de Dünya’dan gelen mikrodalga emisyonlarını gösteriyor. Bu özel mikrodalga frekansı, hava tahmincilerine okyanus yüzeyindeki rüzgarların gücü, bulutlardaki su miktarı ve atmosferdeki su buharı miktarı hakkında bilgi sağlar.

Haritadaki yeşil ve beyaz, daha yüksek su buharı ve bulutları gösterirken, okyanusun üzerindeki koyu mavi, daha kuru havayı ve açık gökyüzünü gösterir. Görüntü, tropikal nem ve yağmur (haritanın ortasında uzanan yeşil bant) ve okyanus boyunca hareket eden orta enlemdeki fırtınalar gibi tipik hava durumunu yakalar.

COWVR cihazını tasarlayan JPL teknoloji uzmanı Shannon Brown, “Harika bir başlangıç ​​yapıyoruz” dedi. “Bu veri kalitesini görevin bu kadar erken döneminde görmek, çok heyecan verici şeyler için zemin hazırlıyor.”

COWVR, klasik bir enstrüman tasarımının tamamen yeniden düşünülmesidir, TEMPEST ise enstrüman bileşenlerinin minyatürleştirilmesine yönelik uzun bir ilerlemenin ürünüdür. Başarılı olduklarını kanıtlamaya devam ederlerse, mevcut meteoroloji uydu filosunu daha düşük maliyetli uyduların tamamladığı yeni bir çağın kapısını aralayacaklar.

Enstrümanlar Nasıl Çalışır?

Radyometreler, yalnızca dar bir çizgi yerine Dünya yüzeyinin geniş bir alanını gözlemleyebilmeleri için dönen bir antene ihtiyaç duyarlar. Diğer tüm uzay kaynaklı mikrodalga radyometrelerde, yalnızca anten değil, aynı zamanda radyometrenin kendisi ve eşlik eden elektronik parçalar dakikada yaklaşık 30 kez döner. Bu kadar çok dönen parçaya sahip bir tasarımın bilimsel ve mühendislik açısından geçerli nedenleri vardır, ancak bu kadar çok hareketli kütle varken bir uzay aracını sabit tutmak zor bir iştir. Ayrıca, dönen ve aletin sabit tarafları arasında güç ve veri ileten mekanizmanın zaman alıcı ve inşasının zor olduğu kanıtlanmıştır.

Yaklaşık 57,8 kilogram ağırlığındaki COWVR, ABD ordusunun okyanus rüzgarlarını ölçmek için kullandığı mikrodalga radyometrenin kütlesinin beşte birinden daha azına sahiptir. Kütlesinin üçte birinden daha azı döner. Brown, gücü ve verileri eğirmeden sabit parçalara aktaran ayrı bir mekanizmaya duyulan ihtiyacı önlemek için, dönmesi gereken her şeyi bir döner tablaya monte etti.

O ve ekibi, gereken veri işlemenin karmaşıklığını artırarak, diğer bir deyişle donanım sorunlarına yazılım çözümleri bularak diğer tasarım yeniliklerini mümkün kıldı. Örneğin ekip, radyometrenin polarizasyon ölçümlerini kalibre etmek için kullanılan “sıcak hedef” olarak adlandırılan aletin bir parçasını bilinen polarize sinyaller üreten bir gürültü kaynağıyla değiştirdi. Kalibrasyon tamamlandığında, bu bilinen sinyaller, bir veri iletimindeki diğer herhangi bir gürültü gibi kaldırılabilir.

COWVR’nin yardımcı enstrümanı TEMPEST, uzaya bağlı elektronikleri daha kompakt hale getirmek için on yıllardır NASA’nın teknolojiye yaptığı yatırımın ürünüdür. 2010’ların ortalarında, JPL mühendisi Sharmila Padmanabhan, yeni tasarım konseptlerini ucuza test etmek için sıklıkla kullanılan çok küçük bir uydu türü olan bir CubeSat’ta kompakt bir sensörü paketleyerek hangi bilimsel hedeflere ulaşılabileceğini düşündü. Padmanabhan, “Hey, ‘Hey, bir sensörü bir CubeSat içinde kompakt bir şekilde paketlemeyi başarabilirsek, zamanla bulut, konveksiyon ve yağış ölçümlerini alabiliriz’ dedik” dedi. Bu ölçümler, fırtınaların nasıl büyüdüğüne dair daha fazla bilgi sağlayacaktır.

Padmanabhan’ın tasarımı ilk olarak 2018’den geçen Haziran’a kadar uzayda denendi. TEMPEST-D (“gösteri” için “D”) olarak bilinen bu CubeSat, atmosferdeki su buharını ölçtü ve birçok büyük kasırga ve fırtınanın görüntülerini yakaladı. Yeni konuşlandırılan TEMPEST, yaklaşık olarak büyük bir mısır gevreği kutusunun boyutunda ve 1,3 kilogramdan daha hafif ve yaklaşık 6 inç (15 santimetre) çapında bir antene sahip.

Anten boyutu, TEMPEST’in yalnızca su buharına duyarlı en kısa mikrodalga dalga boylarını en iyi şekilde gözlemleyebileceğini belirtir – COWVR’nin algıladıklarından yaklaşık 10 kat daha kısa. Daha küçük bir anten, kısa dalga boylarıyla daha iyi “eşleşir”, tıpkı bir flütün kısa hava sütununun kısa ses dalga boyları (yüksek notalar) için uygun olmasına benzer şekilde, bir tubanın uzun hava sütunu, düşük notaların uzun dalga boyları için daha iyidir .

COWVR ve TEMPEST’in birleşik verileri, hava durumu gözlemleri için kullanılan büyük mikrodalga radyometrelerde bulunan aynı ölçümlerin çoğunu sağlar. Araçlar ABD Uzay Kuvvetleri ve Deniz Kuvvetleri tarafından finanse edildi, ancak diğer ajanslardan, üniversitelerden ve ordunun şubelerinden kullanıcılar da ilgileniyor. Bu bilim adamları, okyanustan gelen ısının küresel hava modellerini nasıl beslediği gibi uzun süredir devam eden soruları incelemek için yeni düşük maliyetli mikrodalga sensör teknolojilerinden yararlanacak görev konseptleri üzerinde çalışıyorlar.