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NASA团队构建了与CubeSat兼容的气溶胶检测仪器

互联网 2019-08-01 10:48:49

美国国家航空航天局的一个团队已经建造了一种小型仪器,它将比现有仪器更全面地测量空气中自然发生和人为物质的斑点,这些物质会对人类健康和气候产生不利影响。

在仪器 - 多角度平流层气溶胶辐射计(MASTAR) - 准备好迎接黄金时段之前,它首先将搭乘高空科学气球,以展示其在地球表面以上19英里的亚轨道环境中的表现。仍在寻找飞行机会。

一旦MASTAR完成测试,构建仪器的团队就希望将它放在一个小型,相对便宜的CubeSats星座上,以收集那些普遍存在的物质斑点的同时多点测量结果,也称为气溶胶粒子或气溶胶,可以找到在空中海洋,沙漠,山脉,森林,冰和其间的每个生态系统。

“了解[气溶胶]的去向在经济上是重要的。从地面上的一个地方进行的测量不会为您提供所需的信息,”科学系统与应用公司的科学家Matt DeLand说道。团队在美国宇航局戈达德太空飞行中心开发MASTAR。“在多个航天器上飞行这些仪器将为我们提供我们所需的全球测量。”

气溶胶:好的,坏的和丑的

尽管气溶胶体积小,但它们对地球的气候和人类健康都有重大影响,既有坏也有好处。

大约90%的气溶胶具有天然来源。火山和森林火灾分别将大量灰烬和部分燃烧的有机碳注入空气中。一旦进入地球的高层大气层 - 平流层,这些气溶胶可持续数月,为商业客机带来问题,例如在高海拔地区巡航。2010年冰岛的Eyjafjallajökull火山爆发,由于取消或改变航班,导致航空业损失26亿美元。

其余10%的气溶胶来自汽车,焚化炉,冶炼厂和发电厂,以及森林砍伐,过度放牧,干旱和过度灌溉。它们共同造成污染和空气质量差,对呼吸道疾病患者特别有害。

与大型气溶胶测量仪器相比,MASTAR具有两个明显的优势:多视角,这将使科学家能够更全面地计算沿地球地平线观测到的平流层气溶胶的类型和分布,以及它的小尺寸,非常适合飞行CubeSat平台。图片来源:NASA / Paul Padget

虽然气溶胶可以对低海拔地区的人类健康和商业企业产生不利影响,但它们确实可以在更高的海拔高度提供益处。它们将太阳光反射回太空,基本上在地球上投射了一层冷却毯。这抵消了由于在地表捕获热量的温室气体增加而引起的一些全球变暖。鉴于它们为地球降温的能力,地球发动机已假定将气溶胶注入大气层,以此作为减少全球供暖的一种方法。

MASTAR的灵感来自臭氧绘图和剖析套件(OMPS)肢体剖面仪,这是三种仪器之一,构成了在Suomi核电站航天器上飞行的一套仪器,这是NASA与国家海洋和大气管理局(NOAA)的联合任务。Suomi NPP于2011年推出,是研究长期气候变化的下一代地球观测系统的先驱。

MASTAR的优势

MASTAR与其较大的近亲相比具有两个明显的优势:它的多个视角,这将使科学家能够更全面地计算沿地球地平线观测到的平流层中气溶胶的类型和分布; DeLand说,它的体积小,非常适合在微小的CubeSat平台上飞行。

与肢体剖面仪不同,它通过在绕地球轨道运行的Suomi核电站航天器后面向后观察地球的地平线,MASTAR将收集八个位置或孔径的测量值,向前,向后和沿着两侧。它从这八个孔中聚集的光线通过微型透镜和锥形镜子导向仪器的探测器。

“我们正在寻找多个方向,”德兰说。“气溶胶从某些角度反射得更好。”

为了实现通过CubeSat收集多点,同步测量的目标,通常不超过一条面包,DeLand和他的团队不得不缩小仪器的尺寸。它适用于3U CubeSat,一侧大约4英寸(10.16厘米),长1英尺(30.48厘米)。通过额外的ESTO支持,该团队正在开发外壳和抗寒软件,以便在气球飞行期间在近太空环境中操作仪器。

其他应用

DeLand认为MASTAR最终可用于其他科学研究。“通过对仪器的轻微修改,我们可以测量水蒸气和其他性能,”他说。“这种仪器的应用程序不止一个。”

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