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Tiny Satellites erste globale Karte der Eiswolken

Tiny Satellites erste globale Karte der Eiswolken

Von der Internationalen Raumstation aus sehen Astronauten große weiße Wolken, die sich über den Planeten ausbreiten. Sie können eine graue Regenwolke nicht von einer geschwollenen weißen Wolke unterscheiden. Während Satelliten durch viele Wolken sehen und den flüssigen Niederschlag schätzen können, den sie halten, können sie die kleineren Eispartikel nicht sehen, die enorme Regenwolken verursachen.

Ein experimenteller kleiner Satellit hat diese Lücke gefüllt und das erste globale Bild der kleinen gefrorenen Partikel in Wolken aufgenommen, die normalerweise als Eiswolken bezeichnet werden.

IceCube, das im Mai 2017 von der Raumstation aus operiert, testet Instrumente auf ihre Fähigkeit, die kleinen, gefrorenen Kristalle, aus denen Eiswolken bestehen, im Weltraum zu messen. “Starke Regenfälle entstehen durch Eiswolken”, sagte Dong Wu, Leiter des IceCube-Projekts am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland.

Eiswolken beginnen als kleine Partikel hoch in der Atmosphäre. Durch die Aufnahme von Feuchtigkeit wachsen die Eiskristalle und werden schwerer, so dass sie in niedrigere Höhen fallen. Schließlich werden die Teilchen so schwer, dass sie fallen und schmelzen, um Regentropfen zu bilden. Die Eiskristalle können auch einfach in der Luft bleiben.

Wie andere Wolken beeinflussen auch Eiswolken das Energiebudget der Erde, indem sie entweder die Energie der Sonne reflektieren oder absorbieren und die Emission von Wärme von der Erde in den Weltraum beeinflussen. Daher sind Eiswolken Schlüsselvariablen in Wetter- und Klimamodellen.

Dies ist ein Dreimonatsdurchschnitt der Eiswolken. Die hellsten Peakflächen repräsentieren die größte Konzentration von Eiswolken. Sie sind auch die Stellen mit starken Niederschlägen darunter. Sie reichen bis zur Spitze der Troposphäre aus der tiefen Konvektion, die normalerweise in den Tropen am stärksten ist.

Die Messung des atmosphärischen Eises auf globaler Ebene ist nach wie vor höchst unsicher, da Satelliten die Menge an kleinen Eispartikeln in den Wolken nicht erkennen konnten, da diese Partikel zu undurchlässig für Infrarot- und sichtbare Sensoren sind. Um diese Einschränkung zu überwinden, wurde IceCube mit einem Submillimeter-Radiometer ausgestattet, das die fehlende Empfindlichkeit zwischen Infrarot- und Mikrowellenwellenlänge überbrückt.

Obwohl es nur 10 Pfund wiegt und ungefähr so ​​groß wie ein Laib Brot ist, ist IceCube ein echtes Raumfahrzeug, komplett mit dreiachsiger Lageregelung, ausfahrbaren Solar-Arrays und einer entfaltbaren UHF-Kommunikationsantenne. Der CubeSat dreht sich wie ein Teller, der sich auf einer Stange dreht, um seine Achse. Es zeigt auf die Erde, um eine Messung durchzuführen, und betrachtet dann den kalten Raum, um ihn zu kalibrieren.

Ursprünglich eine 30-tägige Technologiedemonstrationsmission, ist IceCube noch fast ein Jahr später in erdnaher Umlaufbahn voll einsatzfähig, misst Eiswolken und liefert Daten, die “gut genug sind, um echte Wissenschaft zu betreiben”, sagte Wu.

“Der schwierige Teil bei der Entwicklung des CubeSat ist es, die kommerziellen Teile im Weltraum haltbar zu machen”, sagte Tom Johnson, Goddards Small Satellite Manager, der bei der NASA Wallops Flight Facility in Virginia stationiert ist. “Wir haben kommerzielle Komponenten für IceCube gekauft und viel Zeit damit verbracht, die Komponenten zu testen, um sicherzustellen, dass jedes Teil funktioniert.”

Im vergangenen Jahr testeten Ingenieure die Grenzen des Satelliten im Orbit. Sie wollten sehen, ob die Batterien des Geräts genug Energie für 24 Stunden gespeichert haben. IceCube lädt seine Batterien, wenn die Sonne auf seine Solaranlagen scheint. Während des Tests verhinderten Sicherheitsvorkehrungen, dass der Satellit seine gesamte Macht verlor und die Mission beendete; Der Test war jedoch erfolgreich. Die Batterien betrieben den IceCube die ganze Nacht und wurden während des Tages wieder aufgeladen. Diese Änderung hat den CubeSat für die Sammlung von wissenschaftlichen Daten wertvoller gemacht.

Während das IceCube-Team plante, 30 Tage im Weltraum zu operieren, “kostet es nicht viel, weiterzumachen”, sagte Johnson, “deshalb haben wir die Mission aufgrund der herausragenden Wissenschaft, die IceCube durchführt, erweitert. Wir laden sie herunter Daten acht bis zehn Mal pro Woche. Selbst wenn wir eine Woche verpassen, kann der CubeSat ein paar Wochen Daten speichern. ”

Johnson sagt, er ist nicht überrascht, wie lange IceCube gedauert hat. “Es wird etwa ein Jahr dauern, wenn es wieder in die Erdatmosphäre eintreten und verbrennen wird.”

Das IceCube-Team baute die Raumsonde mit Mitteln des NASA-Programms “In-Space Validation of Earth Science Technologies (InVEST)” der Earth Science Technology Office (ESTO) und der CubeSat-Initiative der Wissenschaftsmissionsdirektion der NASA.

Kleine Satelliten, einschließlich CubeSats, spielen eine zunehmend größere Rolle in der Exploration, Technologiedemonstration, wissenschaftlichen Forschung und Bildungsuntersuchungen bei der NASA. Sie wurden in der planetaren Weltraumforschung, der fundamentalen Erd- und Weltraumwissenschaft und bei der Entwicklung von Vorstufen-Wissenschaftsinstrumenten wie hochmoderner Laserkommunikation, Satelliten-zu-Satellit-Kommunikation und autonomen Bewegungsfähigkeiten verwendet.

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