Глобальная навигационная спутниковая система «Циклон»
Тип миссии | Исследования погоды |
---|---|
Оператор | НАСА |
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 2016-078A , 2016-078B , 2016-078C , 2016-078D , 2016-078E , 2016-078F , 2016-078G , 2016-078H |
САТКАТ нет. | 41884, 41885, 41886, 41887, 41888, 41889, 41890, 41891 |
Веб-сайт | Cygnss-Мичиган |
Продолжительность миссии | Планируется: 2 года Прошло: 7 лет, 8 месяцев, 4 дня |
Свойства космического корабля | |
Производитель | |
Стартовая масса | 28,9 кг (64 фунта) каждый [ 1 ] [ 2 ] |
Размеры | 163,5 × 52,1 × 22,9 см (64,4 × 20,5 × 9,0 дюйма) [ 1 ] (Д х Ш х Г) |
Власть | 34,7 Вт |
Начало миссии | |
Дата запуска | 15 декабря 2016 г., 13:37:21 UTC [ 4 ] |
Ракета | Пегас XL F43 [ 2 ] |
Запуск сайта | Мыс Канаверал ( Звездочет ) |
Подрядчик | Орбитальная АТК |
Вступил в сервис | 23 марта 2017 г. [ 3 ] |
Орбитальные параметры | |
Справочная система | Геоцентрический |
Режим | Низкая Земля |
Большая полуось | 6903 км (4289 миль) |
Эксцентриситет | 0.00162 |
Высота перигея | 514 км (319 миль) |
Высота апогея | 536 км (333 миль) |
Наклон | 35 градусов |
Период | 95,1 минут |
Эпоха | 15 апреля 2017 г., 22:21:25 UTC [ 5 ] |
Инструменты | |
Инструмент доплеровского картирования задержки | |
» Глобальная навигационная спутниковая система «Циклон ( CYGNSS ) — это космическая система, разработанная Мичиганским университетом и Юго-Западным исследовательским институтом с целью улучшения прогнозирования ураганов за счет лучшего понимания взаимодействия между морем и воздухом вблизи центра шторма.
В июне 2012 года НАСА спонсировало проект на сумму 152 миллиона долларов, а Мичиганский университет возглавил его разработку. [ 6 ] [ 7 ] В число других участников разработки CYGNSS входят Southwest Research Institute , Sierra Nevada Corporation и Surrey Satellite Technology . [ 8 ]
Планировалось построить группировку из восьми микроспутников , которые будут запускаться одновременно с помощью одной ракеты-носителя. [ 9 ] на низкую околоземную орбиту , [ 7 ] [ 10 ] на высоте 500 км. [ 11 ] Программу планировалось запустить 12 декабря 2016 года, а затем наблюдать за двумя сезонами ураганов. [ 12 ] [ 13 ] Первому запуску помешали проблемы с насосом на самолете-носителе, но вторая попытка запуска состоялась 15 декабря 2016 года. В 2022 году один из спутников, FM06, внезапно прекратил работу. [ 14 ]
Обзор
[ редактировать ]Прогнозирование траекторий тропических циклонов с 1990 года улучшилось примерно на 50%; однако за тот же период не произошло соответствующего улучшения в прогнозировании интенсивности этих штормов. Лучшее понимание внутренней сути тропических штормов могло бы привести к улучшению прогнозов; однако текущие датчики не могут собрать данные достаточного качества о внутреннем ядре из-за затемнения окружающими его полосами дождя и нечастого отбора проб. Для улучшения моделей, используемых в прогнозах интенсивности, необходимы более качественные данные. [ 15 ] [ 16 ]
CYGNSS будет измерять поле ветра на поверхности океана, используя метод бистатической скаттерометрии, основанный на глобальных навигационных спутниковых систем сигналах (GNSS), в первую очередь GPS . [ 15 ] [ 16 ] Каждый спутник принимает как прямые сигналы GPS, так и сигналы, отраженные от поверхности Земли; прямые сигналы определяют положение микроспутника и обеспечивают привязку времени, а отраженные или «рассеянные» сигналы предоставляют информацию о состоянии морской поверхности. Шероховатость морской поверхности соответствует скорости ветра. [ 11 ] Использование сети из восьми небольших спутников позволяет проводить частые наблюдения: прогнозируется, что среднее время повторного посещения составит 7 часов. [ 15 ] [ 16 ] Восемь микроспутников вращаются под наклоном 35° и каждый из них способен измерять 4 одновременных отражения, что приводит к 32 измерениям ветра в секунду по всему земному шару. [ 11 ]
CYGNSS — это первая космическая миссия НАСА класса Earth Venture, являющаяся частью программы НАСА Earth Science System Pathfinder; [ 8 ] предыдущие выборы электромобилей были разделены между пятью дистанционного зондирования миссиями с воздуха. Двухлетняя миссия стартовала 15 декабря 2016 года после отсрочки с ноября 2016 года. [ 17 ] и 12 декабря 2016 г. [ 12 ] [ 18 ]
Научная цель
[ редактировать ]Научная цель CYGNSS — понять связь между свойствами поверхности океана, термодинамикой влажной атмосферы, радиацией и конвективной динамикой во внутреннем ядре тропического циклона. [ 11 ] Для достижения этой цели система будет измерять скорость ветра у поверхности океана во всех условиях выпадения осадков, включая те, которые наблюдаются в стенке глаза . Миссия также будет измерять скорость ветра на поверхности океана во внутреннем ядре шторма с достаточной частотой, чтобы определить происхождение и быстрое усиление шторма. В качестве дополнительной цели проект будет оказывать поддержку сообществу, занимающемуся оперативным прогнозированием ураганов, путем производства и предоставления данных о скорости ветра на поверхности океана. [ 11 ]
Инструменты
[ редактировать ]На каждом спутнике CYGNSS имеется прибор доплеровского картирования задержки (DDMI), состоящий из:
- приемник с отображением задержки (DMR)
- две антенны, направленные в надир
- одна зенитная антенна
Прибор принимает сигналы GPS , рассеянные поверхностью океана, для целей бистатической скаттерометрии . [ 11 ]
Запуск и ранние орбитальные операции
[ редактировать ]Миссия CYGNSS была запущена 15 декабря 2016 года в 13:37:21 UTC с помощью одной Pegasus XL ракеты воздушного базирования . Ракета была запущена с модифицированного Lockheed L-1011 самолета Orbital ATK компании Stargazer с позиции в 201 километре (125 миль) от побережья мыса Канаверал, Флорида . [ 4 ] [ 19 ] Попытка запуска 12 декабря была прервана из-за проблем с гидравлической системой, отделяющей ракету «Пегас» от самолета-носителя. [ 20 ] После запуска восемь микроспутников были выведены на орбиту начиная с 13:50 UTC и заканчивая в 13:52 UTC с помощью модуля развертывания, прикрепленного к третьей ступени Pegasus. Успешный радиосвязь с первым микроспутником был установлен в 16:42 по всемирному координированному времени. [ 21 ] Восьмой микроспутник был успешно установлен в 20:30 UTC. [ 22 ] К концу дня 15 декабря на всех восьми микроспутниках были развернуты солнечные батареи, они были направлены на солнце, а батареи заряжались в безопасном состоянии и были готовы к началу инженерных пуско-наладочных работ. [ 23 ]
Использование дифференциального сопротивления для регулировки расстояния между спутниками
[ редактировать ]Первые операции миссии были сосредоточены на техническом вводе в эксплуатацию спутников. [ 24 ] и корректировка расстояния между ними. Их относительное расстояние важно для достижения желаемой пространственной и временной выборки. [ 25 ] Расстояние между спутниками контролируется путем регулировки ориентации космического корабля и, как следствие, разницы в сопротивлении атмосферы между спутниками. Этот метод называется дифференциальным сопротивлением. Увеличение сопротивления снижает высоту спутника и увеличивает его орбитальную скорость. [ 26 ] Расстояние между космическими кораблями меняется в зависимости от их относительных скоростей. Это альтернативный способ управления расстоянием между созвездием спутников, в отличие от использования традиционного активного движения, и он значительно дешевле. Это позволяет построить больше спутников за ту же чистую стоимость, что приводит к более частому сбору данных о кратковременных экстремальных погодных явлениях, таких как тропические циклоны. [ 16 ] Маневры с дифференциальным сопротивлением проводились в течение первых полутора лет работы на орбите и привели к созданию хорошо рассредоточенной группировки, способной проводить измерения с желаемыми характеристиками выборки. [ 27 ] [ 28 ]
Наблюдения за ветром над океаном
[ редактировать ]Измерения скорости ветра производятся с помощью CYGNSS аналогично тому, как это делалось с предыдущими космическими радарами измерения океанского ветра, путем обнаружения изменений шероховатости поверхности, вызванных воздействием ветра у поверхности. [ 29 ] [ 30 ] Качество измерений определяется сравнением с почти совпадающими наблюдениями других датчиков ветра. Сравнения при низких и умеренных скоростях ветра (ниже 20 м/с, 45 миль в час, 72 км/ч) проводятся с результатами численного реанализа ветровой системы Глобальной системы ассимиляции данных NOAA и указывают на неопределенность в скорости ветра CYGNSS 1,4 м/с (3 мили в час). ; 5 км/ч), с большей неопределенностью при высоких скоростях ветра. [ 31 ] На скорости выше 45 миль в час и, в частности, при измерениях, проводимых внутри тропических циклонов, проводятся сравнения с почти совпадающими наблюдениями приборов измерения ветра на самолетах NOAA P-3, предназначенных для поиска ураганов, которые летали в места урагана в координации со спутниковыми эстакадами CYGNSS. [ 32 ] Сравнения показывают погрешность ветров CYGNSS в 11%. [ 33 ] Как и в случае с более низкими скоростями ветра, неопределенность увеличивается с увеличением скорости ветра. Измерения скорости океанского ветра CYGNSS в настоящее время включаются в модели численного прогноза ураганов. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] и модели штормовых нагонов [ 38 ] оценить улучшение своей деятельности. Изображения недавних и архивных измерений океанского ветра, как глобальных, так и отдельных штормов, доступны по адресу [1]. Архивировано 21 января 2019 года на Wayback Machine . Файлы числовых данных измерений скорости океанского ветра доступны по адресу [2] .
Наблюдения над сушей
[ редактировать ]CYGNSS работает непрерывно как над океаном, так и над сушей, а наземные измерения также содержат полезную информацию. Измерения чувствительны к поверхностной влажности почвы, а также к наличию и протяженности внутренних водоемов. [ 27 ] Влажность почвы оценивалась с использованием данных CYGNSS на многочисленных участках континентальной части США и оказалась в тесном соответствии с независимыми измерениями, выполненными наземными датчиками и другим спутником. [ 39 ] [ 40 ] Файлы числовых данных измерений влажности почвы доступны по адресу [3] . Также была продемонстрирована способность наземных данных CYGNSS обнаруживать и картировать масштабы затопления под густыми лесными пологами. [ 41 ] и эта возможность использовалась для создания замедленных изображений наводнений в Хьюстоне и Гаване и вокруг них после выхода на берег ураганов Харви и Ирма соответственно. [ 42 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «Пресс-кит CYGNSS» (PDF) . НАСА. 16 декабря 2016 г. Архивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2018 г. . Проверено 17 апреля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Грэм, Уильям (15 декабря 2016 г.). «Pegasus запускает группировку CYGNSS после выпуска Stargazer» . Космический полет НАСА . Проверено 17 апреля 2017 г.
- ^ «Группировка спутников НАСА CYGNSS переходит в фазу научных операций» . НАСА. 31 марта 2017 года. Архивировано из оригинала 29 июня 2017 года . Проверено 16 апреля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кларк, Стивен (15 декабря 2016 г.). «Стая «микроспутников» запущена для измерения ветра во время ураганов» . Космический полет сейчас . Проверено 16 апреля 2017 г.
- ^ «СИГНСС-Орбита» . Небеса-Выше. 15 апреля 2017 г.
- ^ «UM возглавит спутниковый проект НАСА стоимостью 152 миллиона долларов» . Ассошиэйтед Пресс . 19 июня 2012 года . Проверено 22 июня 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кларк, Стивен (21 июня 2012 г.). «НАСА финансирует спутниковую миссию по измерению ураганных ветров» . Космический полет сейчас . Проверено 22 июня 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б «НАСА выбирает недорогую, высокотехнологичную космическую систему для Земли» . НАСА . 18 июня 2012 года . Проверено 24 июня 2012 г.
- ^ «UM возглавит проект НАСА по прогнозированию ураганов стоимостью 150 миллионов долларов» . Мичиганский университет . 19 июня 2012. Архивировано из оригинала 23 июня 2012 года . Проверено 14 ноября 2016 г.
- ^ Олдридж, Джеймс (21 июня 2012 г.). «НАСА использует SwRI для исследования карт ураганов» . Бизнес-журнал Сан-Антонио . Проверено 22 июня 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж «Информационный бюллетень CYGNSS, октябрь 2014 г.». Архивировано 4 августа 2016 года в Wayback Machine Мичиганском университете . Проверено: 27 сентября 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Миссия СИГНСС» . Мичиганский университет . Проверено 11 февраля 2016 г.
- ^ «Мичиганский университет и НАСА объединяются для проекта спутника-урагана» . Мичиганское радио . 19 июня 2012 года . Проверено 11 апреля 2023 г.
- ^ «Записки с поля: поздравление созвездию CYGNSS с шестилетием» . Земная обсерватория НАСА . 15 декабря 2022 . Проверено 3 октября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «СИГНСС». Архивировано 15 марта 2013 года в Wayback Machine Мичиганском университете . Получено: 15 августа 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Руф, Кристофер С.; Атлас, Роберт; Чанг, Пол С.; Клариция, Мария Паола; Гаррисон, Джеймс Л.; Глисон, Скотт; Кацберг, Стивен Дж.; Желенак, Зорана; Джонсон, Джоэл Т. (26 июня 2015 г.). «Новая спутниковая миссия Ocean Winds для исследования ураганов и тропической конвекции» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 97 (3): 385–395. Бибкод : 2016BAMS...97..385R . дои : 10.1175/BAMS-D-14-00218.1 . ISSN 0003-0007 . S2CID 10991111 .
- ^ «Миссии — СИГНСС» . НАСА . 30 апреля 2013. Архивировано из оригинала 7 апреля 2014 года . Проверено 8 сентября 2013 г.
- ^ Леоне, Дэн (19 июня 2012 г.). «НАСА профинансирует группировку малых спутников для мониторинга ветра» . Космические новости . Архивировано из оригинала 3 февраля 2013 года . Проверено 22 июня 2012 г.
- ^ «Научные спутники НАСА «Ураган» отправлены на орбиту ракетой «Пегас» воздушного базирования» . Космический полет 101 . 15 декабря 2016 года . Проверено 16 апреля 2017 г.
- ^ « 'Доблестное устранение неполадок в воздухе' - Ураганная миссия CYGNSS» . blogs.nasa.gov . 12 декабря 2016 года . Проверено 12 декабря 2016 г.
- ^ Аллен, Боб (15 декабря 2016 г.). «Первый микроспутник CYGNSS здоров!» . НАСА . Проверено 16 апреля 2017 г.
- ^ Аткинсон, Джозеф (15 декабря 2016 г.). «Восемь за восемь! Связь со всеми спутниками установлена!» . НАСА . Проверено 16 апреля 2017 г.
- ^ Руф, Крис (15 декабря 2016 г.). «Сообщение от главного исследователя CYGNSS Криса Руфа» . НАСА . Проверено 16 апреля 2017 г.
- ^ Киллоу, Ронни; Шеррер, Джон; Роуз, Рэндалл; Броуди, Антонина; Редферн, Джиллиан; Смит, Кейт; Руф, Кристофер; Да, Терренс (9 августа 2017 г.). «Запуск и ранние операции CYGNSS: воспитание восьмерочек» . Конференция AIAA/УрГУ по малым спутникам .
- ^ Бюсси-Вират, CD; Руф, CS; Ридли, Эй Джей (2018). «Связь между временным и пространственным разрешением для группировки спутников GNSS-R». Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования . 12 :16–25. дои : 10.1109/JSTARS.2018.2833426 . ISSN 1939-1404 . S2CID 19175653 .
- ^ Финли, Т.; Роуз, Д. (2014). Астродинамика 2013: материалы конференции специалистов по астродинамике AAS/AIAA, состоявшейся 11–15 августа 2013 г., Хилтон-Хед, Южная Каролина, США . Том. 150. Американский институт аэронавтики и астронавтики. стр. 1397–1411. ISBN 978-087703605-0 .
- ^ Перейти обратно: а б Руф, Кристофер; Ридли, Аарон; Нейв, Кайл; Моррис, Мэри Г.; Ланг, Тимоти; Чу, Клара; Баласубраманиам, Раджешвари (8 июня 2018 г.). «Новая парадигма мониторинга окружающей среды Земли с помощью группировки малых спутников CYGNSS» . Научные отчеты . 8 (1): 8782. Бибкод : 2018НатСР...8.8782Р . дои : 10.1038/s41598-018-27127-4 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 5993737 . ПМИД 29884899 .
- ^ Бюсси-Вират, CD; Ридли, Эй Джей; Машер, А.; Нейв, К.; Интелисано, М. (2018). «Оценка операций дифференциального маневрирования в группировке CYGNSS». Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования . 12 :7–15. дои : 10.1109/JSTARS.2018.2878158 . ISSN 1939-1404 . S2CID 59234996 .
- ^ Джонс, В. Линвуд; Шредер, Лайл С.; Боггс, Дейл Х.; Бракаленте, Эмедио М.; Браун, Роберт А.; Доум, Джордж Дж.; Пирсон, Уиллард Дж.; Венц, Фрэнк Дж. (1982). «Спутниковый рефлектометр SEASAT-A: геофизическая оценка векторов ветра, измеренных с помощью дистанционного зондирования, над океаном». Журнал геофизических исследований: Океаны . 87 (С5): 3297–3317. Бибкод : 1982JGR....87.3297J . дои : 10.1029/JC087iC05p03297 . ISSN 2156-2202 .
- ^ Заворотный, В.У.; Воронович, АГ (2000). «Рассеяние сигналов GPS из океана с помощью приложения дистанционного зондирования ветра» (PDF) . Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 38 (2): 951–964. Бибкод : 2000ITGRS..38..951Z . дои : 10.1109/36.841977 . ISSN 0196-2892 .
- ^ Руф, CS; Глисон, С.; МакКейг, DS (2018). «Оценка неопределенности восстановления скорости ветра CYGNSS» (PDF) . Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования . 12 : 87–97. дои : 10.1109/JSTARS.2018.2825948 . ISSN 1939-1404 . S2CID 13966928 .
- ^ «Записки с поля — полет в ураган Харви» . Earthobservatory.nasa.gov . 20 января 2019 года . Проверено 20 января 2019 г.
- ^ «Заметки с поля: двухлетняя годовщина выхода CYGNSS на орбиту» . Earthobservatory.nasa.gov . 20 января 2019 года . Проверено 20 января 2019 г.
- ^ Чжан, С.; Пу, З. (2017). «Влияние скорости ветра у поверхности океана CYGNSS на численное моделирование урагана в экспериментах по моделированию системы наблюдения» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 34 (2): 375–383. Бибкод : 2017JAtOT..34..375Z . дои : 10.1175/jtech-d-16-0144.1 .
- ^ Аннан, Бахир (2018). «Исследование анализа HWRF и прогнозируемого влияния реалистично смоделированных наблюдений CYGNSS, ассимилированных как скалярные скорости ветра и векторы ветра VAM» . Ежемесячный обзор погоды . 146 (7): 2221–2236. Бибкод : 2018MWRv..146.2221A . дои : 10.1175/mwr-d-17-0240.1 .
- ^ Лейднер, С. (2018). «Вариационный анализ смоделированных ветров на поверхности океана с помощью глобальной навигационной спутниковой системы Cyclone (CYGNSS) и оценка с использованием регионального OSSE» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 35 (8): 1571–1584. Бибкод : 2018JAtOT..35.1571L . дои : 10.1175/jtech-d-17-0136.1 .
- ^ Куи, З., З. Пу, К. Руф, В. Таллапрагада, 2019a: Влияние данных CYGNSS на анализ тропических циклонов и прогнозы с использованием оперативного HWRF. 23-я конференция IOAS-ALOS, Annual Mtg, AMS, 6–10 января 2019 г., Финикс, Аризона.
- ^ Уорнок, апрель; Руф, Крис; Моррис, Мэри (2017). «Прогноз штормового нагона с лебединым ветром». Международный симпозиум IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию (IGARSS) 2017 г. стр. 2975–2978. дои : 10.1109/IGARSS.2017.8127624 . ISBN 978-1-5090-4951-6 . S2CID 25898619 .
- ^ Ким, Хёнглок; Лакшми, Венкат (2018). «Использование наблюдений глобальной навигационной спутниковой системы Cyclone (CyGNSS) для оценки влажности почвы» . Письма о геофизических исследованиях . 45 (16): 8272–8282. Бибкод : 2018GeoRL..45.8272K . дои : 10.1029/2018GL078923 . ISSN 1944-8007 . S2CID 53379291 .
- ^ Чу, CC; Смолл, Э.Э. (5 мая 2018 г.). «Измерение влажности почвы с использованием отражений космических спутников GNSS: сравнение отражательной способности CYGNSS с влажностью почвы SMAP» . Письма о геофизических исследованиях . 45 (9): 4049–4057. Бибкод : 2018GeoRL..45.4049C . дои : 10.1029/2018gl077905 . ISSN 0094-8276 . S2CID 134962064 .
- ^ Дженсен, Кэтрин; Макдональд, Кайл; Подест, Эрика ; Родригес-Альварес, Нереида; Хорна, Вивиана; Штайнер, Николас (7 сентября 2018 г.). «Оценка GNSS-рефлектометрии L-диапазона и радара формирования изображений для обнаружения динамики подпологового затопления в комплексе тропических водно-болотных угодий» . Дистанционное зондирование . 10 (9): 1431. Бибкод : 2018RemS...10.1431J . дои : 10.3390/rs10091431 . ISSN 2072-4292 .
- ^ Чу, Клара; Ригер, Джон Т.; Смолл, Эрика (19 июня 2018 г.). «Карта данных CYGNSS о наводнениях во время сезона ураганов в Атлантике в 2017 году» . Научные отчеты . 8 (1): 9336. Бибкод : 2018NatSR...8.9336C . дои : 10.1038/s41598-018-27673-x . ISSN 2045-2322 . ПМК 6008409 . ПМИД 29921941 .