QuikSCAT
 Художественная концепция QuikSCAT | |
| Тип миссии | Наблюдение Земли |
|---|---|
| Оператор | НАСА / Лаборатория реактивного движения |
| ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 1999-034А |
| САТКАТ нет. | 25789 |
| Веб-сайт | ветры |
| Продолжительность миссии | 10 лет 4 месяца (достигнуто) 25 лет, 1 месяц, 15 дней (на орбите) |
| Свойства космического корабля | |
| Производитель | Болл Аэрокосмический |
| Стартовая масса | 970 кг (2140 фунтов) |
| Власть | 874 Вт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 19 июня 1999 г., 02:15:00 UTC |
| Ракета | Титан II(23)Г |
| Запуск сайта | Ванденберг SLC-4W |
| Конец миссии | |
| Деактивирован | 2 октября 2018 г. |
| Орбитальные параметры | |
| Справочная система | Геоцентрический |
| Режим | Солнечно-синхронный |
| Большая полуось | 7180,8 км (4461,9 миль) |
| Эксцентриситет | 0.0001431 |
| Высота перигея | 807,9 километров (502,0 миль) |
| Высота апогея | 809,8 километров (503,2 миль) |
| Наклон | 98,6175 градусов |
| Период | 100,93 минуты |
| СТО | 101,8215 градусов |
| Аргумент перигея | 71,6425 градусов |
| Средняя аномалия | 308,4160 градусов |
| Среднее движение | 14.27019630 |
| Интервал повторения | ≈4 дня (57 витков) |
| Эпоха | 30 сентября 2013 г., 12:15:56 UTC |
| Революция нет. | 74382 |
| Основной скаттерометр | |
| Имя | Морские Ветры |
| Разрешение | Номинал 25 км Стандарт (5 и 12,5 км спец. [ нужны разъяснения ] ) |
НАСА , QuikSCAT ( Быстрый скаттерометр ) был спутником наблюдения Земли оснащенным SeaWinds скаттерометром . Его основной задачей было измерение приземного ветра скорости и направления над свободными ото льда мировыми океанами посредством его воздействия на водные волны . Наблюдения QuikSCAT имели широкий спектр применений и способствовали, среди прочего, климатологическим исследованиям, прогнозированию погоды, метеорологии, океанографическим исследованиям, морской безопасности, коммерческому рыболовству, отслеживанию крупных айсбергов, изучению наземного и морского льда. Этот скаттерометр SeaWinds называется скаттерометром QuikSCAT, чтобы отличить его от почти идентичного скаттерометра SeaWinds, установленного на спутнике ADEOS-2 .
Описание миссии
[ редактировать ]QuikSCAT был запущен 19 июня 1999 года с первоначальным трехлетним сроком эксплуатации. QuikSCAT представлял собой миссию «быстрого восстановления», заменившую скаттерометр НАСА (NSCAT), который преждевременно вышел из строя в июне 1997 года после всего лишь 9,5 месяцев работы. QuikSCAT, однако, намного превзошел эти проектные ожидания и продолжал работать более десяти лет, прежде чем 23 ноября 2009 года из-за отказа подшипника двигателя антенны QuikSCAT лишился возможности QuikSCAT определять полезную информацию о приземном ветре. Запись геофизических данных QuikSCAT охватывает период с 19 июля 1999 года по 21 ноября 2009 г. Хотя после этой даты тарелка не могла вращаться, ее радиолокационные возможности остались полностью нетронутыми. Он продолжал работать в этом режиме до полного завершения миссии 2 октября 2018 года. Данные этого режима миссии использовались для повышения точности других спутниковых наборов данных о приземном ветре путем взаимной калибровки других скаттерометров Ku-диапазона.
спутника QuikSCAT измерял ветер в полосах измерения шириной 1800 км с центром на наземной траектории без зазора в надире, как это происходит с веерными скаттерометрами, такими как NSCAT. Благодаря широкой полосе обзора и отсутствию промежутков в полосе обзора QuikSCAT смог ежедневно собирать по крайней мере одно измерение векторного ветра в 93% Мирового океана. Это значительно улучшилось по сравнению с 77% охватом, предоставленным NSCAT. Каждый день QuikSCAT записывал более 400 000 измерений скорости и направления ветра. Это в сотни раз больше измерений приземного ветра, чем обычно собираются с кораблей и буев.
QuikSCAT обеспечил измерения скорости и направления ветра на высоте 10 метров над поверхностью моря с пространственным разрешением 25 км. Информацию о ветре невозможно получить в пределах 15–30 км от береговой линии или при наличии морского льда. Осадки обычно ухудшают точность измерения ветра. [1] хотя полезную информацию о ветре и дожде все еще можно получить в средних широтах и тропических циклонах для целей мониторинга. [2] Помимо измерения приземного ветра над океаном, скаттерометры, такие как QuikSCAT, также могут предоставлять информацию о частичном покрытии морского льда, отслеживать большие айсберги (длиной более 5 км), различать типы льда и снега и обнаруживать замерзание-оттаивание. линия в полярных регионах.
Хотя вращающаяся тарельчатая антенна больше не может вращаться так, как задумано, остальная часть прибора остается работоспособной, и возможности передачи данных остаются неизменными, хотя он не может определять вектор приземного ветра. Однако он по-прежнему может измерять обратное рассеяние радара под фиксированным углом азимута. QuikSCAT используется в этом сокращенном режиме для перекрестной калибровки других скаттерометров в надежде на предоставление долгосрочных и согласованных наборов данных о приземном ветре на нескольких орбитальных платформах скаттерометров, включая действующий Европейской организации по эксплуатации метеорологических спутников (ЕВМЕТСАТ). усовершенствованный скаттерометр (ASCAT) на MetOp-A и MetOp-B , индийский скаттерометр Oceansat-2, эксплуатируемый Индийской организацией космических исследований (ISRO) , и китайский скаттерометр HaiYang-2A (HY-2A), эксплуатируемый Национальной службой спутниковых океанских приложений Китая, как а также будущие миссии НАСА по скаттерометрам, находящиеся в стадии разработки. Старшая наблюдательная комиссия НАСА в 2011 году одобрила продолжение миссии QuikSCAT с этими измененными целями до 2018 года. 2 октября 2018 года QuikSCAT был объявлен полностью выведенным из эксплуатации.
Описание прибора
[ редактировать ]SeaWinds использовала вращающуюся параболическую антенну с двумя точечными лучами, которые перемещаются по круговой схеме. Антенна состоит из вращающейся тарелки диаметром 1 метр, которая излучает два точечных луча, перемещающихся по круговой диаграмме. [3] Он излучает микроволновые импульсы мощностью 110 Вт с частотой повторения импульсов (PRF) 189 Гц. QuikSCAT работает на частоте 13,4 ГГц, что находится в Ku-диапазоне СВЧ-частот. На этой частоте атмосфера в основном прозрачна для невыпадающих облаков и аэрозолей, хотя дождь приводит к значительным изменениям сигнала. [4]
Космический корабль находится на солнечно-синхронной орбите , время пересечения экватора восходящих полос около 06:00 по местному времени ±30 минут. Вдоль экватора последовательные полосы разделены расстоянием 2800 км. QuikSCAT вращается вокруг Земли на высоте 802 км и со скоростью около 7 км в секунду.
Описание измерения
[ редактировать ]Точность измерения ветра
[ редактировать ]Принципы измерения
[ редактировать ]Скаттерометры, такие как QuikSCAT, излучают импульсы маломощного микроволнового излучения и измеряют мощность, отраженную обратно к приемной антенне от взъерошенной ветром морской поверхности. Гравитационные и капиллярные волны на морской поверхности, вызванные ветром, отражают или обратно рассеивают мощность, излучаемую радаром рефлектометра, главным образом посредством условия резонанса Брэгга . Длины волн этих волн составляют примерно 1 см и обычно находятся в равновесии с местным приземным ветром. Над водной поверхностью обратное рассеяние микроволнового излучения сильно коррелирует со скоростью и направлением приземного ветра. Конкретная длина поверхностных волн определяется длиной волны микроволнового излучения, излучаемого радаром скаттерометра.
QuikSCAT состоит из активного микроволнового радара, который определяет приземный ветер по неровностям морской поверхности на основе измерений поперечного сечения обратного рассеяния радара, обозначаемого как σ 0 . σ 0 меняется в зависимости от скорости и направления приземного ветра относительно азимута антенны, угла падения, поляризации и частоты радара. QuikSCAT использует двухлучевую антенну с коническим сканированием, которая производит выборку всего диапазона углов азимута во время каждого оборота антенны. Измерения обратного рассеяния проводятся при фиксированных углах падения 46° и 54°, что обеспечивает до четырех изображений каждой области поверхности под разными углами падения.
Стандартная обработка измерений QuikSCAT дает пространственное разрешение около 25 км. Более высокое пространственное разрешение 12,5 км также достигается за счет специальной обработки, но имеет значительно больший шум измерений. Также обеспечивается еще более высокое пространственное разрешение — 5 км, но только для ограниченных регионов и особых случаев.
Наблюдения σ 0 калибруются по скорости и направлению ветра на контрольной высоте 10 метров над поверхностью моря.
Строительство и запуск
[ редактировать ]
В 1996 году скаттерометр НАСА (NSCAT) был запущен на борту японского перспективного спутника наблюдения Земли ( ADEOS-1 ). Этот спутник был разработан для регистрации приземного ветра над водой по всему миру в течение нескольких лет. Однако неожиданная неудача в 1997 году привела к досрочному прекращению проекта NSCAT. После этой кратковременной успешной миссии НАСА приступило к строительству нового спутника взамен вышедшего из строя. Они планировали построить его и подготовить к запуску как можно скорее, чтобы ограничить разрыв в данных между двумя спутниками. [5] Всего за 12 месяцев спутник Quick Scatterometer (QuikSCAT) был построен и готов к запуску, быстрее, чем любая другая миссия НАСА с 1950-х годов. [6]
Первоначально бюджет проекта QuikSCAT составлял 93 миллиона долларов, включая физический спутник, ракету-носитель и постоянную поддержку научной миссии. [7] Серия отказов ракет в ноябре 1998 года остановила парк пусковых установок «Титан» (семейство ракет) , отложила запуск QuikSCAT и увеличила первоначальную стоимость на 5 миллионов долларов. [7]
На спутнике был установлен новый прибор — скаттерометр SeaWinds. Прибор SeaWinds, специализированная микроволновая радиолокационная система, измерял скорость и направление ветра у поверхности океана. Он использовал два радара и вращающуюся антенну для записи данных через девять десятых океанов мира за один день. Ежедневно он записывал около четырехсот тысяч измерений ветра, каждое из которых покрывало территорию шириной 1800 километров (1100 миль). [6] Лаборатория реактивного движения и команда NSCAT совместно руководили проектом строительства спутника в Центре космических полетов имени Годдарда . Компания Ball Aerospace & Technologies предоставила материалы для строительства спутника.
Учитывая рекордные сроки строительства, инженерам, работавшим над проектом, была вручена награда American Electronics Achievement Award. Этого удалось достичь только благодаря новому типу контракта, заключенного специально для этого спутника. Вместо обычного года, отдаваемого на выбор контракта и начало разработки, он был ограничен одним месяцем. [8]
Недавно построенный спутник должен был быть запущен с помощью ракеты Titan II с базы ВВС Ванденберг в Калифорнии. Ракета стартовала в 19:15 по тихоокеанскому времени 19 июня 1999 года. Примерно через две минуты и тридцать секунд после запуска первый двигатель был выключен, а второй включился, когда она двигалась над полуостровом Нижняя Калифорния . Через минуту носовой обтекатель в верхней части ракеты разделился на две части. Шестнадцать секунд спустя ракету переориентировали для защиты спутника от Солнца. В течение следующих 48 минут два корабля пролетели над Антарктидой, а затем над Мадагаскаром, где ракета достигла желаемой высоты 500 миль (800 км). [9]
Через 59 минут после запуска спутник отделился от ракеты и был выведен на круговую орбиту вокруг Земли. Вскоре после этого солнечные батареи были развернуты, и в 20:32 по тихоокеанскому времени была установлена связь со спутником со станцией слежения в Норвегии. В течение следующих двух недель шаттл использовал импульсы двигателя, чтобы точно настроить свое местоположение и скорректировать курс до желаемого движения. 7 июля, через восемнадцать дней после взлета, скаттерометр был включен, и группа из 12 человек провела детальную проверку работы QuikSCAT. Через месяц после выхода на орбиту команда завершила проверки, и QuikSCAT начал собирать и передавать измерения обратного рассеяния. [9]
Приложения
[ редактировать ]Прогноз погоды
[ редактировать ]Многие оперативные центры численного прогнозирования погоды начали усваивать данные QuikSCAT в начале 2002 года, причем предварительные оценки показали положительный эффект. [10] США Национальные центры экологического прогнозирования (NCEP) и Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) возглавили процесс, начав ассимиляцию ветров QuikSCAT, начиная соответственно с 13 января 2002 г. и 22 января 2002 г. Приземные ветры QuikSCAT были США важный инструмент для анализа и прогнозирования в Национальном центре ураганов с тех пор, как он стал доступен в режиме, близком к реальному времени, в 2000 году. [11]
Поля ветра QuikSCAT также использовались в качестве инструмента для анализа и прогнозирования внетропических циклонов и морской погоды за пределами тропиков в Центре прогнозирования океана США. [12] США и Национальная метеорологическая служба . [10] [13]
Данные также предоставлялись в режиме реального времени по большинству свободных ото льда мировых океанов, включая традиционно скудные данные районы океана, где существует мало наблюдений, например, в Южном океане и восточной тропической части Тихого океана.
Наблюдения QuikSCAT предоставляются этим оперативным пользователям в режиме, близком к реальному времени (NRT) в универсальной двоичной форме для представления метеорологических данных (BUFR) в формате Национального управления океанических и атмосферных исследований/Национальной службы экологических спутников, данных и информации (NOAA). /НЕСДИС) . [14] Целевая задержка данных составляет 3 часа, и почти все данные доступны в течение 3,5 часов после измерения. Чтобы удовлетворить этим требованиям, алгоритмы обработки данных QuikSCAT NRT объединяют наиболее детальные измерения обратного рассеяния в меньшее количество составных частей, чем алгоритмы научных данных. В остальном алгоритмы обработки QuikSCAT NRT идентичны алгоритмам научных данных.
Океанография
[ редактировать ]Земля и морской лед
[ редактировать ]
Изменчивость климата
[ редактировать ]Тропические циклоны
[ редактировать ]
Приложения QuikSCAT для оперативного анализа и прогнозирования тропических циклонов в Национальном центре ураганов включают идентификацию и определение местоположения центра тропических циклонов , оценку его интенсивности и анализ радиусов ветра. [2] [11] Способность скаттерометра регистрировать скорость ветра у поверхности позволяет метеорологам определять, формируется ли область низкого давления, и расширяет возможности прогнозирования внезапных изменений структуры и силы.
Первым тропическим циклоном, захваченным прибором SeaWinds, стал тайфун «Ольга» в западной части Тихого океана . За системой следил спутник с момента ее создания 28 июля до выхода из строя в начале августа. [15]
В 2007 году Билл Проенза , в то время глава Национального центра ураганов , заявил в публичном сообщении, что потеря спутника QuikSCAT нанесет ущерб качеству прогнозов ураганов. [16] Это последовало за аномалией в аккумуляторе, из-за которой космический корабль временно не мог проводить номинальные научные наблюдения из-за ограниченной мощности. [17] Он заявил, что трехдневные прогнозы станут примерно на 16% менее точными после потери QuikSCAT. [18] Эта позиция была спорной, поскольку опиралась на неопубликованные данные. [16] Хотя спутник помогает прогнозировать положение и интенсивность ураганов, он не делает это исключительно.
2009 г., поломка подшипника
[ редактировать ]
В середине 2009 года был замечен постепенный износ подшипников механизма поворота антенны. Трение, вызванное этим ухудшением, замедлило скорость вращения антенны, что привело к пропускам в данных, записываемых QuikSCAT. Антенна в конечном итоге вышла из строя 23 ноября 2009 года. [20] После неудачи было объявлено, что спутник, вероятно, завершил свою миссию и больше не будет использоваться. [19] Было подтверждено, что датчик на спутнике вышел из строя около 07:00 UTC . Потеря коснулась только оборудования сканирования в реальном времени; сбор долгосрочных данных остался неизменным и работоспособным. [18] По данным НАСА, причиной сбоя стал возраст спутника. Конфискованный механизм был рассчитан всего на пять лет; однако он оставался в эксплуатации примерно десять лет, что вдвое превышает ожидаемое использование. 24 ноября менеджеры НАСА начали оценивать, насколько сильно пострадал спутник и можно ли перезапустить вращающуюся антенну. Также были рассмотрены планы действий в случае сбоя QuikSCAT. [20]
Замена этому космическому аппарату — ISS-RapidScat — была запущена в 2014 году. [21]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дрейпер, Дэвид В.; Лонг, Дэвид Г. (2004). «Оценка влияния дождя на Sea Winds измерения скаттерометра » . Журнал геофизических исследований . 109 (С12): C02005. Бибкод : 2004JGRC..109.2005D . дои : 10.1029/2002JC001741 .
- ^ Jump up to: а б Саид, Фаози; Лонг, Дэвид Г. (2011). «Определение выбранных характеристик тропических циклонов с использованием изображений сверхвысокого разрешения QuikSCAT». Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования . 4 (4): 857–869. Бибкод : 2011IJSTA...4..857S . дои : 10.1109/JSTARS.2011.2138119 . S2CID 15196436 .
- ^ Спенсер, МВт; Ву, К.; Лонг, Д.Г. (2000). «Измерения обратного рассеяния с повышенным разрешением с помощью Sea Winds скаттерометра карандашного луча » . Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 38 (1): 89–104. Бибкод : 2000ITGRS..38...89S . дои : 10.1109/36.823904 . S2CID 12770962 .
- ^ Стайлз, BW; Юэ, С.Х. (2002). «Влияние дождя на данные космического рефлектометра ветра Ku-диапазона» . Транзакции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию . 40 (9): 1973–1983. Бибкод : 2002ИТГРС..40.1973С . дои : 10.1109/TGRS.2002.803846 .
- ^ Штатный писатель (18 июня 1998 г.). «NSCAT прокладывает путь для будущих миссий по изучению океанских ветров» . НАСА. Архивировано из оригинала 17 февраля 2013 года . Проверено 24 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Штатный писатель (18 июня 1998 г.). «Прибор SeaWinds поставляется для интеграции с QuikSCAT» . НАСА. Архивировано из оригинала 17 февраля 2013 года . Проверено 24 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Уоррен Э. Лири (15 июня 1999 г.). «Средство для отслеживания связи моря и ветра, влияющей на климат» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 25 ноября 2009 г.
- ^ Штатный писатель (4 июня 1999 г.). «Команда QuikSCAT выигрывает американскую награду за достижения в области электроники» . НАСА. Архивировано из оригинала 17 февраля 2013 года . Проверено 24 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Штатный писатель (19 июня 1999 г.). «Спутник НАСА QuikSCAT Ocean Wind успешно запущен» . НАСА. Архивировано из оригинала 17 февраля 2013 года . Проверено 25 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Атлас, Р.; Хоффман, Р.Н.; Лейднер, С.М.; Сенкевич Дж.; Ю, ТВ.; Блум, Южная Каролина; Брин, Э.; Ардиццоне, Дж.; Терри, Дж.; Бунгато, Д.; Джусем, JC (2001). «Влияние морских ветров по данным скаттерометра на анализ и прогнозирование погоды» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 82 (9): 1965–1990. Бибкод : 2001BAMS...82.1965A . doi : 10.1175/1520-0477(2001)082<1965:TEOMWF>2.3.CO;2 .
- ^ Jump up to: а б Бреннан, MJ; Хеннон, CC; Кнабб, Р.Д. (2009). «Оперативное использование векторных ветров на поверхности океана QuikSCAT в Национальном центре ураганов» . Погода и прогнозирование . 24 (3): 621–645. Бибкод : 2009WtFor..24..621B . дои : 10.1175/2008WAF2222188.1 .
- ^ Фон Ан, Дж. М.; Сенкевич, Дж. М. и Чанг, П. С. (2006). «Операционное влияние ветров QuikSCAT на Центр прогнозирования океана NOAA» . Погода и прогнозирование . 21 (4): 521–539. Бибкод : 2006WtFor..21..523V . дои : 10.1175/WAF934.1 .
- ^ Челтон, Д.Б.; Фрейлих, Миннесота; Сенкевич, Дж. М. и Фон Ан, Дж. М. (2006). «Об использовании скаттерометра QuikSCAT для измерения приземного ветра для прогнозирования морской погоды» . Ежемесячный обзор погоды . 134 (8): 2055–2071. Бибкод : 2006MWRv..134.2055C . дои : 10.1175/MWR3179.1 .
- ^ Хоффман, Р.Н.; Лейднер, С.М. (2005). «Введение в данные QuikSCAT в режиме, близком к реальному времени» . Погода и прогнозирование . 20 (4): 476–493. Бибкод : 2005WtFor..20..476H . дои : 10.1175/WAF841.1 .
- ^ Штатный писатель (9 августа 1999 г.). «SeaWinds отражает ярость тайфуна «Ольга»» . НАСА. Архивировано из оригинала 17 февраля 2013 года . Проверено 25 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Кен Кейс (24 ноября 2009 г.). «Спутник QuikSCAT умирает» . Солнечный страж . Проверено 24 ноября 2009 г.
- ^ Штатный писатель (5 декабря 2007 г.). «Пробелы в данных QuikSCAT из-за аномалии батареи» . Центр распределенных активных архивов физической океанографии . НАСА. Архивировано из оригинала 1 июня 2013 года . Проверено 21 июня 2012 г.
- ^ Jump up to: а б Элиот Кляйнберг (23 ноября 2009 г.). «Спутник QuikSCAT выходит из строя» . Пост Палм-Бич . Архивировано из оригинала 26 ноября 2009 года . Проверено 24 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Штатный писатель (24 ноября 2009 г.). «Спутник QuikSCAT прекращает работу» . КИМСС . Проверено 24 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Алан Бьюс (24 ноября 2009 г.). «НАСА оценивает новые роли больного спутника QuikScat» . НАСА . Проверено 24 ноября 2009 г.
- ^ «Скаттерометрия – Обзор» .