NISAR:用於跟踪災害和氣候變化影響的大型人造地球衛星
一顆SUV大小的人造地球衛星將配備美國宇航局有史以來發射的最大的反射器天線在該機構位於南加州的噴氣推進實驗室的潔淨室裡正在成型。這項被稱為NISAR的任務,是美國宇航局和印度空間研究組織(ISRO)的聯合任務,身材龐大,目標自然也很大:
通過跟踪地球表面的細微變化,它可以發現即將發生的火山噴發的警告信號、幫助監測地下水供給,NISAR將在空間和時間維度提供高分辨率,監測幾乎整個地球表面的這些變化,這在以前是沒有過的。
從地下含水層抽取飲用水等活動會在地表留下痕跡。取出太多水,地表就會下沉火山爆發前地表下岩漿的運動也會導致地面移動。NISAR將提供這種變化的高分辨率延時雷達圖像。
該航天器將使用兩種合成孔徑雷達(SAR)來測量地球表面的變化,因此被稱為NISAR,即NASA-ISRO SAR的縮寫。該衛星將在30英尺長(9米長)的吊桿末端使用直徑近40英尺(12米)的鋼絲網雷達反射天線,向地球表面發送和接收雷達信號。這個概念類似於氣象雷達如何從雨滴上反彈信號來追踪風暴。
NISAR將在大約半個網球場大小的區域內探測到小至0.4英寸(一厘米)的地球表面運動。預計這顆衛星不早於2022年發射,在其三年的主要任務過程中,將每12天掃描一次整個地球,並在每個軌道上對地球的陸地、冰層和海冰進行成像。
S波段合成孔徑雷達是NISAR任務中兩種雷達之一,於3月19日運抵JPL。第二天,技術人員和工程師將S-SAR移入氣閘,送往航天器組裝設施的高灣1號潔淨室。這些設備將在潔淨室中進行幾天的拆裝。資料來源:NASA/JPL-Caltech
3月19日,NISAR在JPL的組裝、測試和發射小組從印度的合作夥伴那裡收到了一個關鍵設備–S波段SAR。這兩部雷達與JPL提供的L波段SAR一起,成為任務的心臟。”S “和”L “表示其信號的波長,”S “約為4英寸(10厘米),”L “約為10英寸(25厘米)。兩者都能看穿雲層和森林樹冠葉子等阻礙其他類型儀器的物體,儘管L波段SAR比S波段能進一步穿透茂密的植被。這種能力將使該任務能夠跟踪地球表面的變化,無論白天還是黑夜,無論雨天還是晴天。
“NISAR是一顆全天候衛星,它將使我們擁有前所未有的能力來觀察地球表面的變化,”JPL的NISAR項目科學家Paul Rosen說。”對於那些一直在等待這種測量可靠性和一致性的科學家來說,這將是特別重要的,以真正了解是什麼推動了地球的自然系統–對於那些處理火山或山體滑坡等自然災害和災難的人來說也是如此。”
這兩種雷達的工作原理都是將微波信號從地球表面反射出去,並記錄信號返回衛星所需的時間以及返回時的強度。發送和接收信號的天線越大,數據的空間分辨率越高。如果研究人員想用低地軌道上運行L波段雷達的衛星看到大約150英尺(45米)寬的東西,他們需要一個近14000英尺(4250米)長的天線–相當於大約10座帝國大廈摞在一起。將這麼大的東西送入太空是不可行的。
然而,NISAR任務規劃者有野心以更高的分辨率:低至20英尺(6米)左右來跟踪地表變化,這需要更長的天線。這就是該項目使用SAR技術的原因。當衛星圍繞地球運行時,工程師可以從較短的天線上獲取一系列雷達測量數據,並將其組合起來,模擬出一個大得多的天線從而獲得所需的分辨率。而通過使用兩種具有互補功能的波長–S-SAR能夠更好地探測作物類型和表面的粗糙程度,而L-SAR則能夠更好地估計森林茂密地區的植被數量–研究人員可以獲得更詳細的地球表面情況。
因此,S波段系統的到來標誌著該任務的一個重要時刻。該設備被運送到JPL航天器組裝設施的高灣1號潔淨室–也就是用於探索太陽系的探測器,如伽利略號、卡西尼號和旅行者號雙胞胎飛船的製造地–在幾天的時間裡被開箱。”團隊非常興奮能拿到S波段SAR,”JPL的NISAR副有效載荷經理Pamela Hoffman說。”我們原本預計它將在去年春末或夏初到達,但COVID-19大流行影響了ISRO和NASA的進展。我們急於開始將ISRO的S-SAR電子設備與JPL的L-SAR系統進行整合。 “
來自JPL和ISRO的工程師和技術人員將在接下來的幾週內對雷達進行健康檢查,然後再確認L波段和S波段SAR按照預期的方式一起工作。然後他們將把S-SAR集成到衛星結構的一部分。隨後將進行另一輪測試,以確保一切都能正常運行。
NISAR是美國航天局和印度空間研究組織的一項聯合地球觀測任務。由位於帕薩迪納的加州理工學院為美國航天局管理的JPL,領導著該項目的美國部分,並為該任務提供L波段合成孔徑雷達。美國宇航局還提供雷達反射天線、可部署吊桿、用於科學數據的高速通信子系統、GPS接收器、固態記錄器和有效載荷數據子系統。印度空間研究組織正在提供航天器總線、S波段合成孔徑雷達、運載火箭以及相關的發射服務和衛星任務操作。