NASA工程師思考利用衛星集群來深入氣候研究
成群的小衛星能夠相互通信,從多個角度收集一天或一年中不同時間的重要天氣模式數據。 結合機器學習演算法,衛星集群有望徹底改變科學家對天氣和氣候變化的理解。 比如 NASA 工程師 Sabrina Thompson 正在開發的新軟體,就致力於讓小型航太器或小衛星能夠互通、識別高價值觀測目標,或通過協調姿態和時間、以獲得同一目標的不同視圖。
雙衛星軌道交匯(圖自:NASA / Sabrina Thompson)
在馬里蘭州 NASA 戈達德太空飛行中心工作的 Sabrina Thompson 表示:
我們已經知道在一年中的某些時候,吹向亞馬遜雨林的撒哈拉塵埃,會影響大西洋上空的雲層形成。
那我們又該如何記錄下該雲層,以及如何讓一大群衛星在特定地區、以及一天中的哪個時間來觀察這種現象呢?
據其所述,科學家們將為此類觀測建立一套要求、並對高價值的目標進行定義。 然後軟體將接管操作,讓航太器集群能夠知曉相對於彼此的移動,以更好地觀察特定目標。
這套策略可能根據一天中的時間、季節、或所觀察的區域而變化。 隨著時間的推移,航太器還可記住機器學習方案,來改進其觀察策略。
基於軌道高度調整的雙衛星追及方法
目前 NASA 研究團隊正在考慮多種類型的衛星集群配置,一種是讓一群衛星處於不同的軌道上,以使之能夠從不同的角度觀察雲或其它現象。 另一種是藉助相似的視角、但在一天中的不同時間來觀察同一物件。
第三種是結合上述兩套方案,讓其中一些衛星處於同一軌道、但彼此間有一些時間上的偏移,而其它衛星可能位於不同高度和 / 或傾角的軌道上。
儘管衛星集群留在了同一軌道內,但單個航太器甚至能夠利用一套被稱作”差分阻力控制”的方案(基於地球大氣對軌道飛行器的阻力),來控制每個航太器相對於集群中其它航太器的時間間隔。
據悉,執行這套方案的時機,取決於航太器的品質、面積、以及軌道高度 —— 短則幾天幾小時、多則長達一年。
小衛星和可與一群具有窄角度、高解析度的類似航太器編組使用
Sabrina Thompson 舉例稱:
通過將多個航太器編製成出一套隊形來觀察同一目標,你不僅可以從頂部看到雲、還可從側面觀察它。
而在不同的編隊中,你又可以通過在不同時間經過的多個小衛星,看到處於其生命週期中不同階段的雲。
此前通過與UMBC教授Jose Vanderlei Martins的合作,Sabrina Thompson團隊協助開發了一年多前從國際空間站(ISS)投送的 HARP 迷你衛星。
該儀器的更新型號被稱作 HARP2,其定於 2023 年投入使用,以執行幫助科學家深入瞭解浮遊生物、氣溶膠、雲、以及海洋生態系統的任務(簡稱 PACE)。