Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Глобальная навигационная спутниковая система Cyclone
Модель космического корабля CYGNSS.png
ИменаCYGNSS
Тип миссииПогодные исследования
ОператорНАСА
COSPAR ID2016-078A , 2016-078B , 2016-078C , 2016-078D , 2016-078E , 2016-078F , 2016-078G , 2016-078H
SATCAT нет.41884, 41885, 41886, 41887, 41888, 41889, 41890, 41891
Интернет сайтcygnss-michigan .org
Продолжительность миссииПланируется: 2 года
Прошло: 4 года, 2 месяца, 22 дня
Свойства космического корабля
Производитель
Стартовая масса28,9 кг (64 фунта) каждый [1] [2]
Размеры163,5 × 52,1 × 22,9 см (64,4 × 20,5 × 9,0 дюйма) [1]
(Д x Ш x Г)
Мощность34,7 Вт
Начало миссии
Дата запуска15 декабря 2016 г., 13:37:21 UTC [4] (2016-12-15UTC13:37:21) 
РакетаPegasus XL F43 [2]
Запустить сайтМыс Канаверал ( Звездочет )
ПодрядчикОрбитальный АТК
Поступил в сервис23 марта 2017 г. [3]
Параметры орбиты
Справочная системаГеоцентрический
РежимНизкая Земля
Большая полуось6,903 км (4,289 миль)
Эксцентриситет0,00162
Высота перигея514 км (319 миль)
Высота апогея536 км (333 миль)
Наклон35 градусов
Период95,1 мин.
Эпоха15 апреля 2017 г., 22:21:25 UTC [5]
Инструменты
Прибор для картирования допплеровской задержки
 

Глобальная навигационная спутниковая система Cyclone ( CYGNSS ) является космической системой , разработанной в Мичиганском университете и научно - исследовательский институт Юго - Западе с целью улучшения прогнозирования ураганов , лучше понять взаимодействие между морем и воздухом вблизи ядра шторма.

В июне 2012 года НАСА спонсировало этот проект на сумму 152 миллиона долларов, при этом Мичиганский университет возглавил его разработку. [6] [7] Среди других участников разработки CYGNSS - Юго-западный исследовательский институт , Sierra Nevada Corporation и Surrey Satellite Technology . [8]

План состоял в том, чтобы создать группировку из восьми микро-спутников будет запущена одновременно в одном ракетой - носителем [9] на низкую околоземную орбиту , [7] [10] километровую высоту в 500. [11] Программа была запланирована к запуску 12 декабря 2016 года, а затем к наблюдению за двумя сезонами ураганов. [12] [13] Проблемы с насосом на стартовом самолете помешали этому первому запуску, но вторая попытка запуска была успешно проведена 15 декабря 2016 года. [14]

Обзор [ править ]

Прогнозирование следов тропических циклонов с 1990 г. улучшилось примерно на 50%; однако за тот же период времени не произошло соответствующего улучшения в прогнозировании интенсивности этих штормов. Лучшее понимание внутреннего ядра тропических штормов может привести к лучшим прогнозам; однако датчики тока не могут собрать данные достаточного качества о внутреннем ядре из-за затемнения из-за полос дождя, окружающих его, и из-за нечастого отбора проб. Для улучшения моделей, используемых в прогнозах интенсивности, требуются более точные данные. [15] [16]

CYGNSS будет измерять поле ветра у поверхности океана, используя метод бистатической рефлектометрии , основанный на сигналах глобальных навигационных спутниковых систем (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 временную привязку, в то время как 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: среднее время повторного посещения, по прогнозам, составит 7 часов. [15] [16]Восемь микроспутников вращаются под углом 35 °, и каждый из них способен измерять 4 одновременных отражения, что дает 32 измерения ветра в секунду по всему земному шару. [11]

CYGNSS - первая космическая миссия НАСА класса Earth Venture, часть программы NASA Earth Science System Pathfinder; [8] предыдущий выбор электромобилей был разделен между пятью полетами по дистанционному зондированию. Двухлетняя миссия стартовала 15 декабря 2016 г. после отсрочек с ноября 2016 г. [17] и 12 декабря 2016 г. [12] [18]

Научная цель [ править ]

Научная цель CYGNSS - понять взаимосвязь 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 при любых условиях атмосферных осадков, включая те, которые наблюдаются у стены глаз . Миссия также будет измерять скорость ветра у поверхности океана во внутреннем ядре шторма с достаточной частотой, чтобы определить генезис и быстрое усиление. В качестве второстепенной цели проект будет поддерживать сообщество специалистов по оперативным прогнозам ураганов путем создания и предоставления продуктов данных о скорости ветра у поверхности океана. [11]

Инструменты [ править ]

На каждом спутнике CYGNSS есть прибор для построения карт с доплеровской задержкой (DDMI), состоящий из:

  • приемник отображения задержки (DMR)
  • две надира антенны
  • одна зенитная антенна

Инструмент принимает сигналы GPS, рассеянные поверхностью океана, для целей бистатической рефлектометрии . [11]

Запуск и ранние операции на орбите [ править ]

Запуск CYGNSS на Pegasus-XL

Миссия CYGNSS была запущена 15 декабря 2016 года в 13:37:21 UTC с одной ракеты воздушного базирования Pegasus XL . Ракета была развернута с настраиваемой Lockheed L-1011 самолетов, Orbital АТК «s Stargazer , с позиции 201 километров (125 миль) от побережья мыса Канаверал, штат Флорида . [4] [19] Попытка запуска 12 декабря была прервана из-за проблем с гидравлической системой, которая отделяет ракету «Пегас» от самолета-носителя. [20]После запуска восемь микроспутников были выпущены на орбиту, начиная с 13:50 UTC и заканчивая 13:52 UTC модулем развертывания, прикрепленным к третьей ступени Pegasus. Успешная радиосвязь с первым микроспутником была установлена ​​в 16:42 UTC. [21] С восьмым микроспутником установили связь в 20:30 UTC. [22] К концу дня 15 декабря у всех восьми микроспутников были развернуты солнечные батареи, они были направлены на солнце, а батареи заряжались в безопасном состоянии, и были готовы начать инженерный ввод в эксплуатацию. [23]

Использование дифференциального перетаскивания для регулировки расстояния между спутниками [ править ]

Измерения CYGNSS урагана Хосе 17 сентября 2017 года. Спокойный глаз виден внутри кольца сильных ветров в стене глаз.

Ранние операции миссии были сосредоточены на инженерном вводе спутников в эксплуатацию [24] и корректировке расстояния между ними. Их относительный интервал важен для достижения желаемой пространственной и временной выборки. [25] Расстояние между спутниками регулируется 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 аппаратами изменяется в зависимости от их относительных скоростей. Это альтернативный способ управления расстоянием между группировкой спутников, в отличие от использования традиционной активной двигательной установки, и имеет значительно меньшую стоимость. Это позволяет создавать больше спутников при тех же чистых затратах, что приводит к более частому отбору образцов краткосрочных экстремальных погодных явлений, таких как тропические циклоны. [16] Маневры с дифференциальным сопротивлением проводились в течение первых полутора лет работы на орбите и привели к хорошо рассредоточенной группировке, которая способна проводить измерения с желаемыми характеристиками выборки. [27] [28]

Наблюдения за ветром над океаном [ править ]

Измерения скорости ветра выполняются CYGNSS аналогично тому, как это делалось ранее с космическими радарами измерения ветра в океане, путем обнаружения изменений шероховатости поверхности, вызванных напряжением ветра у поверхности. [29] [30] Качество измерений определяется сравнением с почти совпадающими наблюдениями других датчиков ветра. Сравнения при скорости ветра от низкой до умеренной (ниже 20 м / с, 45 миль / ч, 72 км / ч) делаются с продуктом численного реанализа Глобальной системы ассимиляции данных NOAA и указывают на погрешность ветра CYGNSS, равную 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, для измерений, проводимых в тропических циклонах, сравнения проводятся с почти совпадающими наблюдениями с помощью приборов для измерения ветра на самолетах-охотниках за ураганами NOAA P-3, которые летели в ураганы в координации со спутниками CYGNSS. [32] Сравнения показывают неопределенность ветров CYGNSS 11%. [33] Как и при более низких скоростях ветра, неопределенность увеличивается с увеличением скорости ветра. Измерения скорости ветра в океане CYGNSS в настоящее время включаются в модели численного прогноза ураганов [34] [35] [36] [37] и модели штормовых нагонов [38]оценить улучшение их работы. Изображения недавних и архивных измерений ветра в океане, как глобальных, так и сосредоточенных на отдельных штормах, доступны по адресу [1] . Файлы с числовыми данными измерений скорости ветра в океане доступны по адресу [2] .

Наблюдения над Землей [ править ]

Измерения CYGNSS рассеяния на поверхности земли за декабрь 2017 года. Изменения влажности почвы и протяженности внутренних водных путей влияют на измерения.

CYGNSS работает непрерывно как над океаном, так и над сушей, и измерения на суше также содержат полезную информацию. Измерения чувствительны к поверхностной влажности почвы, а также к наличию и протяженности внутренних водоемов. [27] Влажность почвы была оценена с использованием данных CYGNSS на многих участках континентальной части США и, как было установлено, находится в хорошем соответствии с независимыми измерениями, выполненными наземными датчиками и другим спутником. [39] [40] Файлы с числовыми данными измерений влажности почвы доступны по адресу [3] . Также была продемонстрирована способность наземных данных CYGNSS обнаруживать и отображать масштабы наводнения под пологом густых лесов [41]и эта возможность использовалась для создания покадровых изображений наводнения в Хьюстоне и Гаване и вокруг них после обрушений ураганов «Мария» и «Ирма» соответственно. [42]

См. Также [ править ]

  • Прогнозирование тропических циклонов
  • Весы тропических циклонов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b "Пресс-кит CYGNSS" (PDF) . НАСА. 16 декабря 2016 года Архивировано из оригинального (PDF) 8 мая 2018 года . Проверено 17 апреля 2017 года .
  2. ^ a b Грэм, Уильям (15 декабря 2016 г.). «Pegasus запускает созвездие CYGNSS после релиза Stargazer» . НАСА космический полет . Проверено 17 апреля 2017 года .
  3. ^ "Спутниковая группировка НАСА CYGNSS вступает в фазу научных операций" . НАСА. 31 марта 2017 года . Проверено 16 апреля 2017 года .
  4. ^ a b Кларк, Стивен (15 декабря 2016 г.). «Запущена стая микроспутников для измерения ветра внутри ураганов» . Космический полет сейчас . Проверено 16 апреля 2017 года .
  5. ^ "CYGNSS - Орбита" . Небеса-выше. 15 апреля 2017 года.
  6. ^ "UM, чтобы возглавить спутниковый проект НАСА стоимостью 152 млн долларов" . Ассошиэйтед Пресс . 19 июня 2012 . Проверено 22 июня 2012 года .
  7. ^ a b Кларк, Стивен (21 июня 2012 г.). «НАСА финансирует спутниковую миссию по измерению ураганных ветров» . SpaceflightNow . Проверено 22 июня 2012 года .
  8. ^ a b «НАСА выбирает недорогую, высокотехнологичную космическую систему для научных исследований на Земле» . НАСА . 18 июня 2012 . Проверено 24 июня 2012 года .
  9. ^ "UM, чтобы возглавить проект предсказания ураганов НАСА на 150 миллионов долларов" . Мичиганский университет . 19 июня 2012 . Проверено 14 ноября 2016 года .
  10. ↑ Олдридж, Джеймс (21 июня 2012 г.). «НАСА использует SwRI для исследований по нанесению на карту ураганов» . Деловой журнал Сан-Антонио . Проверено 22 июня 2012 года .
  11. ^ a b c d e f "Информационный бюллетень CYGNSS, октябрь 2014 г.". Архивировано 4 августа 2016 года в Мичиганском университете Wayback Machine . Дата обращения: 27 сентября 2015.
  12. ^ a b "Миссия CYGNSS" . Мичиганский университет . Проверено 11 февраля 2016 года .
  13. ↑ Козловский, Ким (22 июня 2012 г.). «Университет Мичигана и НАСА объединяются для проекта спутника урагана» . Новости Детройта . Проверено 22 июня 2012 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
  14. ^ " ' Команды приветствуют развертывание обсерваторий CYGNSS B и D' | Ураганная миссия CYGNSS" . blogs.nasa.gov . Проверено 15 декабря 2016 года .
  15. ^ a b c "CYGNSS." Архивировано 15 марта 2013 года в Мичиганском университете Wayback Machine . Дата обращения: 15 августа 2015 г.
  16. ^ a b c d Руф, Кристофер С .; Атлас, Роберт; Chang, Paul S .; Клариция, Мария Паола; Гаррисон, Джеймс Л .; Глисон, Скотт; Кацберг, Стивен Дж .; Еленак, 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. Bibcode : 2016BAMS ... 97..385R . DOI : 10.1175 / BAMS-D-14-00218.1 . ISSN 0003-0007 . S2CID 10991111 .  
  17. ^ "Миссии - CYGNSS" . НАСА . 30 апреля 2013 г. Архивировано из оригинала 7 апреля 2014 года . Проверено 8 сентября 2013 года .
  18. ↑ Леоне, Дэн (19 июня 2012 г.). «НАСА выделит средства для созвездия Smallsat для мониторинга ветра» . Космические новости . Проверено 22 июня 2012 года .
  19. ^ "НАСА Ураганные научные спутники, отправленные на орбиту запускаемой с воздуха ракетой" Пегас " . Космический полет 101 . 15 декабря 2016 . Проверено 16 апреля 2017 года .
  20. ^ " ' Отважный неисправностей в воздухе' - CYGNSS Hurricane Mission" . blogs.nasa.gov . Проверено 12 декабря, 2016 .
  21. ↑ Аллен, Боб (15 декабря 2016 г.). "Первый микроспутник CYGNSS здоров!" . НАСА . Проверено 16 апреля 2017 года .
  22. ↑ Аткинсон, Джозеф (15 декабря 2016 г.). «Восемь из восьми! Все спутники подключены!» . НАСА . Проверено 16 апреля 2017 года .
  23. Рианна Руф, Крис (15 декабря 2016 г.). "Сообщение от главного исследователя CYGNSS Криса Руфа" . НАСА . Проверено 16 апреля 2017 года .
  24. ^ Killough, Ронни; Шеррер, Джон; Роуз, Рэндалл; Броды, Антонина; Редферн, Джиллиан; Смит, Кейт; Руф, Кристофер; Йи, Терренс (9 августа 2017 г.). "Запуск CYGNSS и ранние операции: воспитание восьмерок" . Конференция AIAA / USU по малым спутникам .
  25. ^ Бюсси-Вират, CD; Руф, CS; Ридли, Эй Джей (2018). «Взаимосвязь между временным и пространственным разрешением для группировки спутников GNSS-R». Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования . 12 : 16–25. DOI : 10.1109 / JSTARS.2018.2833426 . ISSN 1939-1404 . 
  26. ^ Finley, T .; Роуз, Д. (2014). Астродинамика 2013: Материалы конференции специалистов по астродинамике AAS / AIAA, проходившей 11-15 августа 2013 г., Хилтон-Хед, Южная Каролина, США . 150 . Американский институт аэронавтики и астронавтики. С. 1397–1411. ISBN 978-087703605-0.
  27. ^ а б Руф, Кристофер; Ридли, Аарон; Нейв, Кайл; Моррис, Мэри Дж .; Ланг, Тимоти; Жуй, Клара; Баласубраманиам, Раджешвари (8 июня 2018 г.). «Новая парадигма в мониторинге окружающей среды Земли с группировкой малых спутников CYGNSS» . Научные отчеты . 8 (1): 8782. Bibcode : 2018NatSR ... 8.8782R . DOI : 10.1038 / s41598-018-27127-4 . ISSN 2045-2322 . PMC 5993737 . PMID 29884899 .   
  28. ^ Бюсси-Вират, CD; Ридли, AJ; Машер, А .; Неф, К .; Интелизано, М. (2018). "Оценка операций маневра дифференциального сопротивления группировке CYGNSS". Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования . 12 : 7–15. DOI : 10.1109 / JSTARS.2018.2878158 . ISSN 1939-1404 . 
  29. ^ Джонс, В. Линвуд; Schroeder, Lyle C .; Boggs, Dale H .; Bracalente, Emedio M .; Браун, Роберт А .; Доум, Джордж Дж .; Пирсон, Уиллард Дж .; Венц, Фрэнк Дж. (1982). «Спутниковый рефлектометр SEASAT-A: геофизическая оценка дистанционно измеренных векторов ветра над океаном». Журнал геофизических исследований: океаны . 87 (C5): 3297–3317. Bibcode : 1982JGR .... 87.3297J . DOI : 10.1029 / JC087iC05p03297 . ISSN 2156-2202 . 
  30. ^ Заворотный, ВУ; Воронович, АГ (2000). «Рассеяние сигналов GPS от океана с помощью приложения дистанционного зондирования ветра» (PDF) . IEEE Transactions по наукам о Земле и дистанционному зондированию . 38 (2): 951–964. Bibcode : 2000ITGRS..38..951Z . DOI : 10.1109 / 36.841977 . ISSN 0196-2892 .  
  31. ^ Руф, CS; Gleason, S .; Маккаг, DS (2018). "Оценка неопределенности определения скорости ветра CYGNSS" (PDF) . Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования . 12 : 87–97. DOI : 10.1109 / JSTARS.2018.2825948 . ISSN 1939-1404 .  
  32. ^ "Записки с поля - Полет в ураган Харви" . earthobservatory.nasa.gov . 20 января 2019 . Проверено 20 января 2019 года .
  33. ^ "Заметки с поля - двухлетняя годовщина CYGNSS на орбите" . earthobservatory.nasa.gov . 20 января 2019 . Проверено 20 января 2019 года .
  34. ^ Zhang, S .; Пу, З. (2017). «Влияние скорости ветра над поверхностью океана CYGNSS на численное моделирование урагана в экспериментах по моделированию системы наблюдений» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 34 (2): 375–383. Bibcode : 2017JAtOT..34..375Z . DOI : 10,1175 / jtech-d-16-0144.1 .
  35. ^ Annane, Башир (2018). "Исследование HWRF-анализа и прогнозирования влияния реалистично смоделированных наблюдений CYGNSS, ассимилированных как скалярные скорости ветра и как векторы ветра VAM" . Ежемесячный обзор погоды . 146 (7): 2221–2236. Bibcode : 2018MWRv..146.2221A . DOI : 10,1175 / MWR-d-17-0240.1 .
  36. ^ Leidner, S. (2018). «Вариационный анализ смоделированных ветров над поверхностью океана с помощью циклонной глобальной навигационной спутниковой системы (CYGNSS) и оценка с использованием регионального OSSE» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 35 (8): 1571–1584. Bibcode : 2018JAtOT..35.1571L . DOI : 10,1175 / jtech-d-17-0136.1 .
  37. ^ Цуй, З., З. Пу, К. Руф, В. Таллапрагада, 2019a: Влияние данных CYGNSS на анализ и прогнозы тропических циклонов с использованием оперативного HWRF. 23-я конференция IOAS-ALOS, AMS Annual Mtg, 6-10 января 2019 г., Феникс, Аризона.
  38. ^ Варнок, апрель; Руф, Крис; Моррис, Мэри (2017). Прогнозирование штормовых нагонов с лебяжьим ветром . 2017 Международный симпозиум IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию (IGARSS) . С. 2975–2978. DOI : 10.1109 / IGARSS.2017.8127624 . ISBN 978-1-5090-4951-6.
  39. ^ Ким, Хёнлок; Лакшми, Венкат (2018). «Использование циклонных наблюдений глобальной навигационной спутниковой системы (CyGNSS) для оценки влажности почвы». Письма о геофизических исследованиях . 45 (16): 8272–8282. Bibcode : 2018GeoRL..45.8272K . DOI : 10.1029 / 2018GL078923 . ISSN 1944-8007 . S2CID 53379291 .  
  40. ^ Жевать, CC; Small, EE (5 мая 2018 г.). «Зондирование влажности почвы с использованием отражений космической GNSS: сравнение отражательной способности CYGNSS с влажностью почвы SMAP». Письма о геофизических исследованиях . 45 (9): 4049–4057. Bibcode : 2018GeoRL..45.4049C . DOI : 10.1029 / 2018gl077905 . ISSN 0094-8276 . S2CID 134962064 .  
  41. ^ Дженсен, Кэтрин; Макдональд, Кайл; Подест, Эрика; Родригес-Альварес, Нерейда; Хорна, Вивиана; Штайнер, Николай (7 сентября 2018 г.). «Оценка GNSS-рефлектометрии в диапазоне L и радиолокатора для обнаружения динамики затопления под пологом в комплексе тропических водно-болотных угодий» . Дистанционное зондирование . 10 (9): 1431. Bibcode : 2018RemS ... 10.1431J . DOI : 10,3390 / rs10091431 . ISSN 2072-4292 . 
  42. ^ Жуйте, Клара; Reager, John T .; Маленький, Эрика (19 июня 2018 г.). «Данные CYGNSS отображают наводнения во время сезона ураганов в Атлантике в 2017 году» . Научные отчеты . 8 (1): 9336. Bibcode : 2018NatSR ... 8.9336C . DOI : 10.1038 / s41598-018-27673-х . ISSN 2045-2322 . PMC 6008409 . PMID 29921941 .