Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
QuikSCAT
Модель космического корабля QuikSCAT.png
Художественная концепция QuikSCAT
Тип миссииНаблюдение Земли
ОператорНАСА  / Лаборатория реактивного движения
COSPAR ID1999-034A
SATCAT нет.25789
Веб-сайтветры .jpl .nasa .gov / миссии / QuikSCAT /
Продолжительность миссии10 лет, 4 месяца
Свойства космического корабля
ПроизводительBall Aerospace
Стартовая масса970 кг (2140 фунтов)
Мощность874 Вт
Начало миссии
Дата запуска19 июня 1999, 02:15:00  UTC ( 1999-06-19UTC02: 15 )
РакетаТитан II (23) G
Запустить сайтVandenberg SLC-4W
Конец миссии
Деактивировано2 октября 2018 г. ( 2018-10-03 )
Параметры орбиты
Справочная системаГеоцентрический
РежимСолнечно-синхронный
Большая полуось7 180,8 км (4461,9 миль)
Эксцентриситет0,0001431
Высота перигея807,9 км (502,0 миль)
Высота апогея809,8 км (503,2 миль)
Наклон98,6175 градусов
Период100.93 минут
РААН101,8215 градусов
Аргумент перигея71,6425 градусов
Средняя аномалия308,4160 градусов
Среднее движение14.27019630
Интервал повтора≈4 дня (57 витков)
Эпоха30 сентября 2013, 12:15:56 UTC
Революции нет.74382
Главный скаттерометр
ИмяSeaWinds
разрешениеНоминальный стандарт 25 км
(5 и 12,5 км специальный [ требуется уточнение ] )
 

NASA QuikSCAT ( Quick скаттрометр ) был спутник наблюдения Земли переноски Seawinds скаттрометра . Его основная задача заключалась в измерении скорости и направления приземного ветра над свободным ото льда мировым океаном. Наблюдения QuikSCAT имели широкий спектр применений и способствовали, среди прочего, климатологическим исследованиям, прогнозированию погоды, метеорологии, океанографическим исследованиям, безопасности на море, коммерческому рыболовству, отслеживанию крупных айсбергов и исследованиям суши и морского льда. Этот рефлектометр SeaWinds называется рефлектометром QuikSCAT, чтобы отличать его от почти идентичного рефлектометра SeaWinds, установленного на спутнике ADEOS -2 .

Описание миссии [ править ]

QuikSCAT был запущен 19 июня 1999 г. с первоначальной трехлетней миссией. QuikSCAT был миссией «быстрого восстановления», пришедшей на смену НАСА.Скаттерометр (NSCAT), который преждевременно вышел из строя в июне 1997 года после всего 9,5 месяцев эксплуатации. QuikSCAT, однако, намного превзошел эти проектные ожидания и продолжал работать более десяти лет, прежде чем 23 ноября 2009 г. отказ подшипника в двигателе антенны лишил QuikSCAT возможности определять полезную информацию о приземном ветре. Запись геофизических данных QuikSCAT охватывает период с 19 июля 1999 г. по 21 ноября 2009 г. Хотя антенна не могла вращаться после этой даты, ее радарные возможности остались полностью неизменными. Он продолжал работать в этом режиме до полного завершения миссии 2 октября 2018 года. Данные этого режима миссии использовались для повышения точности других наборов спутниковых данных о приземном ветре путем взаимной калибровки других рефлектометров Ku-диапазона.

QuikSCAT измерял ветер в полосах измерения шириной 1800 км, расположенных по центру наземной линии спутника, без зазора надиром, как это происходит с веерными рефлектометрами, такими как NSCAT. Благодаря широкой полосе обзора и отсутствию промежутков в полосе обзора QuikSCAT смог ежедневно собирать по крайней мере одно измерение вектора ветра над 93% Мирового океана. Это значительно улучшилось по сравнению с 77% покрытием, предоставленным NSCAT. Каждый день QuikSCAT записывал более 400 000 измерений скорости и направления ветра. Это в сотни раз больше измерений приземного ветра, чем обычно производится с судов 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, рефлектометры, такие как QuikSCAT, также могут предоставлять информацию о частичном покрытии морского льда, отслеживать большие айсберги (более 5 км в длину), различать типы льда и снега и обнаруживать линия замерзания – оттаивания в полярных регионах.

Хотя вращающаяся параболическая антенна больше не может вращаться, как задумано, остальная часть прибора остается работоспособной, а возможности передачи данных остаются неизменными, хотя она не может определять приземный вектор ветра. Однако он по-прежнему может измерять обратное рассеяние радара при фиксированном азимутальном угле. QuikSCAT используется в этом сокращенном режиме для перекрестной калибровки других рефлектометров в надежде предоставить долгосрочные и согласованные наборы данных о приземном ветре для нескольких платформ рефлектометров на орбите, включая действующий Продвинутый рефлектометр Европейской организации по эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT). (ASCAT) на MetOp-A и MetOp-B , индийском скаттерометре Oceansat-2, эксплуатируемомИндийская организация космических исследований (ISRO) и китайский скаттерометр HaiYang-2A (HY-2A), эксплуатируемый Китайской национальной спутниковой службой океанических приложений, а также будущие миссии NASA, которые находятся в разработке. В 2011 году группа экспертов NASA одобрила продолжение миссии QuikSCAT с этими измененными целями до 2018 года. 2 октября 2018 года QuikSCAT был объявлен полностью выведенным из эксплуатации.

Описание инструмента [ править ]

SeaWinds использовала вращающуюся тарелочную антенну с двумя точечными лучами, которые распространяются по кругу. Антенна состоит из вращающейся тарелки диаметром 1 метр, излучающей два точечных луча, распространяющихся по кругу. [3] Он излучает микроволновые импульсы мощностью 110 Вт с частотой повторения импульсов (PRF) 189 Гц. QuikSCAT работает на частоте 13,4 ГГц, которая находится в Ku-диапазоне микроволновых частот. На этой частоте атмосфера в основном прозрачна для неосаждаемых облаков и аэрозолей, хотя дождь вызывает значительное изменение сигнала. [4]

Космический аппарат находится на солнечно-синхронной орбите, время пересечения экваториальных восходящих полос составляет около 06:00 LST ± 30 минут. Вдоль экватора последовательные ряды разделены 2 800 км. QuikSCAT вращается вокруг Земли на высоте 802 км и со скоростью около 7 км в секунду.

Описание измерения [ править ]

Точность измерения ветра [ править ]

Принципы измерения [ править ]

Рефлектометры, такие как QuikSCAT, излучают импульсы микроволнового излучения малой мощности и измеряют мощность, отраженную обратно на приемную антенну от шероховатой ветром морской поверхности. Гравитационные и капиллярные волны на поверхности моря, вызванные силой отражения или обратного рассеяния ветра, излучаемой радаром рефлектометра, в основном за счет условия резонанса Брэгга . Длины волн этих волн составляют примерно 1 см и обычно находятся в равновесии с местным приземным ветром. Над водными поверхностями обратное микроволновое рассеяние сильно коррелирует со скоростью и направлением приземного ветра. Конкретная длина волны поверхностных волн определяется длиной волны микроволнового излучения, испускаемого радаром рефлектометра.

QuikSCAT состоит из активного микроволнового радара, который определяет приземный ветер по шероховатости морской поверхности на основе измерений сечения обратного рассеяния радара, обозначенного как σ 0 . σ 0 изменяется 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 измеряет полный диапазон азимутальных углов при каждом обороте антенны. Измерения обратного рассеяния получают при фиксированных углах падения 46 ° и 54 °, обеспечивая до четырех видов 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 измерения. Также обеспечивается еще более высокое пространственное разрешение 5 км, но только для ограниченных регионов и особых случаев.

Наблюдения σ 0 откалиброваны по скорости и направлению ветра на эталонной высоте 10 метров над поверхностью моря.

Строительство и запуск [ править ]

Запуск Титана II 19 июня 1999 г.

В 1996 году на борту перспективного японского спутника наблюдения Земли ( ADEOS-1 ) был запущен скаттерометр НАСА (NSCAT ). Этот спутник был разработан для записи приземных ветров 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 начало строительство нового спутника взамен вышедшего из строя. Они планировали построить его и подготовить к запуску как можно скорее, чтобы сократить 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 текущую поддержку его научной миссии. [7] Серия отказов ракет в ноябре 1998 г. остановила флот ракет- носителей Titan (семейство ракет ) , задержала запуск QuikSCAT и добавила 5 миллионов долларов к этой первоначальной стоимости. [7]

На спутник был доставлен новый прибор - рефлектометр 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 Мирового океана за один день. Ежедневно он регистрировал около четырехсот тысяч измерений ветра, каждое на площади 1800 километров (1100 миль) в ширину. [6] Лаборатория реактивного движения и команда NSCAT совместно управляли проектом строительства спутника в Центре космических полетов Годдарда . Компания Ball Aerospace & Technologies Corp. предоставила материалы для создания спутника.

В свете рекордных сроков строительства инженеры, работавшие над проектом, были удостоены награды American Electronics Achievement Award. Это было достигнуто только благодаря новому типу контракта, заключенному специально для этого спутника. Вместо обычного года, отводимого на выбор контракта и начало разработки, он был ограничен одним месяцем. [8]

Недавно построенный спутник должен был запускаться на ракете 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 был задействован, когда он двигался над полуостровом Нижняя Калифорния . Через минуту носовой обтекатель в верхней части ракеты разделился на две части. Спустя шестнадцать секунд ракету переориентировали, чтобы защитить спутник от солнца. В течение следующих 48 минут два корабля пролетели над Антарктидой, а затем над Мадагаскаром, где ракета достигла желаемой высоты в 500 миль (800 км). [9]

Спустя 59 минут после запуска спутник отделился от ракеты и был переведен на круговую орбиту вокруг Земли. Вскоре после этого были развернуты солнечные батареи и установлено соединение со спутником в 20:32 по тихоокеанскому времени со станцией слежения в Норвегии. В течение следующих двух недель шаттл использовал импульсы от своего двигателя, чтобы точно настроить свое местоположение и скорректировать свой курс в соответствии с желаемым движением. 7 июля, через восемнадцать дней после взлета, рефлектометр был включен, и команда из 12 человек провела подробный анализ работы QuikSCAT. Через месяц после выхода на орбиту команда завершила проверки, и QuikSCAT начал сбор и передачу результатов измерений обратного рассеяния. [9]

Приложения [ править ]

Прогноз погоды [ править ]

Многие действующие центры численного прогноза погоды начали ассимилировать данные QuikSCAT в начале 2002 г., и предварительные оценки показали положительное влияние. [10] , что США Национальные центры по прогнозированию окружающей среды (NCEP) и Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды (ЕЦСПП) проложили путь инициируя ассимиляции QuikSCAT ветры начинают, соответственно, на 13 января 2002 года и 22 января 2002 года QuikSCAT поверхности Ветры были важным инструментом анализа и прогнозирования в Национальном центре ураганов США с тех пор, как в 2000 году они стали доступны в режиме, близком к реальному времени [11].

Поля ветра QuikSCAT также использовались в качестве инструмента для анализа и прогнозирования внетропических циклонов и морской погоды за пределами тропиков в Центре прогнозов океана США [12] и Национальной метеорологической службе США . [10] [13]

Данные также предоставлялись в режиме реального времени по большей части свободных ото льда глобальных океанов, включая районы океана с традиционно скудными данными, где существует мало наблюдений, например, в Южном океане и восточной части тропического Тихого океана.

QuikSCAT наблюдения предоставляются этим оперативным пользователям в близком к реальному времени (NRT) в бинарной универсальной формы для представления метеорологических данных (BUFR) формат по Национальным управлением океанических и атмосферных исследований / Национальный экологических спутниковых данных и информационной службы (NOAA / НЕСДИС) . [14] Задержка данных составляет 3 часа, и почти все данные доступны в течение 3,5 часов после измерения. Чтобы удовлетворить эти требования, алгоритмы обработки данных QuikSCAT NRT объединяют самые мелкие измерения обратного рассеяния в меньшее количество композитов, чем алгоритмы научных данных. В остальном алгоритмы обработки QuikSCAT NRT идентичны алгоритмам научных данных.

Океанография [ править ]

Земля и морской лед [ править ]

Снимок Антарктиды, сделанный прибором SeaWinds 24 мая 2000 г.

Изменчивость климата [ править ]

Тропические циклоны [ править ]

Изображение QuikSCAT урагана Катрина 28 августа 2005 г. над Мексиканским заливом

Приложения QuikSCAT для оперативного анализа и прогнозирования тропических циклонов в Национальном центре ураганов включают определение и определение местоположения центра тропических циклонов , оценку его интенсивности и анализ радиусов ветра. [2] [11] Способность рефлектометра регистрировать скорость ветра у поверхности позволяет метеорологам определять, образуется ли область низкого давления, и повышать способность прогнозировать внезапные изменения в структуре и прочности.

Первым тропическим циклоном, захваченным прибором SeaWinds, был тайфун «Ольга» в западной части Тихоокеанского бассейна . Спутник наблюдал за системой с момента ее генерации 28 июля до выхода из строя в начале августа. [15]

В 2007 году Билл Проенца , в то время глава Национального центра ураганов , заявил в публичном сообщении, что потеря спутника QuikSCAT нанесет ущерб качеству прогнозов ураганов. [16] Это произошло после аномалии батареи, при которой космический корабль был временно неспособен проводить номинальные научные наблюдения из-за ограниченной мощности. [17] Он утверждал, что трехдневные прогнозы будут примерно на 16% менее точными после потери QuikSCAT. [18] Это положение было спорным , так как она опиралась на неопубликованных данных. [16] Хотя спутник помогает прогнозировать положение и интенсивность урагана, он не делает этого исключительно.

Выход из строя подшипника 2009 г. [ править ]

Последнее изображение, полученное на основе данных QuikSCAT (помещенное поверх двух изображений GOES) незадолго до того, как антенна перестала вращаться. Обратите внимание на небольшую область, где представлены данные о ветре, по сравнению с областью, покрытой изображением. [19]

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 отказа 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 сканирующего оборудования в реальном времени; сбор долгосрочных данных оставался неизменным и работоспособным. [18]По данным НАСА, причиной отказа стал возраст спутника. Изъятый ​​механизм был рассчитан всего на пять лет; однако он проработал около десяти 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 этого космического корабля, ISS-RapidScat , была запущена в 2014 году [21].

См. Также [ править ]

  • Система наблюдения Земли
  • Европейский спутник дистанционного зондирования

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница Лаборатории реактивного движения для QuikSCAT
  • QuikSCAT на NOSA

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дрейпер, Дэвид В .; Лонг, Дэвид Г. (2004). «Оценка влияния дождя на измерения рефлектометра Sea Winds » . Журнал геофизических исследований . 109 (C12): C02005. Bibcode : 2004JGRC..109.2005D . DOI : 10.1029 / 2002JC001741 .
  2. ^ a b Саид, Фаози; Лонг, Дэвид Г. (2011). «Определение характеристик отдельных тропических циклонов с использованием изображений сверхвысокого разрешения QuikSCAT». Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования . 4 (4): 857–869. Bibcode : 2011IJSTA ... 4..857S . DOI : 10.1109 / JSTARS.2011.2138119 . S2CID 15196436 . 
  3. ^ Спенсер, MW; Wu, C .; Лонг, Д.Г. (2000). «Измерения обратного рассеяния с улучшенным разрешением с помощью лучевого рефлектометра Sea Winds » . IEEE Transactions по наукам о Земле и дистанционному зондированию . 38 (1): 89–104. Bibcode : 2000ITGRS..38 ... 89S . DOI : 10.1109 / 36.823904 .
  4. ^ Стайлз, BW; Юэ, SH (2002). «Влияние дождя на данные космического рефлектометра Ku-диапазона». IEEE Transactions по наукам о Земле и дистанционному зондированию . 40 (9): 1973–1983. Bibcode : 2002ITGRS..40.1973S . DOI : 10,1109 / TGRS.2002.803846 .
  5. ↑ Штатный писатель (18 июня 1998 г.). «NSCAT прокладывает путь для будущих миссий по исследованию ветров океана» . НАСА. Архивировано из оригинального 17 февраля 2013 года . Проверено 24 ноября 2009 года .
  6. ^ a b Штатный писатель (18 июня 1998 г.). «Инструмент SeaWinds, поставляемый для интеграции QuikSCAT» . НАСА. Архивировано из оригинального 17 февраля 2013 года . Проверено 24 ноября 2009 года .
  7. ^ a b Уоррен Э. Лири (15 июня 1999 г.). «Корабль для отслеживания влияющего на климат звена моря и ветра» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 25 ноября 2009 года .
  8. ↑ Штатный писатель (4 июня 1999 г.). «Команда QuikSCAT получает награду American Electronics Achievement Award» . НАСА. Архивировано из оригинального 17 февраля 2013 года . Проверено 24 ноября 2009 года .
  9. ^ a b Штатный писатель (19 июня 1999 г.). «Успешно запущен спутник NASA QuikSCAT Ocean Wind» . НАСА. Архивировано из оригинального 17 февраля 2013 года . Проверено 25 ноября 2009 года .
  10. ^ a b Атлас, RM, RN Hoffman, SM Leidner, J. Sienkiewicz, T.-W. Ю., С. К. Блум, Э. Брин, Дж. Ардиццоне, Дж. Терри, Д. Бунгато и Дж. К. Джузем (2001). «Влияние морских ветров по данным рефлектометра на анализ и прогноз погоды» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 82 (9): 1965–1990. Bibcode : 2001BAMS ... 82.1965A . DOI : 10,1175 / 1520-0477 (2001) 082 <1965: TEOMWF> 2.3.CO; 2 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  11. ^ a b Бреннан, Майкл Дж., Кристофер К. Хеннон, Ричард Д. Кнабб (2009). «Эксплуатационное использование векторных ветров поверхности океана QuikSCAT в Национальном центре ураганов» . Погода и прогнозирование . 24 (3): 621–645. Bibcode : 2009WtFor..24..621B . DOI : 10.1175 / 2008WAF2222188.1 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ JM Фон Ан; Дж. М. Сенкевич и П. С. Чанг (2006). «Эксплуатационное воздействие ветров QuikSCAT на Центр прогнозирования океана NOAA». Погода и прогнозирование . 21 (4): 521–539. Bibcode : 2006WtFor..21..523V . DOI : 10.1175 / WAF934.1 .
  13. ^ ДБ Челтон; М. Х. Фрейлих; Дж. М. Сенкевич и Дж. М. Фон Ан (2006). «Об использовании измерений приземного ветра с помощью рефлектометра QuikSCAT для прогнозирования погоды на море». Ежемесячный обзор погоды . 134 (8): 2055–2071. Bibcode : 2006MWRv..134.2055C . DOI : 10,1175 / MWR3179.1 .
  14. ^ Хоффман, Р. С. Марк Leidner (2005). «Введение в данные QuikSCAT в режиме, близком к реальному времени». Погода и прогнозирование . 20 (4): 476–493. Bibcode : 2005WtFor..20..476H . DOI : 10.1175 / WAF841.1 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  15. ↑ Штатный писатель (9 августа 1999 г.). "SeaWinds захватывает ярость тайфуна Ольга" . НАСА. Архивировано из оригинального 17 февраля 2013 года . Проверено 25 ноября 2009 года .
  16. ^ a b Кен Кэйс (24 ноября 2009 г.). «Спутник QuikSCAT умирает» . Sun Sentinel . Проверено 24 ноября 2009 года .
  17. ↑ Штатный писатель (5 декабря 2007 г.). «Пробелы в данных QuikSCAT из-за неисправности батареи» . Центр распределенного активного архива физической океанографии . НАСА. Архивировано из оригинала на 1 июня 2013 года . Проверено 21 июня 2012 года .
  18. ^ a b Элиот Клейнберг (23 ноября 2009 г.). «Спутник QuikSCAT выходит из строя» . Пост Палм-Бич . Архивировано из оригинального 26 ноября 2009 года . Проверено 24 ноября 2009 года .
  19. ^ a b Штатный писатель (24 ноября 2009 г.). «Спутник QuikSCAT прекращает работу» . CIMSS . Проверено 24 ноября 2009 года .
  20. ^ а б Алан Бьюис (24 ноября 2009 г.). «НАСА оценивает новые роли больного спутника QuikScat» . НАСА . Проверено 24 ноября 2009 года .
  21. ^ «Скаттерометрия - Обзор» .