2016年07月31日 星期日
RapidScat:从“备用器件”变“黄金标准”
加拿大宇航局的机械臂DEXTRE携带RapidScat组成特殊用途灵活操纵器(SPDM)。

    RapidScat是一种海洋矢量风散射计,是空间站上第一个监测地球海洋风速、风向的可操作科学仪器,它收集的全球范围数据是天气预报的基础,还可用于观察飓风和厄尔尼诺等宏观天气现象。此外,它还与国际上其他海风散射计进行交叉核对,以提高相关数据质量。格伦·海文斯和欧内斯托·罗德里格斯由于迅速在国际空间站采用了ISS-RapidScat,被授予“地球科学与遥感创新”奖。

    RapidScat散射计本是替代现有设备的“候补队员”。到2009年底,美国国家航空航天局(NASA)发射的QuikScat卫星上的海风散射计(SeaWinds)已工作了10年,能收集的数据量大大下降,在全球海风数据库中留下一些空白。但SeaWinds还能在一小块区域继续工作,这些数据也能作为国际散射计群的校正标准。替代QuikScat的下一代卫星仍在研究中,短期内难以弥补数据损失。为解决QuikScat的数据损失问题,NASA喷气推进实验室(JPL)与国际空间站项目办公室合作,利用制造QuikScat时用来做功能和性能测试的备用器件改装成了RapidScat,这项研究也证明了NASA以节俭方式应对科学挑战的快速反应能力。

    RapidScat安装在国际空间站外面,同样能获得有价值的海风矢量数据。但这么做在技术和程序上都有很大风险,RapidScat的硬件并非直接用于太空目的,需要重新改造以适应严苛的太空旅行和操作要求,但要符合成本限制必须进行创新。

    喷气推进实验室RapidScat项目首席研究员罗德里格斯说:“我们的团队在有限的经费预算内开展研发工作,展现了非凡的创新能力。如我们修改了几十年前的老硬件,让它们适应不同的工作环境,而按原来的设计它们不能在这些环境下工作;我们还设计了一种工作机制,能利用机械臂把面向地球的自旋仪器安装在一个特殊位置,这个位置的视角本来无法朝向地球。此外,还开发了多种用于快速校准数据的技术,并向全世界科学团体和气象机构发布。” 

    RapidScat于2014年9月发射,启动后不到一个月,就开始为全球气象机构提供数据。通过与以往的数据对比,证明其系统误差不大,准确率和QuikScat相当。它以国际空间站为平台,利用其特殊轨道让人们对地球上的风有更多了解。

    目前的卫星散射计都是在极地太阳同步轨道上,这意味着它们在每天同一时间经过其轨道对应的地球上的每个点,因此,不同卫星有不同的当地观察时间,要在长时间里把不同卫星数据拼在一起是个很大挑战。而ISS轨道并非与地球同步旋转,比其他极地太阳同步卫星更低,大约每小时穿过一个极地太阳同步卫星轨道,这样ISS-RapidScat和其他卫星散射计就能同时检测海风,这种同步性让ISS-RapidScat能更好地执行校准任务,成为国际散射计群的“黄金标准”。

    此外,ISS-RapidScat还能全天候检测风场。受阳光照射影响,不同时间不同海域的风都会有变化,这种日差异在热带和海陆边界地区尤其明显,ISS-RapidScat的观测提供了一套独特的数据,帮助科学家理解海洋与大气相互作用,改进物理理论,构建更好的天气和气候预测模型。

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