探路者卫星为热带风暴观测者星座铺平道路

2020 年大西洋飓风季是有记录以来最残酷的飓风季之一，产生了史无前例的 30 场命名风暴。更重要的是，创纪录的 10 场风暴正在迅速加剧——有些风暴在两天内以每小时 100 英里的速度加速。

为了向预报员提供更多数据并更一致地监测形成这些风暴的地球热带带，宇航局发射了一颗测试卫星或探路者，先于名为 TROPICS(降水结构和时间分辨观测)的六颗气象卫星星座。小卫星星座的风暴强度)。计划于 2022 年发射的 TROPICS 卫星将共同提供风暴降水、温度和湿度的近每小时微波观测——这是其他卫星目前无法进行这些测量的重访时间。

“作为一名终生佛罗里达人，我亲眼目睹了飓风对我们社区造成的毁灭性影响。随着气候变化使飓风变得更加强大，NASA 和我们的合作伙伴投资于 TROPICS 等任务以更好地追踪比以往任何时候都更加重要并了解极端天气，”宇航局局长比尔纳尔逊说。“NASA 的创新正在加强数据模型，帮助科学家改进风暴预报并了解形成这些巨大风暴的因素。TROPICS 将有助于做到这一点，我们期待明年发射 TROPICS 卫星星座。”

“TROPICS 是一个新时代的开始。这项任务将是首批使用小型卫星星座拍摄这些类型的全球热带风暴快速重访视图的任务之一，”TROPICS 项目科学家和研究人员斯科特布劳恩说。宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的气象学家。

由于热带气旋和飓风在穿越海洋时会迅速变化，因此来自 TROPICS 卫星的更多观测不仅会推进对风暴强度的了解，而且还可能改进强度预报。

国家海洋和大气管理局大西洋海洋和气象实验室飓风研究部主任弗兰克·马克斯说：“该项目有望通过将新的环境数据提供给我们世界一流的数值天气预报模型，从而促进 NOAA 在天气和飓风预测方面的稳步改进。” 在 2022 年发射并定位所有六颗卫星后，“这个新星座将提供高频温度和湿度探测，因为我们试图了解飓风如何与周围的温度和湿度环境相互作用——这是可以改善飓风强度预测的关键数据。”

为星座做准备的一个关键步骤是发射一颗探路者卫星，它是 TROPICS 小卫星的第七个相同副本，它将能够在发射前对应用程序用户的技术、通信系统、数据处理和数据流进行全面测试。星座发射。这将为调整地面系统和数据产品留出时间，有助于确保热带地区任务的成功。

麻省理工学院林肯实验室的探路者项目经理尼古拉斯·佐恩 (Nicholas Zorn) 表示：“TROPICS 探路者卫星类似于大型演出开幕之夜之前的放映。” “它的使命是真实世界的端到端测试，从环境验证到集成、发射、地面通信、调试、校准、运营和科学数据处理。在此过程中发现的任何改进领域都可以在之前得到加强星座发射。”

麻省理工学院林肯实验室的 William Blackwell 是 TROPICS 的首席研究员。六年前，他向 NASA 的地球风险仪器竞赛系列提交了 TROPICS 作为提案，并获得了资助。Earth Venture Instrument 计划呼吁开展创新的、科学驱动的、具有成本效益的任务，以解决与地球科学相关的紧迫问题。

每颗 TROPICS 小卫星上都有一个称为微波辐射计的仪器，可以检测大气中的温度、湿度和降雨量。在当前的气象卫星上，微波辐射计的大小与洗衣机差不多。在 TROPICS 的小卫星上，辐射计大约有一个咖啡杯那么大。

上图所示的 TROPICS Pathfinder 卫星于 6 月 30 日发射。卫星体的尺寸约为 10 厘米 X 10 厘米 X 36 厘米，与 2022 年将在该星座中发射的另外六颗卫星相同。顶部是微波辐射计，用于测量热带风暴内部的降水、温度和湿度。信用：蓝峡谷技术

微波辐射计的工作原理是检测空气中的氧气和水蒸气自然发出的热辐射。TROPICS 仪器通过在卫星一端旋转的天线测量这些发射。天线在 90 到 205 GHz 之间的 12 个微波通道上收听，这些通道的相关发射信号最强。这些通道在整个大气最低层或对流层的不同高度捕获信号，我们经历的大多数天气都发生在那里。

通过在较低的高度飞行 TROPICS 辐射计并检测到比较大的同类产品更少的通道，在它们携带的通道中，这些辐射计提供了可比的性能。

在过去 10 年中，对 Blackwell 和他的团队来说，微波辐射计的小型化一直是一个渐进的过程，受到 CubeSats 的启发，CubeSats 是一条面包大小的卫星，发射通常很经济。TROPICS 建立在 Blackwell 和他的团队 2018 年在CubeSat 上成功发射第一个微波辐射计以收集大气剖面数据的基础上。TROPICS 六颗卫星上的仪器已经升级，以提供更高的灵敏度、分辨率和可靠性，并将进行更有针对性和更快速的天气观测。

“这些风暴影响了很多人，我们预计，随着热带风暴对单一风暴的观测增加，我们将能够改进预报，这意味着帮助人们更快地安全、保护财产并全面提高国家经济，”布莱克威尔说，展望明年的完整星座发射。“我们已经证明这是一项了不起的技术，它使我们能够从仪器的尺寸因素中最大限度地发挥科学作用。要实现这一点，需要这么多人的贡献。”

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