Deux mini-instruments innovants conçus et construits par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, exploité par la Station spatiale internationale (ISS), ont produit leur première carte de l’humidité globale et des vents océaniques.
Ce mois-ci, les instruments ont commencé à collecter des données sur les vents océaniques et la vapeur atmosphérique de la Terre – des informations essentielles nécessaires aux prévisions météorologiques et marines.
Carte réalisée sur la base de nouvelles observations COWVR, montrant les émissions de micro-ondes de la Terre à une fréquence qui fournit des informations sur la force des vents de surface de l’océan, la quantité d’eau dans les nuages et la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère. . Crédit : NASA/JPL-Caltech
En seulement deux jours, le radiomètre compact à vecteur de vent océanique (COWVR) et l’équipement expérimental temporel pour les tempêtes et les systèmes tropicaux (TEMPEST) ont recueilli suffisamment de données pour commencer à produire la carte.
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Des instruments ont été lancés par SpaceX
Lancés le 21 décembre avec la 24e mission commerciale de ravitaillement en carburant de SpaceX vers la NASA, les instruments, qui font partie du programme d’essais spatiaux de l’US Space Force-Houston 8 (STP-H8), mesurent les variations des émissions de gaz naturel micro-onde de la Terre.
La carte produite par COWVR et TEMPEST montre les émissions de micro-ondes de la Terre à 34 gigahertz à toutes les latitudes visibles depuis l’ISS (52 degrés nord à 52 degrés sud). Cette fréquence micro-onde particulière fournit aux météorologues des informations sur la force des vents à la surface de l’océan, la quantité d’eau dans les nuages et la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère.
Les parties vertes et blanches de la carte indiquent une vapeur d’eau et des nuages plus élevés, tandis que le bleu foncé au-dessus de l’océan indique un air plus sec et un ciel dégagé. L’image capture les modèles météorologiques typiques, tels que l’humidité et la pluie tropicales (la bande verte s’étendant au centre de la carte) et les tempêtes de latitude moyenne se déplaçant à travers l’océan.
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« Nous avons pris un bon départ », a déclaré Shannon Brown, la technologue du JPL qui a conçu le COWVR. “Voir cette qualité de données si tôt dans la mission ouvre la voie à des choses très excitantes à venir.”
Alors que le COWVR est une refonte complète d’une conception d’instrument classique, le TEMPEST est le produit d’une longue avancée vers la miniaturisation des composants de l’instrument. Selon les créateurs, s’ils continuent à avoir du succès, ils ouvriront la voie à une nouvelle ère où les satellites à bas prix complèteront la flotte de satellites météorologiques plus complexes.
Les radiomètres ont besoin d’une antenne de référence pour pouvoir observer une large bande de la surface de la Terre au lieu d’une simple ligne étroite. Dans tous les autres radiomètres spatiaux à micro-ondes, non seulement l’antenne, mais aussi le radiomètre lui-même tournent environ 30 fois par minute.
Pesant environ 57,8 kg, le COWVR représente moins d’un cinquième de la masse du radiomètre à micro-ondes utilisé par l’armée américaine pour mesurer les vents océaniques, et moins d’un tiers de sa masse tourne. Pour éviter d’avoir besoin d’un mécanisme séparé qui transfère l’alimentation et les données du câblage aux parties stables, Brown a assemblé tout ce qu’il a pour tourner sur une sorte de tourne-disque.
Lui et son équipe ont permis d’autres innovations de conception en augmentant la complexité du traitement des données nécessaire pour trouver des solutions logicielles aux défis matériels. Par exemple, l’équipe a remplacé une partie de l’instrument appelée “cible chaude”, utilisée pour calibrer les mesures de polarisation du radiomètre, par une source de bruit qui génère des signaux polarisés connus. Lorsque l’étalonnage est terminé, ces signaux connus peuvent être supprimés comme tout autre bruit dans une transmission de données.
À son tour, TEMPEST est le résultat de décennies d’investissement de la NASA dans la technologie pour rendre l’électronique spatiale plus compacte. Au milieu des années 2010, l’ingénieur du JPL Sharmila Padmanabhan s’est demandé quels objectifs scientifiques pourraient être atteints en emballant un capteur compact dans un CubeSat – un très petit type de satellite souvent utilisé pour tester de nouveaux concepts de conception bon marché.
“Nous avons dit:” Hé, si nous pouvons emballer un capteur de manière compacte dans un CubeSat, nous pouvons obtenir des mesures des nuages, de la convection et des précipitations au fil du temps “”, a révélé Padmanabhan. Ces mesures fourniraient plus d’informations sur la croissance des tempêtes.
La conception de Padmanabhan a été testée pour la première fois dans l’espace de 2018 à juin dernier. Ce CubeSat, connu sous le nom de TEMPEST-D (« D » pour « démonstration »), a mesuré la vapeur d’eau dans l’atmosphère et capturé des images de nombreux ouragans et tempêtes majeurs.
Selon les créateurs, TEMPEST a à peu près la taille d’une grande boîte de céréales et pèse moins de 1,3 kg, avec une antenne d’environ 15 centimètres de diamètre. La taille de l’antenne dicte que TEMPEST peut mieux observer uniquement les longueurs d’onde les plus courtes des micro-ondes sensibles à la vapeur d’eau – environ 10 fois plus courtes que celles détectées par COWVR.
Une antenne plus petite “mélange” mieux les courtes longueurs d’onde, de la même manière que la courte colonne d’air d’une flûte est mieux adaptée aux courtes longueurs d’onde du son (notes aiguës), tandis que la longue colonne d’air d’un tuba est meilleure pour les longues longueurs d’onde des notes graves.
Les instruments ont été financés par l’US Space Force et la Navy, mais les utilisateurs d’autres agences, universités et branches militaires sont également intéressés. Ces scientifiques travaillent déjà sur des concepts de mission qui pourraient tirer parti de nouvelles technologies de capteurs à micro-ondes à faible coût pour étudier des problèmes de longue date tels que la façon dont la chaleur des océans influence les conditions météorologiques mondiales.
