为科学做出巨大贡献的微型卫星

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摘要：由美国宇航局地球科学技术办公室资助，HARP将乘坐由犹他州立大学空间动力学实验室开发的CubeSat航天器。这种能力在微型卫星上是前所未有的，它预示着未来更便宜、更快地将探路者前驱物部署到更大、更复杂的任务中。HARP是目前正在进行的几个利用CubeSats优势收集科学数据的项目之一。下一代的纳米卫星有效载荷将推动他是科学的前沿。

这篇文章最初是在对话会上发表的。这篇文章为Live Science的专家之声贡献了一篇文章：Op Ed&Insights。

微型卫星，有些比鞋盒还小，目前正在离地球200英里的轨道上运行，收集关于我们星球和宇宙的数据。不仅仅是他们的身材矮小，还有伴随而来的较小的成本，使他们与更大的商业卫星（例如，在全球范围内发射 ... 和GPS信号）脱颖而出。这些小型卫星准备改变我们从太空进行科学研究的方式。他们更便宜的价格标签意味着我们可以推出更多的产品，允许每天多次从不同的观测位置同时测量数据，这对于传统的、更大的平台来说是成本高昂的大量数据。

称为小卫星，这些设备的尺寸从大型厨房冰箱到高尔夫球都有。纳米卫星位于光谱的较小一端，重量在1到10公斤之间，平均大小相当于一块面包。

从1999年开始，斯坦福大学和加州理工大学的教授建立了纳米卫星的标准。他们设计了一个模块化系统，其标称单位（1U立方块）为10x10x10厘米，重量为1kg。立方体通过这些单元（1.5U、2U、3U、6U等）的聚集而增大。由于CubeSats可以用现成的商业部件建造，它们的发展使得许多人和组织，特别是学生、学院和大学，都可以进行空间探索。更多的准入也使包括哥伦比亚、波兰、爱沙尼亚、匈牙利、罗马尼亚和巴基斯坦在内的各国得以发射立方体卫星作为其第一颗卫星，并率先开展其空间探索计划。

最初的立方体卫星被设计成教育工具和概念的技术证明，展示他们在恶劣的太空环境中飞行和执行所需操作的能力。像所有的太空探险家一样，他们必须与真空条件、宇宙辐射、大范围的温度波动、高速、原子氧等作斗争。到目前为止，已经有近500次发射，它们也引起了人们对围绕地球运行的“太空垃圾”数量不断增加的担忧，特别是当它们几乎接近爱好者的范围时。但随着这些纳米卫星能力的增强和可能的贡献的增加，它们已经在太空中赢得了自己的位置。

在考虑人造卫星时，我们必须区分航天器本身（通常称为“卫星总线”）和有效载荷（通常是科学仪器、照相机或具有非常特殊功能的有源部件）。通常情况下，航天器的大小决定了它作为科学有效载荷能携带和操作多少。随着技术的进步，小型航天器越来越能够支持越来越复杂的仪器。

这些先进的纳米卫星有效载荷意味着小型卫星已经长大，现在可以帮助我们增加对地球和宇宙的了解。这场革命正在进行中，许多 ... 组织、私人公司和基金会都在设计CuBeSATE巴士和有效载荷，旨在回答特定的科学问题，涵盖范围广泛的科学，包括地球上的天气和气候、太空天气和宇宙射线、行星探测等等。他们也可以作为更大、更昂贵的卫星任务的探路者，来解决这些问题。

我在巴尔的摩县马里兰大学领导一个团队，正在合作一个以科学为中心的CubeSat航天器。我们的超角度彩虹偏振仪（HARP）的有效载荷是为了观察云和气溶胶之间的作用——悬浮在地球大气中的小颗粒物，如污染、灰尘、海盐或花粉。哈普有望成为美国太空第一个成像旋光仪。这是一种先进的科学仪器的例子，早期不可能塞进一个小立方体卫星上。

由美国宇航局地球科学技术办公室资助，HARP将乘坐由犹他州立大学空间动力学实验室开发的CubeSat航天器。HARP团队打破了用消费者现成零件装载CubeSat有效载荷的传统，采取了不同的 ... 。我们已经通过定制设计和定制制造的零件优化了仪器，这些零件专门用于执行HARP科学目标所要求的精密多角度、多光谱偏振测量。

HARP目前计划于2017年6月发射到国际空间站。不久之后，它将被释放，成为一个完全自主的数据收集卫星。

HARP旨在观察气溶胶如何与组成云层的水滴和冰粒子相互作用。气溶胶和云层在地球大气中有着很深的联系——是气溶胶粒子使云滴形成种子，并使它们成长为云层，最终使它们的降水量下降。

这种相互依存的关系意味着，通过空气污染改变大气中粒子的数量和类型将影响其类型，云的大小和寿命，以及何时开始降水。这些过程将影响地球的全球水循环、能量平衡和气候。

当太阳光与大气中的气溶胶粒子或云滴相互作用时，它会根据遇到的东西的大小、形状和成分向不同的方向散射。哈普将测量从太空中可以看到的散射光。我们将能够推断大气中气溶胶的数量和水滴的大小，并将干净的云与污染的云进行比较。

原则上，HARP仪器将能够每天收集覆盖全球的数据；尽管它的体积很小，但它将为地球观测收集大量数据。这种能力在微型卫星上是前所未有的，它预示着未来更便宜、更快地将探路者前驱物部署到更大、更复杂的任务中。

HARP是目前正在进行的几个利用CubeSats优势收集科学数据的项目之一。美国宇航局、大学和其他机构正在探索新的地球科学技术、地球的辐射循环、地球的微波发射、冰云和许多其他科学和工程挑战。最近，麻省理工学院获得资助，发射了一个由12个立方体卫星组成的称为热带的星座，以研究地球大气中的降水和风暴强度。

，但立方体卫星的性质仍然限制了它们所能做的科学研究。能量、存储和最重要的是，将信息传回地球的能力的限制，阻碍了我们在CubeSat平台上持续运行HARP仪器的能力。

因此，作为我们工作的另一部分，我们将观察HARP在进行科学观测时的表现。在UMBC，我们创建了地球和空间研究中心，研究小型卫星在回答有关地球系统和空间的科学问题方面的表现。这是HARP的原始数据将被转换和解释的地方。除了回答有关云/气溶胶相互作用的问题外，下一个目标是确定如何在地球和空间科学应用中最好地使用小型卫星和其他技术。看到什么有效，什么无效，将有助于通知更大的空间任务和未来的行动。

小卫星革命，推动了通过CubeSats进入太空的流行，现在正朝着下一次革命。下一代的纳米卫星有效载荷将推动他是科学的前沿。它们可能永远无法取代对更大和更强大卫星的需求，但纳米卫星将继续在探索地球和宇宙的持续竞赛中扩大自己的作用。

J.Vanderlei Martins，马里兰大学物理学教授，巴尔的摩县

这篇文章最初是在对话中发表的。阅读原文。“

本文标签：科学卫星航空航天

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