作者:Mustapha Meftah et al. 来源:Remote Sensing 发布时间:2021/4/9 19:07:54
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立方体卫星在气候变化观测中的应用 | MDPI Remote Sensing

论文标题:UVSQ-SAT, a Pathfinder CubeSat Mission for Observing Essential Climate Variables

期刊:Remote Sensing

作者:Mustapha Meftah et al.

发表时间:26 December 2019

DOI:10.3390/rs12010092

微信链接:

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期刊链接:https://www.mdpi.com/journal/remotesensing

研究背景

气候变化是指长时期内气候状态的变化,通常用不同时期的温度和降水等气候要素统计量的差异来反映。气候变化的研究尺度从最长的几十亿年至最短的几年不等。气候变化与人类生活息息相关,为了更加深入地了解气候变化的模式,来自萨克雷大学 (Université Paris-Saclay) 的Mustapha Meftah 博士及其研究团队在Remote Sensing 期刊上发表了一篇论文,指出立方体卫星UVSQ-SAT (The UltraViolet and infrared Sensors at high Quantum efficiency onboard a small SATellite, UVSQ-SAT) 计划将于2020/2021年进行发射,该卫星的任务是通过小型卫星,进行多点观测基本气候变量 (Essential Climate Variables, ECV)。

研究过程

UVSQ-SAT是一个正在进行的,基于立方体卫星标准的纳米卫星开发项目[1,2]。UVSQ-SAT是一个单位立方体卫星,其体积为11.10×11.10×11.35 cm³。实验室大气、环境、空间观测研究团队 (Laboratory Atmospheres, Environments, Space Observations, LATMOS) 是立方体卫星的主承包商,并得到了空间创新解决方案制造商(Innovative Solutions In Space, ISIS) 的支持,以建立一个专用的卫星平台。虽然立方体卫星很小,但它包含了大型卫星的所有关键子系统和功能(图1)。

图1. UVSQ-SAT立方体卫星的结构。

UVSQ-SAT是一项任务,其基础是部署一个立方体卫星,其目标是监测基本的气候变量。UVSQ-SAT任务包括一个空间段和一个地面段:空间部分基于传感器搭载完成,地面部分借助天线完成 (图2)。

图2. UVSQ-SAT任务地面观测基地。

研究结果

使用立方体卫星观测气候变量一天后,其性能比预期的要低。仅看立方体卫星的观测数据,地球的净辐射 (有时被称为净通量,是大气层顶部进入和流出的能量之间的平衡,是能够影响气候的总能量) 误差在较大地理区域内可能大于30 W/m²。事实上,只用一颗卫星需要花15天的时间,才能测得完整的地球净辐射在24小时内的变化图。在这个过程中,相关研究往往容易忽略15天内不同的反照率、云层等因素的影响,导致测得的数据不够精确。因此,为了提高数据准确性,该研究用15颗小型卫星组成的星座观测不同经纬度下地球每日净辐射在一天内的变化 (图3)。

图3. 15颗卫星组成的星座观测不同经纬度下地球每日净辐射在一天内的变化。

总结

为了预测全球变暖的未来进程并验证所采取的气候措施是有效的,需要使用具有恢复期的卫星星座进行多年观测,以跟踪地球随时间的能量不平衡。这项研究建议使用UVSQ-SAT及其他的小型卫星星座,来监测能量不平衡这个参数。同时必须详细研究仪器校准的问题,分别在仪器飞行前和飞行中监测其老化方面的问题,来保证每颗卫星的准确性和精度 (图4)。

图4. 单一立方体卫星和复杂的小卫星星座的纳米卫星。

总体而言,UVSQ-SAT是一颗地球观测和太阳物理领域的科技示范卫星,主要的科学目标是准确地测量大气输出长波辐射和短波辐射,及未来用小型卫星星座观测完整的气候变量。其优势是UVSQ-SAT采用遥感技术,将提高小卫星上小型传感器的小型化和紧凑性。然而,由于地球净辐射中传出的短波辐射具有较大的时空变异性,而且短波辐射在地球周围的分布不均匀,UVSQ-SAT用于测量短波辐射仍有一定的挑战性。希望将来能有更先进的研究可以更好地解决这一问题。

参考文献:

1.Puig-Suari, J.; Schoos, J.; Turner, C.; Wagner, T.; Connolly, R.; Block, R.P. CubeSat developments at Cal Poly: The standard deployer and PolySat. In Proceedings of the SPIE 4136, Small Payloads in Space, San Diego, CA, USA, 7 November 2000; Volume 4136, pp. 72–78.

2. Twiggs, R.J. Space system developments at Stanford University: From launch experience of microsatellites to the proposed future use of picosatellites. In Proceedings of the SPIE 4136, Small Payloads in Space, San Diego, CA, USA, 7 November 2000; Volume 4136, pp. 79–86.

Remote Sensing (ISSN 2072-4292; IF:4.509) 是一个与遥感学科相关的国际型开放获取期刊。其期刊范围涵盖遥感科学所有领域,从传感器的设计、验证和校准,到遥感在地球科学、环境生态、土木建筑等各方面的广泛应用。Remote Sensing采取单盲同行评审,一审周期约为19天,文章从接收到发表仅需2.9天。

 
 
 
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