Глядя на Землю с Международной космической станции, астронавты видят большие белые облака, расползающиеся по планете. Они не могут отличить серое дождевое облако от пухлого белого облака. В то время как спутники могут видеть сквозь многие облака и оценивать жидкие осадки, которые они держат, они не могут видеть более мелкие частицы льда, которые создают огромные дождевые облака.
Экспериментальный небольшой спутник заполнил эту пустоту и сделал первую глобальную картину маленьких замороженных частиц внутри облаков, обычно называемых ледяными облаками.
Развернутый с космической станции в мае 2017 года, IceCube тестирует инструменты на предмет их способности проводить космические измерения маленьких замороженных кристаллов, из которых состоят ледяные облака.«Сильные ливни возникают из-за ледяных облаков», - сказал Донг Ву, главный исследователь IceCube в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
Ледяные облака начинаются с крошечных частиц высоко в атмосфере. Впитывая влагу, кристаллы льда растут и становятся тяжелее, заставляя их падать на более низкие высоты. В конце концов, частицы становятся настолько тяжелыми, что падают и тают, образуя капли дождя. Кристаллы льда также могут просто оставаться в воздухе.
Как и другие облака, ледяные облака влияют на энергетический баланс Земли, либо отражая, либо поглощая энергию Солнца, а также влияя на излучение тепла с Земли в космос. Таким образом, ледяные облака являются ключевыми переменными в моделях погоды и климата.
Это среднее количество ледяных облаков за три месяца. Самые яркие области пиков представляют наибольшую концентрацию ледяных облаков. Они также являются пятнами с сильными осадками под ними. Они достигают вершин тропосферы благодаря глубокой конвекции, которая обычно наиболее сильна в тропиках.
Измерение атмосферного льда в глобальном масштабе остается весьма неопределенным, поскольку спутники не смогли определить количество мелких частиц льда внутри облаков, поскольку эти частицы слишком непрозрачны для проникновения инфракрасных и видимых датчиков. Чтобы обойти это ограничение, IceCube оснастили субмиллиметровым радиометром, который компенсирует недостающую чувствительность между инфракрасным и микроволновым диапазонами волн.
Несмотря на то, что он весит всего 10 фунтов и размером с буханку хлеба, IceCube представляет собой настоящий космический корабль с трехосным управлением ориентацией, развертываемыми солнечными батареями и развертываемой антенной связи УВЧ. CubeSat вращается вокруг своей оси, как тарелка на шесте. Он указывает на Землю, чтобы произвести измерение, а затем смотрит на холодное пространство для калибровки.
Первоначально представлявший собой 30-дневную демонстрационную миссию, IceCube почти год спустя по-прежнему полностью функционирует на низкой околоземной орбите, измеряя ледяные облака и предоставляя данные, которые «достаточно хороши для реальных научных исследований», - сказал Ву.
«Самое сложное в разработке CubeSat - сделать коммерческие детали долговечными в космосе», - сказал Том Джонсон, менеджер по малым спутникам Годдарда, работающий в Центре полетов НАСА Уоллопс в Вирджинии. «Мы купили коммерческие компоненты для IceCube и потратили много времени на их тестирование, чтобы убедиться, что каждая часть работает».
За последний год инженеры проверили возможности спутника на орбите. Они хотели проверить, достаточно ли энергии в батареях прибора для работы в течение 24 часов. IceCube заряжает свои батареи, когда Солнце светит на его солнечные батареи. Во время испытаний меры безопасности предотвратили потерю спутником всей своей мощности и завершение миссии; однако испытание прошло успешно. Аккумуляторы работали в IceCube всю ночь и заряжались в течение дня. Это изменение сделало CubeSat более полезным для сбора научных данных.
Хотя команда IceCube планировала, что миссия будет работать в космосе в течение 30 дней, «продолжение ее работы не требует больших затрат, - сказал Джонсон, - поэтому мы продлили миссию из-за выдающихся научных достижений IceCube. выступает. Мы загружаем данные восемь-десять раз в неделю. Даже если мы пропустим неделю, CubeSat сможет хранить данные за пару недель».
Джонсон говорит, что не удивлен тем, как долго существует IceCube. «Это продлится около года, когда он снова войдет в атмосферу Земли и сгорит в ней».
Команда IceCube построила космический корабль, используя средства, выделенные Управлением технологий наук о Земле НАСА (ESTO) в рамках программы проверки технологий наук о Земле (InVEST) в космосе и Инициативы CubeSat Директората научных миссий НАСА.
Малые спутники, в том числе CubeSats, играют все более важную роль в разведке, демонстрации технологий, научных исследованиях и образовательных исследованиях в НАСА. Они использовались в исследовании планетарного космоса, фундаментальной науке о Земле и космосе, а также в разработке предшествующих научных инструментов, таких как передовая лазерная связь, межспутниковая связь и возможности автономного движения.