Een nieuw instrument dat zijn waarde al heeft bewezen in veldcampagnes, zal proberen atmosferische broeikasgassen te meten vanuit een occultatie-bezichtiging, Low-Earth-baan CubeSat-missie genaamd Mini-Carb begin volgend jaar - de eerste keer dat dit type instrument in de ruimte is gevlogen.

Emily Wilson, een wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, werkt samen met het Lawrence Livermore National Laboratory, of LLNL, een kleinere vliegen, meer robuuste versie van haar gepatenteerde mini-Laser Heterodyne Radiometer, of mini-LHR, op een door LLNL gebouwd CubeSat-platform begin volgend jaar.

Wilson heeft de mini-LHR op de grond gedemonstreerd tijdens verschillende veldcampagnes in Alaska, het stroomgebied van de Amazone, en het Koninklijk Observatorium in Edinburgh, Schotland, onder andere locaties. Zeer draagbaar, de mini-LHR bestaat uit in de handel verkrijgbare componenten en kan letterlijk overal naartoe om metingen te verzamelen.

Hoewel NASA momenteel koolstofdioxide vanuit de ruimte meet, het bureau heeft nog nooit een laser heterodyne radiometer gevlogen om het werk te doen.

Laser heterodyne radiometers werden aangepast van radio-ontvangertechnologie. Bij deze variatie is de concentraties van broeikasgassen worden gevonden door hun absorptie van infrarood zonlicht te meten. Elk absorptiesignaal wordt gemengd met laserlicht in een snelle foto-ontvanger in het instrument en het resulterende signaal wordt gedetecteerd op een gemakkelijker te verwerken radiofrequentie. Hoewel dit vergelijkbaar is met andere absorptietechnieken, zoals die gebruikt in de Orbiting Carbon Observatory-2, laser heterodyne radiometrie biedt een hogere spectrale resolutie en verbeterde signaal-ruisniveaus door de interne vermenging van zonlicht met laserlicht, Wilson legde uit.

Andere voordelen zijn dat de mini-LHR compacter is en geen bewegende delen bevat, voegde Wilson eraan toe. Verder, het instrument kan drie broeikasgassen meten:naast kooldioxide, haar instrument kan tegelijkertijd waterdamp en methaan meten in het atmosferische deel van de aarde. "En relatief gezien, het instrument kostte een kleine fractie om te bouwen in vergelijking met meer traditionele, niet-CubeSat-instrumenten, "zei Wilson. "Dit is de belichaming van wetenschap op een klein prijsje."

Vlucht aan boord van de nieuwe CubeSat-bus

Ongeveer zo groot als een broodrooster, de vluchtversie van haar instrument zal vliegen als de enige lading op LLNL's nieuwe, 11-pond 6U CubeSat-bus bekend als de CNGB - een afkorting voor CubeSat Next Generation Bus. Het CubeSat Office bij het National Reconnaissance Office is ontstaan ​​uit het CNGB-concept, onderzoekers financieren bij LLNL, de Marine Postgraduate School, en het Space Dynamics Laboratory om een ​​nanosatellietarchitectuur van de overheid te ontwikkelen die een breed scala aan missies zou kunnen ondersteunen. Mini-Carb is de eerste missie die dit doet.

"Emily had een lading zonder satelliet en we hadden een ruimtevaartuig zonder lading, " zei Vincent Riot, een LLNL-ingenieur die de CNGB-bus heeft helpen ontwikkelen, die gebruikers een plug-and-play-mogelijkheid biedt die snelle configuratie en integratie mogelijk maakt. "Daar is deze samenwerking ontstaan. Dit is een proof-of-concept missie om te laten zien dat we excellente wetenschap kunnen doen met ons platform, ' zei Riot.

De debuutvlucht van zowel Wilson's instrument als LLNL's CubeSat is gepland voor januari 2019 via het Air Force Space Test Program. Wilson en haar team hebben het instrument onlangs aan LLNL geleverd, waar ze hebben geholpen het instrument in het ruimtevaartuig te integreren ter voorbereiding op de vlucht.

Bovenste troposfeer, Lagere stratosfeer gericht

Eenmaal in een baan, Mini-Carb zal het gebied tussen de bovenste troposfeer en de onderste stratosfeer observeren tussen zes en 29 mijl boven het aardoppervlak. Metingen in dit atmosferische gebied leveren belangrijke informatie over de stratosferische circulatie en hoe deze reageert op toenemende broeikasgasconcentraties. "Het meten van de circulatie in de stratosfeer en de variabiliteit ervan is essentieel om te voorspellen hoe klimaatverandering de ozon in de stratosfeer zal beïnvloeden, ' zei Wilson.

Wetenschappers zijn van mening dat de verwachte toename van methaan en koolstofdioxide deze eeuw verschillende fysieke processen zal beïnvloeden die klimaatverandering veroorzaken, ze zei. methaan, die bijzonder langlevend is, resulteert in een verhoogde productie van stratosferische waterdamp en hydroxide, die rechtstreeks ozon aantast, de laag die de aarde beschermt tegen schadelijke ultraviolette straling. "Vanwege de rol van methaan in de veranderende chemie van de ozonlaag en vanwege zijn lange levensduur, methaanmetingen zijn bijzonder waardevol, ' zei Wilson.

Net als zijn op de grond gebaseerde broer, het Mini-Carb-instrument is gemaakt van commerciële onderdelen en werkt passief, dat wil zeggen, het verzamelt zonlicht dat de beoogde broeikasgassen heeft geabsorbeerd. Dat licht wordt gecombineerd met laserlicht dat is afgestemd op de infrarode golflengten en vervolgens wordt versterkt. Via een reeks andere stappen, het instrument kan de concentraties van de broeikasgassen in de atmosfeer onthullen.

Terwijl Wilson oorspronkelijk zowel de grond- als de ruimtegebaseerde instrumenten ontwikkelde voor het bestuderen van klimaatverandering op aarde, het instrument kan ook worden gebruikt op een sonde of lander om de atmosferische omstandigheden op andere planeten te bestuderen, ze zei.

Het onmiddellijke doel, echter, demonstreert Mini-Carb in de ruimte. "Als we één meting krijgen, Ik beschouw het als een succes. Er is potentieel voor een verlenging als de missie werkt, " zei Riot. "Als dit werkt, ons succes zou kunnen leiden tot grotere projecten later, " Wilson toegevoegd. "Dit is een zeer grote deal voor ons."