Ontworpen om potentiële natuurlijke gevaren op te sporen en onderzoekers te helpen meten hoe smeltend landijs de zeespiegelstijging zal beïnvloeden, het NISAR-ruimtevaartuig markeert een grote stap terwijl het vorm krijgt.

Een aardsatelliet van SUV-formaat die zal worden uitgerust met de grootste reflectorantenne die ooit door NASA is gelanceerd, krijgt vorm in de cleanroom van het Jet Propulsion Laboratory van het bureau in Zuid-Californië. NISR genoemd, de gezamenlijke missie tussen NASA en de Indian Space Research Organization (ISRO) heeft grote doelen:door subtiele veranderingen in het aardoppervlak te volgen, het zal waarschuwingssignalen van dreigende vulkaanuitbarstingen herkennen, helpen bij het monitoren van de grondwatervoorraden, volg de smeltsnelheid van ijskappen die verband houden met de stijging van de zeespiegel, en observeer verschuivingen in de verspreiding van vegetatie over de hele wereld. Het monitoren van dit soort veranderingen in het aardoppervlak over bijna de hele wereld is nog niet eerder gedaan met de hoge resolutie in ruimte en tijd die NISAR zal leveren.

Het ruimtevaartuig zal twee soorten synthetische apertuurradar (SAR) gebruiken om veranderingen in het aardoppervlak te meten, vandaar de naam NISAR, wat een afkorting is voor NASA-ISRO SAR. De satelliet zal een radarreflectorantenne van draadgaas gebruiken met een diameter van bijna 12 meter aan het einde van een 9 meter lange giek om radarsignalen van en naar het aardoppervlak te verzenden en te ontvangen. Het concept is vergelijkbaar met hoe weerradars signalen van regendruppels weerkaatsen om stormen te volgen.

NISAR zal bewegingen van het aardoppervlak van slechts 0,4 inch (een centimeter) detecteren over gebieden ter grootte van een halve tennisbaan. Lancering niet eerder dan 2022, de satelliet zal tijdens zijn driejarige primaire missie elke 12 dagen de hele wereld aftasten, het land van de aarde in beeld brengen, ijskappen, en zee-ijs op elke baan.

Activiteiten zoals het putten van drinkwater uit een ondergrondse watervoerende laag kunnen tekenen op het oppervlak achterlaten:Haal te veel water weg, en de grond begint te zinken. De beweging van magma onder het oppervlak vóór een vulkaanuitbarsting kan ervoor zorgen dat de grond ook beweegt. NISAR zal time-lapse-radarbeelden met hoge resolutie van dergelijke verschuivingen leveren.

Een satelliet voor alle weersomstandigheden

Op 19 maart, de vergadering van NISAR, toets, en het lanceringsteam van JPL ontving een belangrijk apparaat - de S-band SAR - van zijn partner in India. Samen met de L-band SAR geleverd door JPL, de twee radars dienen als het kloppend hart van de missie. De "S" en "L" geven de golflengte van hun signaal aan, met "S" op ongeveer 4 inch (10 centimeter) en "L" op ongeveer 10 inch (25 centimeter). Beide kunnen door objecten zoals wolken en de bladeren van een bladerdak kijken die andere soorten instrumenten belemmeren, hoewel L-band SAR verder in dichte vegetatie kan doordringen dan S-band. Dit vermogen stelt de missie in staat om dag en nacht veranderingen in het aardoppervlak te volgen, regen of zonneschijn.

"NISAR is een satelliet voor alle weersomstandigheden die ons een ongekend vermogen zal geven om te kijken naar hoe het aardoppervlak verandert, " zei Paul Rosen, NISAR-projectwetenschapper bij JPL. "Het zal vooral belangrijk zijn voor wetenschappers die op dit soort meetbetrouwbaarheid en consistentie hebben gewacht om echt te begrijpen wat de natuurlijke systemen van de aarde drijft - en voor mensen die te maken hebben met natuurlijke gevaren en rampen zoals vulkanen of aardverschuivingen."

Beide radars werken door microgolfsignalen van het aardoppervlak te kaatsen en te registreren hoe lang het duurt voordat de signalen terugkeren naar de satelliet en hoe sterk ze zijn wanneer ze terugkeren. Hoe groter de antenne die de signalen verzendt en ontvangt, hoe hoger de ruimtelijke resolutie van de gegevens. Als onderzoekers iets wilden zien van ongeveer 45 meter breed met een satelliet in een lage baan om de aarde die een L-bandradar bedient, ze hebben bijna 14 een antenne nodig, 000 voet (4, 250 meter) lang - het equivalent van ongeveer 10 Empire State Buildings die op elkaar zijn gestapeld. Iets zo groot de ruimte in sturen is gewoon niet haalbaar.

Yet NISAR mission planners had ambitions to track surface changes at an even higher resolution—down to around 20 feet (6 meters) – requiring an even longer antenna. This is why the project uses SAR technology. As the satellite orbits Earth, engineers can take a sequence of radar measurements from a shorter antenna and combine them to simulate a much larger antenna, giving them the resolution that they need. And by using two wavelengths with complementary capabilities—S-SAR is better able to detect crop types and how rough a surface is, while L-SAR is better able to estimate the amount of vegetation in heavily forested areas—researchers can get a more detailed picture of Earth's surface.

Testing, Testing...

So the arrival of the S-band system marked a big occasion for the mission. The equipment was delivered to the JPL Spacecraft Assembly Facility's High Bay 1 clean room—the same room where probes used to explore the solar system, like Galileo, Cassini, and the twin Voyager spacecraft, were built—to be unboxed over the course of several days. "The team is very excited to get their hands on the S-band SAR, " said Pamela Hoffman, NISAR deputy payload manager at JPL. "We had expected it to arrive in late spring or early summer of last year, but COVID impacted progress at both ISRO and NASA. We are eager to begin integrating ISRO's S-SAR electronics with JPL's L-SAR system."

Engineers and technicians from JPL and ISRO will spend the next couple of weeks performing a health check on the radar before confirming that the L-band and S-band SARS work together as intended. Then they'll integrate the S-SAR into part of the satellite structure. Another round of tests will follow to make sure everything is operating as it should.

"NISAR will really open up the range of questions that researchers can answer and help resource managers monitor areas of concern, " said Rosen. "There's a lot of excitement surrounding NISAR, and I can't wait to see it fly."