Het Atlantische orkaanseizoen 2020 was een van de meest meedogenloze ooit, het produceren van een ongekende 30 benoemde stormen. Bovendien, een recordaantal van 10 van die stormen werd gekenmerkt als snel intensiverend - sommige werden in minder dan twee dagen met 100 mijl per uur verlaagd.

Om meer gegevens naar voorspellers te brengen en consistenter te waken over de tropische gordel van de aarde, waar deze stormen ontstaan, NASA heeft een testsatelliet gelanceerd, of padvinder, voor een constellatie van zes weersatellieten genaamd TROPICS (Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats). Gepland voor lancering in 2022, de TROPICS-satellieten zullen samenwerken om bijna elk uur microgolfwaarnemingen te geven van de neerslag van een storm, temperatuur, en vochtigheid - een herhalingstijd voor deze metingen die momenteel niet mogelijk is met andere satellieten.

"Als een levenslange Floridiaan, Ik heb uit de eerste hand de verwoestende impact gezien die orkanen op onze gemeenschappen kunnen hebben. En aangezien klimaatverandering orkanen nog sterker maakt, het is belangrijker dan ooit dat NASA en onze partners investeren in missies zoals TROPICS om extreem weer beter te kunnen volgen en begrijpen, "Zei NASA-beheerder Bill Nelson. "De innovatie van NASA is het versterken van gegevensmodellen die wetenschappers helpen om stormvoorspellingen te verbeteren en de factoren te begrijpen die deze monsterstormen voeden. TROPICS zal daarbij helpen en we kijken uit naar de lancering van de TROPICS-satellietconstellatie volgend jaar."

"TROPICS is het begin van een nieuw tijdperk. Deze missie zal een van de eerste zijn die een constellatie van kleine satellieten gebruikt voor dit soort wereldwijde, snel terugkijken op tropische stormen, " zei Scott Braun, de TROPICS-projectwetenschapper en een onderzoeksmeteoroloog bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Omdat tropische cyclonen en orkanen snel kunnen veranderen als ze over de oceaan reizen, de toegenomen waarnemingen van de TROPICS-satellieten zullen niet alleen de wetenschap vooruit helpen om de stormintensiteit te begrijpen, ze kunnen ook de intensiteitsvoorspellingen verbeteren.

"Het project belooft veel goeds om NOAA's gestage verbeteringen in weers- en orkaanvoorspellingen te stimuleren door nieuwe milieugegevens in onze numerieke weersvoorspellingsmodellen van wereldklasse in te voeren, " zei Frank Marks, directeur van de Hurricane Research Division van NOAA's Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory. Nadat alle zes satellieten in 2022 zijn gelanceerd en gepositioneerd, "Deze nieuwe constellatie zal hoogfrequente temperatuur- en vochtigheidsgeluiden opleveren terwijl we proberen te leren hoe orkanen interageren met de omgevingstemperatuur en vochtige omgeving - belangrijke gegevens die de voorspellingen van orkaanintensiteit zouden kunnen verbeteren."

Een cruciale stap in de voorbereiding op de constellatie is de lancering van een pathfinder-satelliet, een zevende identieke kopie van de TROPICS smallsats, waarmee de technologie volledig kan worden getest, communicatie systemen, gegevensverwerking, en gegevensstroom naar gebruikers van applicaties voorafgaand aan de lancering van de constellatie. Dit geeft tijd voor aanpassingen aan het grondsysteem en dataproducten, het succes van de TROPICS-missie helpen verzekeren.

"De TROPICS Pathfinder-satelliet is vergelijkbaar met een screening voor de openingsavond van een grote show, " zei Nicholas Zorn, de Pathfinder-programmamanager van het MIT Lincoln Laboratory. "Zijn missie is een real-world, end-to-end testen, van milieuverificatie tot integratie, launch, grondcommunicatie, inbedrijfstelling, kalibratie, activiteiten, en wetenschappelijke gegevensverwerking. Alle verbeterpunten die onderweg worden geïdentificeerd, kunnen worden versterkt voordat de constellatie wordt gelanceerd."

William Blackwell van het MIT Lincoln Laboratory is de hoofdonderzoeker van TROPICS. Zes jaar geleden, hij diende TROPICS in als een voorstel voor NASA's Earth Venture Instrument-competitiereeks en kreeg financiering. Het Earth Venture Instrument-programma roept op tot innovatieve, wetenschappelijk gedreven, kosteneffectieve missies om dringende problemen in verband met aardwetenschappen op te lossen.

Aan boord van elke kleine TROPICS-satelliet bevindt zich een instrument dat een microgolfradiometer wordt genoemd, die temperatuur detecteert, vochtigheid, en regen in de atmosfeer. Op de huidige weersatellieten, microgolfradiometers zijn ongeveer zo groot als een wasmachine. Op de kleine satellieten van TROPICS zijn de radiometers ongeveer zo groot als een koffiemok.

Microgolfradiometers werken door de thermische straling te detecteren die van nature wordt uitgezonden door zuurstof en waterdamp in de lucht. Het TROPICS-instrument meet deze emissies via een antenne die aan het ene uiteinde van de satelliet draait. De antenne luistert naar 12 microgolfkanalen tussen 90 en 205 gigahertz, waar de relevante emissiesignalen het sterkst zijn. Deze kanalen vangen signalen op verschillende hoogten op in de onderste laag van de atmosfeer, of troposfeer, waar het meeste weer dat we meemaken voorkomt.

Door de TROPICS-radiometers op lagere hoogte te laten vliegen en minder kanalen te detecteren dan hun grotere tegenhangers, in de kanalen die ze voeren, de radiometers leveren vergelijkbare prestaties.

Het miniaturiseren van de microgolfradiometer is de afgelopen 10 jaar een stapsgewijs proces geweest voor Blackwell en zijn team, aangespoord door de uitvinding van CubeSats, satellieten ter grootte van een brood die vaak economisch te lanceren zijn. TROPICS bouwt voort op het succes van Blackwell en zijn team in 2018 met de lancering van de eerste microgolfradiometer op een CubeSat om atmosferische profileringsgegevens te verzamelen. Het instrument aan boord van de zes satellieten van de TROPICS is geüpgraded om een ​​verbeterde gevoeligheid te bieden, resolutie en betrouwbaarheid en zal meer gerichte en snelle weerobservaties maken.

"Deze stormen treffen veel mensen, en we verwachten dat met de toegenomen waarnemingen over een enkele storm van TROPICS, we zullen de voorspellingen kunnen verbeteren, wat zich vertaalt in het helpen van mensen om sneller in veiligheid te komen, eigendommen beschermen, en in het algemeen de nationale economie verbeteren, " Blackwell zegt, vooruitkijkend naar de lancering van het volledige sterrenbeeld volgend jaar. "Het is verbazingwekkende technologie die we hebben bewezen en die ons in staat stelt om de wetenschap te maximaliseren van de groottefactor van het instrument. Om dit voor elkaar te krijgen, hebben zoveel mensen bijgedragen."