Супутник NASA CloudSat завершує революційну подорож

Протягом майже двох десятиліть його потужний радар надавав небачені раніше деталі хмар і допомагав прогнозувати глобальну погоду та клімат. CloudSat, місія NASA, яка спостерігала за ураганами, підраховувала глобальну кількість снігопадів і досягла інших перших результатів щодо погоди та клімату, припинила свою роботу. Спочатку місія була запропонована як 22-місячна, але нещодавно космічний корабель був виведений з експлуатації після майже 18 років спостереження за вертикальною структурою та вмістом льоду/води в хмарах.

Як і планувалося, минулого місяця космічний корабель, який досяг кінця свого терміну служби і більше не може проводити регулярні спостереження, був спущений на орбіту, що призведе до його остаточного розпаду в атмосфері.

Революційна радарна технологія

Запущений у 2006 році Cloud Profiling Radar був першим в історії радаром з довжиною хвилі 94 ГГц (W-діапазон), який літав у космосі. У тисячу разів чутливіший за звичайні наземні метеорологічні радари, він створив нове бачення хмар — не як плоских зображень на екрані, а як тривимірних шматочків атмосфери, вкритої льодом і дощем.

Грем Стівенс, головний дослідник місії в Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії, сказав, що вперше вчені змогли спостерігати за хмарами та опадами разом. «Без хмар люди не існували б, оскільки вони забезпечують прісну воду, необхідну для життя, яке ми знаємо», — сказав він. «Ми іноді називаємо їх розумними маленькими дияволами через їхні властивості, що збивають з пантелику. Хмари були загадкою з погляду прогнозування зміни клімату».

Хмари здавна таїли в собі багато таємниць. До CloudSat ми не знали, як часто хмари викликають дощ і сніг у всьому світі. З моменту запуску ми також пройшли довгий шлях у розумінні того, як хмари можуть охолоджувати та нагрівати атмосферу та поверхню, а також як вони можуть спричиняти обмерзання літаків.

Дані CloudSat стали джерелом інформації для тисяч дослідницьких публікацій і продовжують допомагати вченим робити ключові відкриття, зокрема, скільки льоду та води містять хмари в усьому світі та як, утримуючи тепло в атмосфері, хмари прискорюють танення льоду в Гренландії та на полюсах.

Вивітрювання шторму

Протягом багатьох років CloudSat літав над потужними штормовими системами з такими іменами, як Марія, Харві та Сенді, зазираючи під їхні закручені пологи перистих хмар. Його радар для профілювання хмар чудово проникає в шари хмар, щоб допомогти вченим дослідити, як і чому посилюються тропічні циклони.

Протягом життя CloudSat виникло кілька проблем, які потенційно призвели до завершення місії, пов’язаних з акумулятором космічного корабля та реактивними колесами, які використовуються для керування орієнтацією супутника. Команда CloudSat розробила унікальні рішення, включаючи «сплячку» космічного корабля під час не світлої частини кожної орбіти для економії енергії та орієнтування його за допомогою меншої кількості реактивних коліс. Їхні рішення дозволяли продовжувати роботу, поки Cloud Profiling Radar не було остаточно вимкнено в грудні 2023 року.

«Частиною нашої родини NASA є те, що ми маємо віддані та талановиті команди, які можуть робити те, чого раніше не робили», — сказала Дебора Вейн, менеджер проекту CloudSat у JPL. «Ми оговталися від цих аномалій за допомогою методів, які ніхто раніше не використовував».

Сестринські супутники

CloudSat був запущений 28 квітня 2006 року в тандемі з супутником CALIPSO з лідаром (скорочення від Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation). Два космічні кораблі приєдналися до міжнародної групи супутників для відстеження погоди та клімату на орбіті Землі.

Радар і лідар вважаються «активними» датчиками, оскільки вони спрямовують на Землю промені енергії — радіохвилі у випадку CloudSat і лазерне світло у випадку CALIPSO — і вимірюють, як промені відбиваються від хмар і дрібних часток (аерозолі) в атмосфері. Інші орбітальні наукові інструменти використовують «пасивні» датчики, які вимірюють відбите сонячне світло або випромінювання від Землі чи хмар.

З різницею менше ніж хвилину CloudSat і CALIPSO оберталися навколо земної кулі по сонячно-синхронних орбітах від Північного до Південного полюса, перетинаючи екватор рано вдень і після півночі щодня. Їх радарно-лідарний відбиток, що перекривається, прорізав вертикальну структуру атмосфери для вивчення тонких і товстих хмар, а також шарів повітряних частинок, таких як пил, морська сіль, попіл і сажа, які можуть впливати на формування хмар.

Вплив аерозолів на хмари залишається ключовим питанням для прогнозів глобального потепління. Щоб дослідити це та інші питання, нещодавно запущений супутник PACE і майбутні місії в Обсерваторії Земної системи NASA базуватимуться на спадщині CloudSat і CALIPSO для нового покоління.

«Земля у 2030 році буде відрізнятися від Землі у 2000 році», — сказав Стівенс. «Змінився світ, змінився клімат. Продовження цих вимірювань дасть нам нове розуміння змін погодних умов».

Детальніше про місії

Проектом CloudSat керує NASA JPL. JPL розробила інструмент Cloud Profiling Radar зі значним внеском апаратного забезпечення від Канадського космічного агентства. Університет штату Колорадо забезпечує обробку та поширення наукових даних. Компанія BAE Systems з Брумфілда, штат Колорадо, спроектувала та побудувала космічний корабель. Космічні сили США та Міністерство енергетики США надали ресурси. Американські та міжнародні університети та дослідницькі центри підтримують наукову групу місії. Каліфорнійський технологічний інститут у Пасадені, Каліфорнія, керує JPL для NASA.

CALIPSO, яка була спільною місією NASA та французького космічного агентства CNES (Centre National d’Études Spatiales), завершила свою місію в серпні 2023 року.