NISAR:用于跟踪灾害和气候变化影响的大型人造地球卫星

一颗SUV大小的人造地球卫星将配备美国宇航局有史以来发射的最大的反射器天线在该机构位于南加州的喷气推进实验室的洁净室里正在成型。这项被称为NISAR的任务,是美国宇航局和印度空间研究组织(ISRO)的联合任务,身材庞大,目标自然也很大:

通过跟踪地球表面的细微变化,它可以发现即将发生的火山喷发的警告信号、帮助监测地下水供给,NISAR将在空间和时间维度提供高分辨率,监测几乎整个地球表面的这些变化,这在以前是没有过的。

从地下含水层抽取饮用水等活动会在地表留下痕迹。取出太多水,地表就会下沉 火山爆发前地表下岩浆的运动也会导致地面移动。NISAR将提供这种变化的高分辨率延时雷达图像。

该航天器将使用两种合成孔径雷达(SAR)来测量地球表面的变化,因此被称为NISAR,即NASA-ISRO SAR的缩写。该卫星将在30英尺长(9米长)的吊杆末端使用直径近40英尺(12米)的钢丝网雷达反射天线,向地球表面发送和接收雷达信号。这个概念类似于气象雷达如何从雨滴上反弹信号来追踪风暴。

NISAR将在大约半个网球场大小的区域内探测到小至0.4英寸(一厘米)的地球表面运动。预计这颗卫星不早于2022年发射,在其三年的主要任务过程中,将每12天扫描一次整个地球,并在每个轨道上对地球的陆地、冰层和海冰进行成像。

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S波段合成孔径雷达是NISAR任务中两种雷达之一,于3月19日运抵JPL。第二天,技术人员和工程师将S-SAR移入气闸,送往航天器组装设施的高湾1号洁净室。这些设备将在洁净室中进行几天的拆装。资料来源:NASA/JPL-Caltech

3月19日,NISAR在JPL的组装、测试和发射小组从印度的合作伙伴那里收到了一个关键设备--S波段SAR。这两部雷达与JPL提供的L波段SAR一起,成为任务的心脏。"S "和 "L "表示其信号的波长,"S "约为4英寸(10厘米),"L "约为10英寸(25厘米)。两者都能看穿云层和森林树冠叶子等阻碍其他类型仪器的物体,尽管L波段SAR比S波段能进一步穿透茂密的植被。这种能力将使该任务能够跟踪地球表面的变化,无论白天还是黑夜,无论雨天还是晴天。

"NISAR是一颗全天候卫星,它将使我们拥有前所未有的能力来观察地球表面的变化,"JPL的NISAR项目科学家Paul Rosen说。"对于那些一直在等待这种测量可靠性和一致性的科学家来说,这将是特别重要的,以真正了解是什么推动了地球的自然系统--对于那些处理火山或山体滑坡等自然灾害和灾难的人来说也是如此。"

这两种雷达的工作原理都是将微波信号从地球表面反射出去,并记录信号返回卫星所需的时间以及返回时的强度。发送和接收信号的天线越大,数据的空间分辨率越高。如果研究人员想用低地轨道上运行L波段雷达的卫星看到大约150英尺(45米)宽的东西,他们需要一个近14000英尺(4250米)长的天线--相当于大约10座帝国大厦摞在一起。将这么大的东西送入太空是不可行的。

然而,NISAR任务规划者有野心以更高的分辨率:低至20英尺(6米)左右来跟踪地表变化,这需要更长的天线。这就是该项目使用SAR技术的原因。当卫星围绕地球运行时,工程师可以从较短的天线上获取一系列雷达测量数据,并将其组合起来,模拟出一个大得多的天线从而获得所需的分辨率。而通过使用两种具有互补功能的波长--S-SAR能够更好地探测作物类型和表面的粗糙程度,而L-SAR则能够更好地估计森林茂密地区的植被数量--研究人员可以获得更详细的地球表面情况。

因此,S波段系统的到来标志着该任务的一个重要时刻。该设备被运送到JPL航天器组装设施的高湾1号洁净室--也就是用于探索太阳系的探测器,如伽利略号、卡西尼号和旅行者号双胞胎飞船的制造地--在几天的时间里被开箱。"团队非常兴奋能拿到S波段SAR,"JPL的NISAR副有效载荷经理Pamela Hoffman说。"我们原本预计它将在去年春末或夏初到达,但COVID-19大流行影响了ISRO和NASA的进展。我们急于开始将ISRO的S-SAR电子设备与JPL的L-SAR系统进行整合。"

来自JPL和ISRO的工程师和技术人员将在接下来的几周内对雷达进行健康检查,然后再确认L波段和S波段SAR按照预期的方式一起工作。然后他们将把S-SAR集成到卫星结构的一部分。随后将进行另一轮测试,以确保一切都能正常运行。

NISAR是美国航天局和印度空间研究组织的一项联合地球观测任务。由位于帕萨迪纳的加州理工学院为美国航天局管理的JPL,领导着该项目的美国部分,并为该任务提供L波段合成孔径雷达。美国宇航局还提供雷达反射天线、可部署吊杆、用于科学数据的高速通信子系统、GPS接收器、固态记录器和有效载荷数据子系统。印度空间研究组织正在提供航天器总线、S波段合成孔径雷达、运载火箭以及相关的发射服务和卫星任务操作。

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