Thật tốt khi Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia có nhiều thời gian để chuẩn bị cho thế hệ vệ tinh thời tiết quay quanh vùng cực tiếp theo của mình - bởi vì những thay đổi mà cơ quan này đang dự tính là rất lớn.
Thay vì bay các vệ tinh có kích thước bằng xe bán tải như Hệ thống vệ tinh chung cực (JPSS) hiện tại, NOAA đang khám phá những lợi ích của việc cung cấp dữ liệu được cung cấp bởi một chòm sao vệ tinh nhỏ trên quỹ đạo Trái đất thấp vào các mô hình dự báo thời tiết.
Greg Mandt, giám đốc chương trình NOAA JPSS cho biết: “Chúng tôi muốn bắt đầu quá trình áp dụng nhiều hoạt động thương mại hơn ở quỹ đạo thấp và xem cách chúng tôi có thể triển khai chúng. “Nếu chúng ta dành XNUMX hoặc XNUMX năm tới để xem những gì chúng ta có thể làm, điều đó có thể tạo ra một sự thay đổi mô hình khá thú vị.”
NOAA không phải là cơ quan chính phủ duy nhất khám phá lợi ích của việc thu thập dữ liệu thời tiết bằng các vệ tinh nhỏ. Lực lượng Không gian Hoa Kỳ đang tài trợ cho việc phát triển các vệ tinh nhỏ để mô tả các đám mây và cung cấp dữ liệu thời tiết trong các chiến trường quân sự. Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đang phát triển một nguyên mẫu cho một chòm sao vệ tinh thời tiết Bắc cực nhỏ.
Các cơ quan chính phủ rất mong muốn thu được lợi nhuận từ dòng đổi mới thương mại ổn định. Các công ty đang chuyển tiếp thông tin liên lạc và thu thập thông tin và hình ảnh liên quan đến thời tiết với các đội vệ tinh khối lập phương và vệ tinh nhỏ đang phát triển trên quỹ đạo thấp của Trái đất.
Mandt nói: “Chúng tôi đang cố gắng khám phá cách tận dụng tất cả những điều đó.
LỢI THẾ: VỆ TINH NHỎ
Nhiều lợi ích cho các cơ quan thời tiết là rõ ràng.
Các vệ tinh nhỏ có xu hướng rẻ hơn và trọng lượng nhẹ hơn so với các vệ tinh lớn của chúng. Do đó, chúng phù hợp với nhiều phương tiện phóng khác nhau và một số phương tiện có thể được phóng cùng lúc, không giống như các vệ tinh cỡ xe buýt hoặc xe tải thường yêu cầu phương tiện phóng chuyên dụng, Nick Bucci, phó chủ tịch hệ thống phòng thủ tên lửa và không gian tại General cho biết. Hệ thống điện từ nguyên tử.
Luis Gomes, giám đốc điều hành AAC Clyde, cho biết các vệ tinh nhỏ có thể được triển khai với số lượng lớn, tạo thành các chòm sao hợp tác với các cảm biến thực hiện các phép đo đồng thời trên các khu vực rộng lớn.
Các cơ quan cũng có thể nâng cấp công nghệ một cách nhanh chóng. Các vệ tinh thời tiết hoạt động mang theo các cảm biến được phát triển từ nhiều thập kỷ trước.
Kevin Maschhoff, kỹ sư của BAE Systems cho biết: “Với các vệ tinh nhỏ, bạn có thể cập nhật công nghệ theo lịch trình nhanh hơn nhiều và với chi phí thấp hơn.
Hơn nữa, các công ty đã bắt đầu sản xuất khối lập phương và vệ tinh nhỏ với số lượng lớn, giảm chi phí cho mỗi tàu vũ trụ.
Các vệ tinh thời tiết truyền thống của NOAA được thiết kế để hoạt động trên quỹ đạo trong ít nhất bảy năm rất tốn kém, thường đòi hỏi một thập kỷ và vài trăm triệu đô la để chuyển từ đề xuất sang quỹ đạo.
Mandt nói: “Bạn có thể chia những quan sát đó thành những phần nhỏ hơn không vì với tất cả các nhà cung cấp vệ tinh nhỏ, nó gần giống như thời đại Model T của Henry Ford. “Thay vì chế tạo một chiếc xe đặc biệt, giờ đây chúng tôi đã có Model T. Miễn là bạn không cố gắng biến nó thành một chiếc Ferrari, bạn có thể giảm chi phí.”
Ngoài việc mua xe buýt vệ tinh thương mại, NOAA có thể chuyển sang lĩnh vực thương mại để truyền dữ liệu thay vì tiếp tục trả tiền cho cơ sở hạ tầng của chính phủ như đĩa vệ tinh tại Trạm McMurdo, Nam Cực và Svalbard, Na Uy.
Mandt nói: “Thay vào đó, hãy tưởng tượng các vệ tinh nhỏ của bạn nói chuyện với các vệ tinh truyền thông cung cấp dữ liệu cho bạn trên đám mây. “Nếu bạn hàng hóa hóa cơ sở hạ tầng, bạn có thể bỏ tiền của mình vào các công cụ và sản phẩm dữ liệu.”
THAY ĐỔI THÁI ĐỘ
Tuy nhiên, việc thay đổi cách tiếp cận của NOAA để thu thập dữ liệu ở quỹ đạo thấp của Trái đất sẽ không dễ dàng.
Mandt nói: “Bạn phải thay đổi thái độ của các kỹ sư, những người đảm bảo sứ mệnh, nhân viên hợp đồng và quy trình đánh giá của bạn. “Chúng tôi phải phát minh lại tất cả các quy trình của mình cùng một lúc.”
NOAA cũng cần các mô hình chi phí mới vì những mô hình do NASA và Bộ Quốc phòng tạo ra có xu hướng dựa trên các nhiệm vụ liên quan đến các vệ tinh lớn của chính phủ có nhiều cảm biến.
Thay vì giải quyết tất cả các vấn đề đó cùng một lúc, NOAA có kế hoạch tiến hành một loạt các cuộc biểu tình trong khi tiếp tục thu thập dữ liệu thời tiết từ chòm sao JPSS. (NOAA có kế hoạch phóng ba vệ tinh JPSS còn lại vào năm 2022, 2027 và 2032.)
“Làm cách nào để chúng tôi thực hiện các bước nhỏ để kiểm tra loại kiến trúc phân tán và khả năng thương mại mà chúng tôi có thể đưa vào hoạt động của mình để chúng tôi vẫn cung cấp dữ liệu đáng tin cậy cho quốc gia?” Mandt hỏi. “Liệu chúng ta có thể làm điều đó theo cách hiệu quả hơn và rẻ hơn, dẫn đến dự báo tốt hơn không?”
NOAA hy vọng sẽ bắt đầu giải quyết những câu hỏi đó với SounderSat, một khái niệm được đề xuất trong nghiên cứu Kiến trúc hệ thống quan sát vệ tinh của NOAA. Nghiên cứu đó đã ghi nhận tầm quan trọng của việc đo nhiệt độ và độ ẩm trong khí quyển đối với các dự báo thời tiết số và đề xuất các vệ tinh nhỏ được trang bị máy đo âm thanh có thể được bay vào giữa những năm 2020 để lấp đầy khoảng trống dữ liệu do Chương trình Vệ tinh Khí tượng Quốc phòng của Lực lượng Không gian Hoa Kỳ và NOAA dự kiến ngừng hoạt động. Vệ tinh môi trường quỹ đạo cực.
“SounderSat là sáng kiến quỹ đạo thấp đầu tiên của Trái đất và chúng tôi muốn làm rõ rằng đây chỉ là phần đầu tiên của kiến trúc tổng thể,” Frank Gallagher cho biết vào tháng XNUMX tại hội nghị trực tuyến của Hiệp hội Khí tượng Hoa Kỳ.
NOAA đã đặt nền móng cho SounderSat vào năm 2020 bằng cách trao hợp đồng cho các công ty đề xuất phương pháp tiếp cận hợp đồng, công cụ âm thanh và kiến trúc. Hơn một chục công ty đã nhận được hợp đồng sáu tháng trị giá hàng chục hoặc hàng trăm nghìn đô la để cung cấp cho NOAA thông tin về các thiết bị thu nhỏ âm thanh và chòm sao vệ tinh cũng như thẻ giá để cung cấp dữ liệu thời tiết từ các chòm sao thương mại. Trong số đó có các chuyên gia vệ tinh thời tiết Ball Aerospace, L3Harris Technologies và Raytheon Technologies, các nhà thầu chính Lockheed Martin, Maxar Technologies và Northrop Grumman, và các nhà sản xuất vệ tinh nhỏ General Atomics và York Space Systems. Các hợp đồng bổ sung thuộc về Atmospheric Science and Technology Corp., BAE Systems và Brandywine Photonics, những công ty nổi tiếng với các thiết bị vệ tinh.
“Tôi đang lấy tất cả thông tin đó và cố gắng định hình nó theo hướng mà chúng tôi muốn đi,” Mandt nói. “Soundersat là ý tưởng của chúng tôi về cách chúng tôi sẽ thực hiện bước đầu tiên đó.”
Vệ tinh thời tiết thu nhỏ đáng kinh ngạc
Cụm từ “vệ tinh thời tiết nhỏ” có ý nghĩa khác nhau đối với những người khác nhau.
Một số hoàn toàn bị thuyết phục rằng các chòm sao cubesats có thể thu thập hình ảnh và dữ liệu mà các nhà khí tượng học cần để dự báo thời tiết. Những người khác nhìn thấy triển vọng lớn hơn trong các vệ tinh nặng từ 150 đến 200 kg.
Tuy nhiên, có một chút nghi ngờ rằng khi các thành phần điện tử tiếp tục co lại, các vệ tinh thời tiết sẽ trở nên nhỏ hơn.
Chủ tịch John Fisher của Brandywine Photonics cho biết: “Mọi người đều nhìn thấy chữ viết trên tường.
Hiện tại, cubesats đã được chứng minh là thành thạo trong việc theo dõi nhiệt độ và độ ẩm của khí quyển bằng cách ghi nhận sự thay đổi trong tín hiệu truyền từ GPS và các vệ tinh điều hướng khác.
Tuy nhiên, các thiết bị thời tiết khác có thể phù hợp hơn với các vệ tinh nặng tới 180 kg phù hợp với các vòng Bộ điều hợp tải trọng phụ của phương tiện phóng có thể sử dụng được đã tiến hóa (ESPA) hoặc 320 kg đối với một chiếc ESPA Grande. Ban đầu được phát triển để mang tải trọng thứ cấp trong các lần phóng Atlas 5 và Delta 4 do Lầu Năm Góc tài trợ, các vòng ESPA đã trở thành tiêu chuẩn để chứa các vệ tinh nhỏ trong các vụ phóng tên lửa lớp EELV của chính phủ và thương mại, cụ thể là các phương tiện của United Launch Alliance và Falcon 9 của SpaceX.
“Tại Ball, chúng tôi nhận thấy rằng một điểm lý tưởng để quan sát Trái đất hoặc thời tiết hoạt động là kích thước ESPA hoặc ESPA Grande vì trong nhiều trường hợp, có thể tích hợp khả năng tốt vào một vệ tinh có thể thu thập dữ liệu trên toàn cầu, lưu trữ dữ liệu đó và đáng tin cậy,” Cory Springer, giám đốc thời tiết và môi trường của Ball Aerospace cho biết. “Đó là một kích thước tốt để tận dụng chi phí phóng thấp hơn.”
Kevin Maschhoff, thành viên kỹ thuật của BAE Systems, cho biết BAE Systems nhìn thấy triển vọng trong các chòm vệ tinh nặng 60 hoặc 70 kg nối tiếp nhau trên quỹ đạo thấp của Trái đất để phát hiện các điều kiện khí quyển thay đổi theo thời gian.
Luis Gomes, Giám đốc điều hành của AAC Clyde Space, trích dẫn giá trị của các vệ tinh thậm chí còn nhỏ hơn. Gomes nói: “Trong vài năm tới, chúng ta sẽ thấy khối lượng [vệ tinh thời tiết] giảm xuống khi ngày càng có nhiều thiết bị được chế tạo nhỏ hơn. “Từ sự phát triển mà chúng ta đang thấy ở khía cạnh thiết bị đo đạc, chúng tôi tin rằng có một điểm hấp dẫn cho nhiều ứng dụng trong phạm vi 10 kg đến 50 kg.”
Tuy nhiên, bất chấp sở thích của công ty, mọi người đều lưu ý rằng các yêu cầu của chính phủ thường xác định kích thước vệ tinh cho một chương trình cụ thể. Nick Bucci, phó chủ tịch phụ trách các hệ thống phòng thủ tên lửa và không gian của General Atomics Electromagnetic Systems cho biết: “Nhiệm vụ thúc đẩy khả năng cần thiết trên tàu: hệ thống điện tử hàng không, động cơ đẩy, độ chính xác chỉ điểm, cảm biến và yêu cầu năng lượng cho tất cả những thứ đó”.
Bài báo này xuất hiện lần đầu trên tạp chí SpaceNews số tháng 2021 năm XNUMX.
PlatoAi. Web3 được mô phỏng lại. Khuếch đại dữ liệu thông minh.
Nguồn: https://spacenews.com/noaa-to-take-first-step-toward-a-small-satellite-constellation/
