С июля 2022 года миниатюрный спутник размером с обувную коробку вращается вокруг Земли и отслеживает, сколько солнечной энергии достигает атмосферы. Сейчас ученые завершают анализ результатов измерений, собранных за первые пять месяцев пребывания на орбите.
Солнце на сегодняшний день является крупнейшим источником энергии для Земли, затмевая энергию, вырабатываемую ядром Земли, и играет важную роль в глобальном климате . Точное и точное измерение того, сколько солнечной энергии поглощается Землей — общее солнечное излучение (TSI) — имеет решающее значение для нашего понимания климатической системы Земли.
CubeSat, получивший название Compact Total Irradiance Monitor-Flight Demonstration, или CTIM-FD, выполняет годовую миссию по разработке и тестированию новых технологий измерения TSI.
CTIM-FD был разработан и построен Лабораторией физики атмосферы и космоса (LASP) Университета Колорадо в Боулдере и Национальным институтом стандартов и технологий (NIST).
Ключевой частью этой миссии является прямое сравнение измерений CTIM с его более крупными аналогами, чтобы продемонстрировать, что он может выполнять измерения так же точно и аккуратно.
«Миссия CTIM играет ключевую роль в будущем измерений солнечного излучения. Платформа CubeSat позволяет нам перейти от первой идеи к демонстрации на орбите намного быстрее, чем традиционная космическая технология, что позволяет нам быстро продемонстрировать ее жизнеспособность, а также изучить как мы будем улучшать конструкцию приборов для будущих миссий», — сказал Дэвид Харбер, главный исследователь (PI) миссии CTIM-FD и инженер по приборам в LASP.
Точное выделение того, сколько энергии исходит от солнца, помогает ученым-климатологам разделить различные природные и антропогенные компоненты энергетического бюджета Земли. В последнем Десятилетнем обзоре наук о Земле TSI, измеряемый в ваттах на квадратный метр, был назван одним из «наиболее важных» измерений, которые должны выполнить ученые-землеуказатели.
Продление важного 40-летнего климатического рекорда
С 1978 года ученые использовали различные космические инструменты для измерения TSI. CTIM — это уменьшенная и более легкая версия более ранних мониторов полной освещенности (TIM), созданных LASP, которые летали в различных миссиях. К ним относятся: Эксперимент по солнечному излучению и климату (SORCE), который длился с 2003 по 2020 год; эксперимент по переносу калибровки общего солнечного излучения, который проводился с 2013 по 2019 год; и датчик полного и спектрального солнечного излучения 1 (TSIS-1), который находится на Международной космической станции с 2017 года.
Эти и другие приборы ведут непрерывный учет общего солнечного излучения более 40 лет, предоставляя климатологам бесценный набор данных. LASP обеспечивает это измерение в течение последних 20 лет. Хранение этой непрерывной записи данных TSI имеет решающее значение для подготовки будущих поколений ученых к пониманию и смягчению последствий изменения климата.
Меньше, легче, дешевле
Но эти более крупные и тяжелые инструменты дороже в изготовлении и запуске. CTIM стал меньше и легче благодаря ряду инноваций. Прежде всего, это были новые кремниевые болометры, разработанные совместно с группой NIST Boulder Sources and Detectors под руководством Джона Лемана и изготовленные в NIST Натаном Томлином.
Кремниевые детекторы поглощают оптический свет с помощью углеродных нанотрубок. Нанотрубки были выращены вертикально, образуя очень темную поверхность, которая поглощает солнечный свет и нагревается. Детектор также имеет термистор, изготовленный из материала, сопротивление которого зависит от его температуры, что обеспечивает очень точное измерение лучистого тепла.
«Сердцем прибора является детектор, поэтому уменьшение размера детекторов является ключевым шагом в уменьшении размера прибора», — сказал Харбер. «Традиционные детекторы используют большие полости для поглощения света, но углеродные нанотрубки позволяют нам поглощать столько же, сколько и полости с плоской поверхностью».
CTIM был запущен на ракете Virgin Orbit Launcher One в рамках миссии STP-Sat 28A Космических сил США и финансировался в рамках программы InVEST в Управлении технологий наук о Земле НАСА. Команды миссии LASP CubeSat по операциям и системам данных обеспечивают управление, нисходящую связь, сбор данных и анализ данных для операций CTIM-FD через наземные станции в LASP в Боулдере.
Орбитальные измерения CTIM будут представлены в январе 2023 года на ежегодном собрании Американского метеорологического общества в Денвере.
