Die NASA startet frühestens am 12. Juni die ersten beiden von sechs Kleinsatelliten, um fast stündlich die Entstehung und Entwicklung tropischer Wirbelstürme zu untersuchen – etwa vier- bis sechsmal häufiger als dies mit aktuellen Satelliten möglich ist. Dies ist der erste von drei CubeSat-Starts für die NASA-Mission Time-Resolved Observations of Precipitation structure and Storm Intensity with a Constellation of Smallsats (TROPICS). Die verbleibenden Satelliten werden in diesem Jahr bei zwei aufeinanderfolgenden Starts in ihre Umlaufbahn gebracht. Bei Erfolg werden die TROPICS-Satelliten auf drei Orbitalebenen verteilt, um häufiger einen größeren Teil der Erde abzudecken.
„TROPICS wird uns sehr häufige Ansichten tropischer Wirbelstürme geben, Einblicke in ihre Entstehung, Intensivierung und Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung geben und wichtige Daten für die Sturmüberwachung und -vorhersage liefern“, sagte Scott Braun, Forschungsmeteorologe am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt , Maryland.
Zusammengenommen besuchen die Wettersatelliten, die sich derzeit in einer erdnahen Umlaufbahn befinden – wie NOAA-20, der gemeinsame Satellit der NASA und der National Oceanic and Atmospheric Administration Suomi NPP und andere von NASA-Partnern – alle vier bis sechs Stunden erneut einen Sturm. „Wir verpassen also viel von dem, was im Sturm passiert“, erklärte Bill Blackwell, Hauptforscher der TROPICS-Mission und Forscher am Lincoln Laboratory des Massachusetts Institute of Technology in Lexington, Massachusetts. Die TROPICS-Konstellation wird Wissenschaftlern häufigere Updates liefern, die Daten ergänzen, die von bestehenden Wettersatelliten im erdnahen Orbit gesammelt werden, und es den Wissenschaftlern ermöglichen, jeden Sturm von Anfang bis Ende zu sehen.
Nach dem Start werden die TROPICS-Satelliten zusammenarbeiten, um fast stündlich Mikrowellenbeobachtungen von Niederschlag, Temperatur und Feuchtigkeit eines Sturms zu liefern. Die Mission soll Wissenschaftlern helfen, die Faktoren zu verstehen, die die Intensivierung tropischer Wirbelstürme antreiben, und Prognosemodelle verbessern. Bildnachweis: NASA
Drei Starts werden die sechs Satelliten paarweise über drei leicht unterschiedliche erdnahe Umlaufbahnen bringen, alle in einem Winkel von fast 30 Grad über dem Äquator. Dadurch wird die Zeit maximiert, die die Satelliten damit verbringen, den Teil der Erde zu überfliegen, in dem sich die meisten tropischen Wirbelstürme bilden – ein horizontales Band, das sich etwa von der mittelatlantischen Region der Vereinigten Staaten bis zur Südküste Australiens erstreckt, ungefähr zwischen 38 Grad Nord und südlichen Breiten. Idealerweise überfliegt einer der TROPICS-Satelliten etwa einmal pro Stunde ein bestimmtes Gebiet innerhalb dieses Bandes.
Alle Materie – einschließlich Wasserdampf, Sauerstoff und Wolken in der Atmosphäre – gibt Energie in Form von Wärme und Licht ab, ein Phänomen, das als Plancksches Gesetz bekannt ist. Jeder der TROPICS-Satelliten verfügt über ein Instrument namens Mikrowellenradiometer, das diese atmosphärischen Emissionen misst. Die Sensoren führen passive Messungen durch, die denen ähnlich sind, die von den Advanced Technology Microwave Sounder (ATMS)-Instrumenten auf aktuellen Wettersatelliten in erdnahen Umlaufbahnen durchgeführt werden.
Das Mikrowellenradiometer an Bord jedes TROPICS-Satelliten misst Mikrowellenfrequenzen im Bereich von etwa 90 bis 205 Gigahertz. Diese Frequenzen informieren Wissenschaftler über Temperatur, Niederschlag, Feuchtigkeit und andere Eigenschaften des Sturms und der umgebenden Atmosphäre. Die Menge an Wärme und Licht – oder Strahlung – bei diesen Frequenzen stammt aus unterschiedlichen Höhen, was es den TROPICS-Satelliten ermöglicht, dreidimensionale Bilder der Umgebung der Wirbelstürme zu erstellen. Die von TROPICS verwendeten Frequenzen sind auch sehr empfindlich gegenüber Eigenschaften von Eis und Wolken, was Meteorologen helfen wird, zu untersuchen, wie sich tropische Wirbelstürme entwickeln und verstärken. Die Frequenzen von TROPICS sind jedoch weniger empfindlich gegenüber der Temperatur und Feuchtigkeit unter den Wolken – etwas, worin die ATMS-Instrumente an Bord der NOAA-20- und Suomi-NPP-Satelliten hervorragend sind. Zusammen werden die Daten von TROPICS und aktuellen Wettersatelliten den Wissenschaftlern dabei helfen, ihr Verständnis tropischer Wirbelstürme zu verfeinern.
„Mit der Tropics-Konstellation werden wir viel häufigere Beobachtungen tropischer Wirbelstürme haben, und zwar in Wellenlängen, die uns helfen können, die thermodynamische Struktur im Auge und in der Sturmumgebung zu verstehen“, sagte Blackwell.
Wenn alles nach Plan läuft, werden sich die sechs TROPICS-Satelliten dem TROPICS Pathfinder-Satelliten anschließen, einem Proof-of-Concept-CubeSat, der im Juni 2021 gestartet wurde. Seitdem hat der Pathfinder Bilder von mehreren tropischen Wirbelstürmen, wie dem Hurrikan Ida, aufgenommen USA, Zyklon Batsirai über Madagaskar und Supertaifun Mindulle über Ostjapan. Der Pathfinder-Satellit hat dem TROPICS-Forschungsteam auch Gelegenheit gegeben, die Software und die Betriebsverfahren der Satelliten vor dem Start der Konstellation zu optimieren. Darüber hinaus wurde der Pathfinder bereits kalibriert und kann als Kalibrierungsreferenz für die restlichen TROPICS-Satelliten dienen. Das würde den TROPICS CubeSats helfen, schnell nützliche Daten zu produzieren.
„Das TROPICS-Team freut sich sehr darauf, die Konstellation zum Laufen zu bringen, insbesondere nach dem Erfolg des Pfadfinders“, sagte Blackwell.