Die NASA bringt ein Prototyp-Instrument auf den Markt, das die Überwachung der Vulkanaktivität und der Luftqualität erleichtern könnte. Das „Nanosat Atmospheric Chemistry Hyperspectral Observation System“ oder kurz NACHOS, das sich an Bord eines CubeSat etwa 300 Meilen (480 Kilometer) über der Erdoberfläche befindet, wird einen kompakten Hyperspektral-Imager verwenden, um Quellen von Spurengasen in Gebieten von nur 0,15 Quadratmeilen (0,4 Quadratkilometer) – etwa so groß wie die Mall of America in Minnesota. NACHOS ist Teil von Northrop Grummans 17. Versorgungsmission zur Internationalen Raumstation von der Wallops Flight Facility der NASA auf Wallops Island, Virginia.
Bei Erfolg wird NACHOS das kleinste weltraumgestützte Instrument mit der höchsten Auflösung sein, das der Überwachung atmosphärischer Spurengase wie Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffdioxid gewidmet ist, und den Weg für zukünftige Erdbeobachtungssysteme ebnen, die nicht nur zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen beitragen werden, sondern auch Überwachen Sie auch die Luftqualität in bestimmten Städten, Stadtteilen und sogar einzelnen Kraftwerken.
„Ein ruhender Vulkan, der gerade aufwacht, kann SO2 abgeben, bevor es irgendeine nachweisbare seismische Aktivität gibt. Das gibt uns die Möglichkeit, einen potenziell ausbrechenden Vulkan zu identifizieren, bevor er tatsächlich explodiert“, sagte Steve Love, ein Forscher und Aufgabenleiter bei der Weltraum- und Fernerkundung Gruppe am Los Alamos National Laboratory (LANL) des Energieministeriums.
Atmosphärische Spurengase aus natürlichen und vom Menschen verursachten Quellen liefern Wissenschaftlern einzigartige Einblicke in eine Vielzahl von Erdsystemen. Beispielsweise wirkt sich Stickstoffdioxid, das häufig durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, negativ auf die menschliche Gesundheit aus und kann als Indikator für Kohlendioxid (ein Treibhausgas, das zum Klimawandel beiträgt) dienen, das durch menschliche Aktivitäten entsteht.
„Wenn wir erkennen, dass diese Gase vorhanden sind und ihre Quellen im Subkilometerbereich lokalisieren können, haben wir die Möglichkeit, Maßnahmen zu ergreifen und negative Auswirkungen auf die Gesundheit zu minimieren“, sagte Love.
Die Überwachung von Spurengasen erfordert jedoch Instrumente, die empfindlich genug sind, um hochauflösende Daten zu sammeln. Traditionell bedeutet dies, größere Satelliten zu schaffen, die mit einer ganzen Reihe leistungsstarker Sensoren ausgestattet sind.
„Es gibt ausgezeichnete Instrumente im Orbit, die Daten über atmosphärische Spurengase sammeln, aber sie sind teuer in der Herstellung und Wartung. Wenn wir diese wissenschaftlichen Fähigkeiten erweitern wollen, brauchen wir eine kostengünstigere Lösung“, sagte Love.
Mit nur 13 Pfund (6 Kilogramm) und 18 Kubikzoll (300 Kubikzentimeter) ist NACHOS gut geeignet, diese Lösung zu werden. Zusätzlich zu einem ultrakompakten hyperspektralen Imager, der hochauflösende Daten sammeln kann, verwendet NACHOS auch bordeigene Verarbeitungsalgorithmen, die sowohl die Größe seiner Datenübertragungen als auch die Zeit reduzieren, die benötigt wird, um diese Übertragungen zurück zur Erde zu leiten.
Diese Algorithmen laufen besonders gut auf kleinen Computern und geben NACHOS viel Rechenleistung, ohne die Größe oder das Gewicht des Instruments zu erhöhen.
„Mehr Leistung und weniger Gewicht zeichnen NACHOS aus und machen es zu einem hervorragenden Kandidaten für zukünftige atmosphärische Spurengasmissionen“, sagte Love.
NACHOS wird bis Mai 2022 an Bord der Cygnus-Raumsonde von Northrop Grumman bleiben, wenn die Raumsonde von der Internationalen Raumstation ablegt und NACHOS in eine erdnahe Umlaufbahn bringt, bevor die Frachtraumsonde wieder in die Erdatmosphäre eintritt. Love und sein Team werden drei Monate damit verbringen, NACHOS in Betrieb zu nehmen, bevor es seine Technologievalidierung und wissenschaftliche Mission beginnt. Er rechnet damit, dass NACHOS etwa ein Jahr im Orbit bleiben wird.
„Das gibt uns genug Zeit, um unser Instrumentendesign zu verifizieren und genügend Testdaten zu sammeln, um sicherzustellen, dass unser Technologiekonzept durchführbar ist“, sagte Love.
Ein zweites NACHOS-Instrument wird im Winter 2022 im Rahmen des Weltraumtestprogramms des US-Verteidigungsministeriums in eine erdnahe Umlaufbahn fliegen.