air-LUSI:寻求新月球的传感器旨在改善NASA对地观测

时间:2019-11-15 09:15 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

air-LUSI:寻求新月球的传感器旨在改善NASA对地观测

 

  随着国际空间站绕加拿大纽芬兰海岸的轨道飞行,国际空间站的机组人员于2018年4月30日拍摄了这张满月的照片。

  一只新的仪器盯着月球,正在高空NASA飞机上起飞,以测量月球的亮度,并最终帮助对地观测传感器进行更精确的测量。

  机载月球光谱辐照度仪(air-LUSI)正在NASA的ER-2飞机上飞行。ER-2能够在高于地面约70,000英尺的云层之上飞行。为了避免来自太阳的散射光,飞行发生在夜间,该飞行于11月13日开始,并将于11月17日从位于加利福尼亚州棕榈谷的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心结束。

  马里兰大学教授凯文·特皮(Kevin Turpie)说:“由美国国家航空航天局(NASA)资助的仪器“正在测量月球在各个阶段反射的阳光量,以便准确表征其特征,并扩展月球用于校准地球观测传感器的方式”。 ,巴尔的摩县,领导空军LUSI工作。Turpie及其团队由NASA的地球科学部和美国国家标准与技术研究院(NIST)资助。

  

air-LUSI:寻求新月球的传感器旨在改善NASA对地观测

 

  Air-LUSI在美国加利福尼亚州棕榈谷的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心外的一架ER2上起飞,进行了一次机载运动,以测量2019年11月13日至17日的月球。

  月球如何帮助地球传感器

  NASA / NOAA / DOD Suomi国家极地轨道合作伙伴卫星和NOAA-20气象卫星上的可见红外成像辐射计套件(VIIRS)等地球观测传感器收集云层,地表覆盖层和海洋颜色的图像。这些传感器在努力工作的同时,还必须支撑高能粒子并承受紫外线,紫外线会随着时间的推移而降低其性能。

  为了考虑灵敏度的任何变化,VIIRS和其他卫星仪器通过查看已知参考并比较最新外观与以前的外观来校准其传感器。如果传感器看到的参考与以前不同,则表明需要重新校准或调整其灵敏度。

  当前,许多仪器携带不透明或白色的材料(称为扩散器),该材料反射日光并充当传感器校准的参考。但是,尽管太阳提供了稳定的输出,但其刺眼的射线会随着时间的推移使扩散器退化。另一方面,月亮是理想的漫射器,因为它对太阳光的反射率是稳定的,并且在亮度上更类似于地球。

  科学家们早就知道月球的潜力。Turpie说:“在阿波罗计划推出后不久,美国地质调查局(USGS)的一个小组开发了一种表征月球的方法,以便地球观测卫星可以将其用于校准。”

  1995年至2003年,位于亚利桑那州弗拉格斯塔夫的USGS机器人月球观测站(ROLO)每月测量一次月球。USGS的科学家Tom Stone和USGS的前科学家Hugh Kieffer共同开发了基于ROLO的模型它已经并且将继续用于帮助校准诸如SeaWiFS之类的仪器中的地球观测传感器,该仪器从1997年至2010年运行,并测量海洋颜色以监测浮游植物。SeaWiFS定期查看月球以记录其仪器灵敏度的任何变化。

  斯通说,尽管许多地球观测任务校准团队使用ROLO,但他们的月球校准数据可能存在很大差异。希望air-LUSI的高精度测量能够表征这些差异,并确定它们是由ROLO模型中的内部偏差还是其他原因引起的。斯通说:“我们无法将ROLO校准验证到高于5%的水平。” “ Air-LUSI可以改善ROLO或确定需要改进的地方。”

  Turpie说,Air-LUSI的新型仪器能够获得高精度的月球光谱辐照度测量值,其不确定度最低(小于1%),这将月球确定为绝对校准参考,并帮助遥感科学家确定地球是否观测到地球像VIIRS这样的传感器正在记录地球上的实际变化或仪器的变化。

  尽管地球观测任务每月可以在每个月的同一时间和阶段观察月球,以注意到其仪器灵敏度的趋势,但他们尚未能够将月球用作绝对校准参考,Kurt Thome马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心负责地球观测任务的项目科学家说。

  绝对校准参考是什么意思?如果比较两个彼此相邻的人,很容易看出哪个人更高。但是,如果这两个人处于世界的两端,那么比较他们的身高的唯一方法就是像尺子那样使用绝对参照物。Thome说,Air-LUSI的目标是使月球成为绝对的校准参考,这意味着仪器只需要对月球进行一次观察就可以确定仪器的绝对灵敏度,同时可以随时间进行比较以查看仪器是否在变化。

  

air-LUSI:寻求新月球的传感器旨在改善NASA对地观测

 

  来自加利福尼亚州Palmdale的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心的LUSI空中人员和地面人员将LUSI的空中组件从机翼脚架放置到机库进行标定。

  共同努力

  Turpie说,为了收集有关月球的信息,air-LUSI包括三个子系统,这需要多个组织的专业知识。他的团队成员包括NIST,USGS,加拿大安大略省的圭尔夫大学和NASA。

  第一个组件称为IRIS,是辐照仪器子系统的缩写,由NIST设计。它包括一个能够在温度和压力控制的外壳中进行精确测量的月球仪器。

  第二个组件是由圭尔夫大学设计和制造的名为ARTEMIS(自主式机器人望远镜安装仪器子系统)的机器人望远镜安装座。ARTEMIS的相机可以扫描天空,直到找到月球,并指示望远镜指向月球并将其锁定在适当的位置,而与飞机的运动无关。

  最后一个组件是高空ER-2适配或HERA。HERA包括将仪器固定在一起并固定在平面上的所有连接组织,例如电缆和安装设备,以及热稳定组件。Air-LUSI能够在飞行过程中记录数据,并将数据从飞机上下载到地面。

  

air-LUSI:寻求新月球的传感器旨在改善NASA对地观测

 

  位于加利福尼亚州帕姆代尔的美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心的地勤人员安装了一条轨道,以支撑自主的,机器人望远镜安装的仪器子系统,该子系统是air-LUSI的一部分,其摄像头可扫描天空以找到月球。

  空中LUSI的一小步,地球科学的一大飞跃

  托姆说,在不久的将来,一颗可操作的气象卫星将受益于能够将月球作为绝对校准参考。这包括目前正在飞行的Suomi国家极地轨道伙伴关系(Suomi NPP)和20号联合极地卫星系统(JPSS)卫星,以及未来将由NOAA及其国际伙伴提供的卫星。托梅说,每颗卫星都可以通过月球校准其仪器,以比较其传感器与其他卫星的传感器的承受力。

  Turpie说,在浮游植物气溶胶云和海洋生态(PACE)卫星上,美国宇航局即将推出的海洋彩色成像仪也打算使用月球进行校准。

  托梅说:“ Air-LUSI的月球测量值使人们更容易用月球来校准他们的仪器。”

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