Các kỹ sư NASA làm việc để cung cấp cho bầy vệ tinh một tâm trí săn đuổi

Các vệ tinh nhỏ có thể giao tiếp với nhau để thu thập dữ liệu về các kiểu thời tiết quan trọng tại các thời điểm khác nhau trong ngày hoặc trong năm và từ nhiều góc độ. Những đám đông như vậy, sử dụng các thuật toán học máy, có thể cách mạng hóa hiểu biết của các nhà khoa học về những thay đổi thời tiết và khí hậu.

Kỹ sư Sabrina Thompson đang làm việc trên phần mềm để cho phép các tàu vũ trụ nhỏ, hay còn gọi là SmallSats, giao tiếp với nhau, xác định các mục tiêu quan sát có giá trị cao, đồng thời phối hợp thái độ và thời gian để có được các góc nhìn khác nhau về cùng một mục tiêu.

Thompson, người làm việc tại Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, cho biết: “Chúng tôi đã biết rằng bụi Sahara thổi qua rừng nhiệt đới Amazon ảnh hưởng đến sự hình thành mây trên Đại Tây Dương trong những thời điểm nhất định trong năm. “Làm thế nào để bạn nắm bắt được sự hình thành đám mây đó? Làm thế nào để bạn nói với một đám vệ tinh khu vực và thời gian nào trong ngày là tốt nhất để quan sát hiện tượng đó? “

Theo kế hoạch của Thompson, các nhà khoa học sẽ thiết lập một tập hợp các yêu cầu cho các quan sát và xác định các mục tiêu có giá trị cao. Sau đó, phần mềm sẽ tiếp quản, cho phép một bầy tàu vũ trụ tìm ra cách di chuyển tương đối với nhau để quan sát tốt nhất các mục tiêu này. Các chiến lược cũng có thể thay đổi dựa trên thời gian trong ngày, mùa hoặc khu vực được quan sát. Tàu vũ trụ cũng sẽ sử dụng máy học trên tàu để cải thiện các chiến lược xem theo thời gian.

Thompson nói: “Có một số kiểu cấu hình bầy đàn đang được xem xét. “Một có thể là một bầy trong đó các vệ tinh sẽ ở các quỹ đạo khác nhau, điều này sẽ cho phép chúng quan sát một đám mây hoặc hiện tượng khác ở các góc độ khác nhau. Một bầy khác có thể xem những hiện tượng tương tự với góc nhìn tương tự, nhưng vào những thời điểm khác nhau trong ngày. Một loại bầy đàn thứ ba có thể kết hợp cả hai, với một số vệ tinh trên cùng quỹ đạo, theo sau nhau với một số thời gian bù trừ và các vệ tinh khác có thể ở trong quỹ đạo có độ cao và / hoặc độ nghiêng khác nhau. “

Trong khi một bầy sẽ ở trong cùng một quỹ đạo, các tàu vũ trụ riêng lẻ thậm chí có thể sử dụng một thứ gọi là điều khiển lực cản vi sai – điều khiển các lực do bầu khí quyển của Trái đất tác động lên tàu quỹ đạo – để kiểm soát khoảng cách thời gian giữa mỗi tàu vũ trụ so với những tàu khác trong bầy, cô nói. “Khoảng thời gian cần thiết để thực hiện một động tác kéo vi sai phụ thuộc vào khối lượng và diện tích tàu vũ trụ, cũng như độ cao quỹ đạo. Ví dụ, có thể mất đến một năm hoặc ngắn nhất là vài ngày, thậm chí vài giờ ”.

Thompson nói: “Với nhiều tàu vũ trụ trong một đội hình để xem cùng một mục tiêu, bạn có thể nhìn thấy một đám mây, không chỉ từ phía trên mà còn từ các phía.” Trong một hình thức khác, bạn có thể thấy đám mây đó ở các giai đoạn khác nhau trong vòng đời của nó từ nhiều SmallSats đi qua vào các thời điểm khác nhau.

Làm việc với giáo sư Jose Vanderlei Martins của Đại học Maryland – Baltimore County (UMBC), Thompson đã giúp phát triển Máy đo phân cực cầu vồng siêu góc (HARP) CubeSat phóng từ Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) chỉ hơn một năm trước. Phiên bản cập nhật của thiết bị đo đạc của nó, được gọi là HARP2 , sẽ bay trong sứ mệnh Sinh vật phù du, Aerosol, Đám mây, Hệ sinh thái đại dương (PACE) dự kiến ra mắt vào năm 2023.

Vanderlei Martins cho biết một nhóm các SmallSats như HARP, chia sẻ thông tin và điều phối phạm vi bảo hiểm, có thể nâng cao khả năng dự báo thời tiết, báo cáo thảm họa và mô hình khí hậu trong dài hạn, Vanderlei Martins nói. Để đạt được điều đó, các nhà khoa học cần sự kết hợp của các trường nhìn rộng và hẹp và hình ảnh có độ phân giải cao để hiểu rõ hơn về động lực phát triển hệ thống thời tiết.

“Lý tưởng nhất là tôi thích có một vệ tinh với trường nhìn rộng quan sát hiện tượng lớn hơn,” anh nói. “Tuy nhiên, một vệ tinh nhỏ bao phủ một khu vực rộng lớn không thể thực hiện các quan sát có độ phân giải không gian cao. Tuy nhiên, bạn có thể sử dụng nó như một loại vệ tinh khảo sát để xác định khu vực quan tâm. Sau đó, bạn có những người khác có trường nhìn hẹp hơn, có độ phân giải cao hơn, thu được nhiều chi tiết hơn ”.

Tạo điều kiện cho nhóm ra quyết định và chia sẻ thông tin là rất quan trọng. Vanderlei Martins nói, “Những loại quyết định này cần được đưa ra trong vài phút. Bạn không có thời gian để kiểm soát mặt đất tham gia. “

Thompson lưu ý rằng việc giảm bớt sự phụ thuộc vào mạng lưới liên lạc và kiểm soát mặt đất cũng giải phóng nguồn lực cho các nhiệm vụ SmallSat với ngân sách hạn chế.

Là một kỹ sư hàng không vũ trụ đang làm việc để lấy bằng vật lý khí quyển tại Đại học Maryland, Hạt Baltimore, Thompson đã quay trở lại trường học để tìm hiểu thêm về các yêu cầu khoa học Trái đất thúc đẩy công việc của cô như một nhà đổi mới. “Tôi cũng thực sự muốn hiểu về biến đổi khí hậu.”

Cách các hạt aerosol và các đám mây tương tác là rất quan trọng để hiểu được sự thay đổi khí hậu. Máy đo độ phân cực có thể cung cấp nhiều dữ liệu về các hạt lơ lửng trong khí quyển – từ khói, tro bụi đến các giọt nước và băng, mỗi loài hạt phân cực ánh sáng phản xạ từ nó theo những cách có thể phát hiện được.

“Ở cấp độ cơ bản, nghiên cứu của tôi liên quan đến việc đánh giá hình học giữa các dụng cụ trên vệ tinh và mặt trời,” Thompson nói. “Những công cụ này là thụ động. Chúng yêu cầu một dạng hình học nhất định so với mục tiêu trên mặt đất và Mặt trời để lấy dữ liệu khoa học mà chúng tôi muốn ”.

Các thuật toán của cô ấy sẽ xác định sự kết hợp phù hợp nhất giữa quỹ đạo và trường quan sát công cụ để đưa ra xác suất quan sát một đám mây có dạng hình học thích hợp là lớn nhất để truy xuất dữ liệu khoa học. Sau đó, nó sẽ lập kế hoạch và thực hiện các kế hoạch điều động cho mỗi tàu vũ trụ để đạt được những hình dạng đó so với các vệ tinh khác trong bầy.

Công việc này nhằm tìm hiểu cấu trúc và sự phát triển của các đám mây liên quan đến Hệ thống Quan sát Khí quyển, hay AOS, (trước đây là nghiên cứu Aerosols và Mây, Đối lưu và Lượng mưa được xác định là ưu tiên trong Khảo sát Decadal Trái đất năm 2017. Vanderlei Martins và Thompson tin rằng bầy của chúng công nghệ bổ sung cho các mục tiêu khoa học của AOS và có thể nâng cao các sứ mệnh khoa học Trái đất sắp tới của NASA.

Theo Scitechdaily