Przejdź do treści

Badanie cyklonów za pomocą sygnału GPS

Technologia GPS, która na co dzień pomaga kierowcom dotrzeć do celu podróży, zostanie wykorzystana do poprawy prognozowania huraganów. Nowatorski sposób pomiaru prędkości wiatru w cyklonach na niskich szerokościach geograficznych zostanie wykorzystany w wysłanych 15 grudnia sondach CYGNSS. Start rakietą Pegasus przebiegł pomyślnie.

15 grudnia 2016 roku o godzinie 14:37 (polskiego czasu) spod samolotu L-1011 wystartowała rakieta Pegasus XL. Wyniosła na orbitę serię ośmiu miniaturowych satelitów CYGNSS, które wykonywać będą pomiary wiatrów w strefach powstawania cyklonów tropikalnych przy użyciu systemu nawigacyjnego GPS.

Projekt CYGNSS (Cyclone Global Navigation Satellite System) to warty ponad 150 milionów dolarów system, którego celem będzie poznanie zjawisk odpowiedzialnych za wzmacnianie się na oceanie tropikalnych cyklonów. Umożliwi to lepsze prognozowanie dróg cyklonów i skuteczniejsze ostrzeganie zagrożonych nimi obszarów.

Istota działania satelitów opiera się na amerykańskim systemie nawigacji GPS. Każdy z satelitów wyposażony został w czuły odbiornik, który będzie nasłuchiwał odbitych od morskich fal sygnałów z satelitów konstelacji GPS. Na tej bazie będzie można ocenić stopień burzliwości powierzchni wody, co z kolei umożliwi ocenę prędkości wiatru w badanym obszarze. Łącznie wszystkie wysłane satelity będą w stanie wykonywać 2 miliony takich pomiarów dziennie.

Dzięki takiej innowacji można było zmieścić urządzenie w standardzie rozmiarów mikrosatelity. Satelity CYGNSS posiadają jedynie odbiornik i potrzebną elektronikę. Za radar, który w tradycyjnych satelitach teledetekcyjnych zajmuje dużo miejsca służy nadajnik GPS. To pierwsze takie zastosowanie w dziedzinie satelitarnych badań meteorologicznych.

Oprócz miniaturyzacji, dzięki której dało się wysłać niewielką rakietą aż 8 instrumentów, kolejną zaletą jest tutaj charakterystyka sygnału z GPS. Pasmo L, w którym nadaje GPS z łatwością penetruje gęste warstwy chmur burzowych, charakterystycznych dla powstających huraganów. Nie radzą sobie z nimi konwencjonalne radary mikrofalowe. Satelity CYGNSS spełniają więc funkcję ośmiu samolotów ‘tropicielów burzy’, które muszą przelecieć bezpośrednio nad cyklonem, aby wykonać pomiar.

Od kilku ostatnich dekad obserwujemy znaczący postęp modelowania zjawisk burz tropikalnych. Potrafimy już dosyć dobrze przewidywać drogi przejścia cyklonów. Wciąż jednak mamy niewielką umiejętność oceny zagrożenia związanego z konkretną burzą. Naukowcy mają nadzieję, że misja ta to odmieni.

Krótki opis satelity


Każdy z satelitów CYGNSS ma masę 28 kg i kształt prostopadłościanu o wymiarach 51 x 64 x 28 cm. Po rozłożeniu paneli słonecznych osiągnie rozpiętość 1,67 m.

Satelity zostały wyposażone w anteny odbierające bezpośredni sygnał GPS z satelitów oraz anteny skierowane w Ziemię, umożliwiający wykonywanie czterech równoległych pomiarów odbić.

Technika pomiarowa wykorzystana w konstelacji CYGNSS to skaterometria bistatyczna. Jest ona zdolna zmierzyć na podstawie własności fal na wodzie szybkość wiatru z dokładnością do 2 m/s i rozdzielczością 5 km.

Twórcy konstelacji przewidują jej działanie na 5 lat.

Relacja ze startu


Start rakiety Pegasus z satelitami CYGNSS był odwoływany dwukrotnie w tym tygodniu. Pełną sekwencję startową udało się przeprowadzić w czwartek 15 grudnia. Samolot L-1011 z podczepioną rakietą wystartował dwie godziny przed planowanym startem rakiety.

W czasie lotu nosiciela zostały wykonane testy systemów rakiety, oraz ustalony został dokładny moment jej wypuszczenia (zależny od ścieżki lotu samolotu). Na parę minut przed startem przełączono Pegasusa na wewnętrzne zasilanie.

O godzinie 14:37 gdy samolot z rakietą znajdował się w odpowiednim korytarzu startowym i zostało udzielone pozwolenie na start, drugi pilot L-1011 wypuścił 23-tonową rakietę i tym samym rozpoczął lot Pegasusa.

Rakieta przez 5 sekund swobodnie spadała, by potem odpalić silnik dolnego stopnia na paliwo stałe. Rakieta szybko oddaliła się od samolotu wynoszącego i przy pomocy swoich skrzydeł zaczęła kierować się pod odpowiednim kątem w górę.

Po 36 sekundach lotu nastąpił moment najwyższego ciśnienia aerodynamicznego. Pierwszy stopień zakończył pracę po 72 sekundach, gdy rakieta poruszała się już z szybkością prawie 3 km/s.
Potem Pegasus jeszcze przez dziesięć sekund leciał swobodnie ze zużytym dolnym stopniem. Następnie niepotrzebna już część ze skrzydłami została odrzucona i niemal natychmiastowo uruchomiony został silnik stopnia drugiego. Przyspieszył on rakietę z satelitami do szybkości 5,8 km/s.

Po nieco ponad minucie pracy drugiego stopnia, zakończyło się jego działanie i rakieta dryfowała bez uruchomionego silnika przez 3 minuty i 49 sekund, aby znaleźć się w optymalnej pozycji do uruchomienia ostatniego stopnia, wprowadzającego na orbitę.

Trzeci stopień działał przez 67 sekund osiągając docelową orbitę o wysokości 510 km i inklinacji 35 stopni. Po kilku minutach pasywnego lotu rozpoczęła się procedura separacji satelitów. Wszystkie osiem satelitów było ustawionych na adapterze, tak by każdy poleciał w innym kierunku.  Satelity były puszczane w parach, w odstępach 30-sekundowych.

Zespół kontroli lotu potwierdził prawidłową separację wszystkich urządzeń. Po kilku godzinach od startu nawiązano kontakt z sondami. Teraz nastąpi dwumiesięczny okres testów satelitów na orbicie. Już jednak za kilka tygodni powinny zostać wykonane pierwsze pomiary sprawdzające poprawność działania instrumentów.

Był to 43. start Pegasusa XL w historii, pierwszy od 2013 roku. Rakieta operowana jest przez firmę Orbital ATK, a debiut zaliczyła w 1990 roku. Służy wynoszeniu niewielkich ładunków (do 440 kg) na niską orbitę okołoziemską. Stanowi ciekawą alternatywę dla małych satelitów, dla których nie wymaga się bardzo precyzyjnych orbit.

Więcej informacji:

Źródło: NASA/Spaceflight101.com

Na zdjęciu: Widok na samolot L-1011 z przyczepioną rakietą Pegasus XL z perspektywy samolotu wspierającego F-18 (15 grudnia 2016). Źródło: NASA/Lori Losey