Nó có thể quan sát Trái đất và được thiết kế để vượt qua những cạm bẫy đã làm hỏng các công cụ tương tự trong quá khứ.
Theo nghĩa đen trong nhiều năm, máy đo phóng xạ mới, được thiết kế để đo cường độ bức xạ điện từ, cụ thể là vi sóng, được trang bị một trong những hệ thống xử lý tín hiệu tinh vi nhất từng được phát triển cho sứ mệnh vệ tinh khoa học Trái đất. Các nhà phát triển của nó tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Md., Đã vận chuyển thiết bị đến Phòng thí nghiệm phản lực của NASA ở Pasadena, Calif., Nơi các kỹ thuật viên sẽ tích hợp nó vào tàu vũ trụ Soil Moisture Active thụ động của cơ quan, cùng với hệ thống radar khẩu độ tổng hợp được phát triển. bởi JPL.
Tự hào về máy đo phóng xạ vi sóng quan sát trái đất hoàn toàn mới của họ tại Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của NASA ở Pasadena, California Tín dụng: NASA JPL / Corinne Gatto Tín dụng: NASA
Với hai thiết bị, sứ mệnh của NASA sẽ lập bản đồ toàn cầu về độ ẩm của đất - dữ liệu sẽ có lợi cho các mô hình khí hậu - khi nó bắt đầu hoạt động vài tháng sau khi ra mắt vào cuối năm 2014. Đặc biệt, dữ liệu sẽ cung cấp cho các nhà khoa học khả năng nhận ra đất toàn cầu độ ẩm, một thước đo quan trọng để theo dõi và dự đoán hạn hán và lấp đầy khoảng trống trong hiểu biết của các nhà khoa học về chu trình nước. Cũng quan trọng, nó có thể giúp phá vỡ một bí ẩn khí hậu chưa được giải quyết: vị trí của các địa điểm trong hệ thống Trái đất lưu trữ carbon dioxide.
Năm làm
Việc xây dựng máy đo phóng xạ mới phải mất nhiều năm để hoàn thành và liên quan đến việc phát triển các thuật toán tiên tiến và một hệ thống máy tính trên tàu có khả năng phá vỡ dữ liệu ước tính khoảng 192 triệu mẫu mỗi giây. Bất chấp những thách thức, các thành viên trong nhóm tin rằng họ đã tạo ra một công cụ tiên tiến, dự kiến sẽ chiến thắng những rắc rối thu thập dữ liệu mà nhiều công cụ quan sát Trái đất khác gặp phải.
Tín hiệu mà thiết bị nhận được sẽ thâm nhập vào hầu hết các thảm thực vật không có rừng và các rào cản khác để thu thập tín hiệu vi sóng phát ra tự nhiên cho thấy sự hiện diện của độ ẩm. Đất càng ẩm, nó sẽ càng lạnh hơn trong dữ liệu.
Các phép đo của nhạc cụ bao gồm các tính năng đặc biệt cho phép các nhà khoa học xác định và loại bỏ nhiễu tiếng ồn không mong muốn do gây ra bởi nhiễu tần số vô tuyến từ nhiều dịch vụ trên Trái đất hoạt động gần dải tần số của lò vi sóng. Tiếng ồn tương tự đã làm ô nhiễm một số phép đo được thu thập bởi vệ tinh Độ ẩm và Độ mặn Đại dương của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và, ở một mức độ nhất định, vệ tinh NASA Aqu Aquarius. Những tàu vũ trụ này phát hiện ra rằng tiếng ồn đặc biệt phổ biến trên đất liền.
Nhà khoa học nhạc cụ Jeff Piepmeier, người đã đưa ra ý tưởng tại NASA Goddard cho biết, đây là hệ thống đầu tiên trên thế giới thực hiện tất cả những điều này.
Điều chỉnh vào tiếng ồn Trái đất
Giống như tất cả các máy đo phóng xạ, nhạc cụ mới nghe nhạc nghe tiếng ồn phát ra từ một hành tinh rất ồn ào.
Giống như một đài phát thanh, nó đặc biệt điều chỉnh theo một dải tần số cụ thể - 1,4 gigahertz hoặc L L Band Band - mà Liên minh Viễn thông Quốc tế tại Geneva, Thụy Sĩ, đã dành riêng cho thiên văn vô tuyến và các ứng dụng viễn thám Trái đất thụ động. Nói cách khác, người dùng chỉ có thể lắng nghe tĩnh tĩnh mà từ đó họ có thể lấy được dữ liệu độ ẩm.
Mặc dù bị cấm, tuy nhiên, ban nhạc là xa nguyên sơ. Damon Bradley, một kỹ sư xử lý tín hiệu kỹ thuật số của NASA Goddard, người đã làm việc với Piepmeier và những người khác để tạo ra tín hiệu tiên tiến của NASA, Damon Bradley, nghe các tín hiệu mong muốn trong dải phổ, cũng như các tín hiệu không mong muốn kết thúc trong cùng một băng tần. khả năng xử lý. Khi các nhà khai thác của SMOS nhanh chóng phát hiện ra ngay sau khi tàu vũ trụ, ra mắt vào năm 2009, tiếng ồn không mong muốn chắc chắn tồn tại trong tín hiệu.
Sự lan truyền tín hiệu từ người dùng phổ lân cận - đặc biệt là radar điều khiển không lưu, điện thoại di động và các thiết bị liên lạc khác - gây nhiễu tín hiệu vi sóng mà người dùng muốn thu thập. Cũng như rắc rối là sự can thiệp gây ra bởi các hệ thống radar và các máy phát TV và đài phát thanh vi phạm các quy định của Liên minh Viễn thông Quốc tế.
Do đó, các bản đồ độ ẩm đất toàn cầu được tạo bởi dữ liệu SMOS đôi khi chứa các bản vá trống, không có dữ liệu. Sự can thiệp tần số vô tuyến có thể bị gián đoạn, ngẫu nhiên và không thể đoán trước được. Không có nhiều thứ bạn có thể làm về nó.
Đó là lý do tại sao Bradley và những người khác trong nhóm Piepmeier đã chuyển sang công nghệ.
Các thuật toán mới được triển khai
Đây là một khái niệm nghệ sĩ về nhiệm vụ thụ động chủ động của NASA Viking Soil Moisture. Tín dụng: NASA / JPL
Năm 2005 Bradley, Piepmeier và các kỹ sư Goddard khác của NASA đã hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan và Đại học bang Ohio, những người đã tạo ra các thuật toán, hoặc các thủ tục tính toán từng bước, để giảm thiểu nhiễu sóng vô tuyến. Họ đã cùng nhau thiết kế và thử nghiệm một máy đo phóng xạ điện tử kỹ thuật số tinh vi có thể sử dụng các thuật toán này để giúp các nhà khoa học tìm và loại bỏ các tín hiệu vô tuyến không mong muốn, từ đó làm tăng đáng kể độ chính xác của dữ liệu và giảm các khu vực nơi mức nhiễu cao sẽ cản trở các phép đo.
Máy đo phóng xạ thông thường xử lý các dao động phát xạ vi sóng bằng cách đo công suất tín hiệu trên một băng thông rộng và tích hợp nó trong một khoảng thời gian dài để lấy trung bình. Tuy nhiên, máy đo phóng xạ SMAP sẽ lấy các khoảng thời gian đó và cắt chúng thành các khoảng thời gian ngắn hơn nhiều, giúp dễ dàng phát hiện các tín hiệu RFI giả mạo do con người tạo ra. Bằng cách cắt tín hiệu kịp thời, bạn có thể vứt bỏ cái xấu và mang đến cho các nhà khoa học những điều tốt đẹp, ông Piepmeier nói.
Một bước nữa trong quá trình phát triển máy đo phóng xạ là tạo ra bộ xử lý nhạc cụ mạnh hơn.Do bộ xử lý bay tiên tiến nhất hiện nay - RAD750 - không có khả năng xử lý dữ liệu dự kiến của radiomet, nên nhóm phải phát triển một hệ thống xử lý được thiết kế tùy chỉnh với các mảng cổng lập trình được làm cứng bằng bức xạ mạnh hơn, đó là các mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng. Các mạch này có khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt, giàu phóng xạ được tìm thấy trong không gian.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã lập trình các mạch này để thực hiện các thuật toán do Đại học Michigan phát triển dưới dạng phần cứng xử lý tín hiệu chuyến bay. Nhóm nghiên cứu cũng thay thế máy dò bằng bộ chuyển đổi kỹ thuật số tương tự và củng cố hệ thống tổng thể bằng cách tạo ra phần mềm xử lý tín hiệu trên mặt đất để loại bỏ nhiễu.
Tiết kiệm SMAP có máy đo phóng xạ dựa trên xử lý kỹ thuật số tiên tiến nhất từng được chế tạo, theo ông Piepmeier. Cần nhiều năm để phát triển các thuật toán, phần mềm mặt đất và phần cứng. Những gì chúng tôi sản xuất là máy đo phóng xạ băng L tốt nhất cho khoa học Trái đất.
Thông qua NASA