项目主管帕拉吉·瓦兹站(Parage Vaze)在正在组装SWOT卫星JPL洁净室中。该航天器将帮助研究人员调查地球表面的数量和分布,包括湖泊和河流中的淡水,以及海洋
影像来源:美国宇航局/JPL-加州理工学院

那么,地表水和海洋地形图任务究竟是如何测量地球上的湖泊、河流和海洋中的流动情况的呢?一位非常忙碌的项目经理解释道。

有多少水在地球的湖泊、河流和海洋中流动?这个数字又是如何随时间变化的?即将到来的地表水和海洋地形(SWOT)任务计划找出答案。这颗SUV小的卫星的目标发射日期是2022年底,它将测量地球上的水的高度。SWOT将帮助研究人员了解和跟踪世界各地的水(一种有限的资源)的数量和位置,成为NASA对地球表面水的第一次真正的全球调查。

这些数据将有助于监测洪泛区和湿地的变化,测量有多少淡水流入和流出地球的湖泊和河流并返回海洋,并以前所未有的规模跟踪海平面的区域变化。它将提供关于小型洋流的信息,支持受潮汐、海流、风暴潮、泥沙运输和水质问题影响的实时海洋行动。而SWOT收集的信息也将首次提供全球观测证据,证明被称为涡流的流如何影响海洋的变化,比如海洋的能量和热量储存,以及碳如何在海洋环境中移动。

但在完成所有这些任务之前,工程师和技术人员需要完成航天器的建造。将为这颗巨大的卫星携带科学仪器的有效载荷正在南加州美国宇航局喷气推进实验室的洁净室中成形,那里正在进行严格的测试。然后在6月下旬,它将前往法国,在那里来自法国国家空间研究中心(CNES)的工程师和技术人员,他们的主要承包商泰利斯阿莱尼亚航天公司(Thales Alenia space)和喷气推进实验室将完成建造,并准备将卫星运往加州范登堡空军基地的发射场。

喷气推进实验室项目经理帕拉格·瓦兹(Parag vazy,发音为vah-zay)是确保与法国国家科学研究中心(CNES)同行蒂埃里·拉丰(Thierry Lafon)交接顺利进行的关键。作为一名训练有素的工程师,瓦兹已经在喷气推进实验室从事地球卫星任务25年了。他是几个测量海平面任务的项目经理,包括杰森-2、杰森-3和哨兵-6 迈克尔·弗莱利希卫星,该卫星于去年11月发射到近地轨道,当时SWOT正在喷气推进实验室进行组装。

SWOT是一个有着远大抱负和严格时间表的大卫星。瓦兹坐下来回答关于未来重要工作的问题。

这幅SWOT航天器的模拟图显示了卫星两侧的两根天线,以及大型太阳能电池板。这颗卫星将向研究人员提供关于地球地表水的数量和分布的大量信息——每天大约1TB的数据。
影像来源:美国宇航局/JPL-加州理工学院

SWOT最吸引你的是什么?

我觉得这次任务中淡水的部分最吸引我。海洋科学对于了解中长期气候变化和海平面上升对地球的影响至关重要。但我来自印度,我亲眼看到了人们为获得清洁淡水的困难。我从心底里相信,这将是下个世纪的挑战——甚至比寻找石油和能源替代品更重要。

SWOT将如何帮助应对这一挑战?

首先,理解一个问题需要信息。地球上有数以百万计的湖泊和河流是良好的淡水来源,但我们没有任何关于它们的真正一致的信息。人们所拥有的大部分信息来自于人口密集地区的地面仪器。

能够持续地测量这些不仅在人口密集地区,而且在其他没有被测量地区的湖泊和河流,将有助于科学研究。而且它还可以帮助寻找额外的淡水资源。SWOT将收集全球各地水域的信息,这些信息将免费提供给所有有需要的人。

SWOT将提供关于地球表面水的令人难以置信的高分辨率数据。它将使用什么工具来做到这一点?

我们有主要仪器——新型Ka波段雷达干涉仪[KaRIn]。它将雷达脉冲反射到水面上,同时用两个不同的天线接收返回的信号。这使我们能够三角测量水面的高度。这是一种高分辨率雷达,能够“看到”地球表面的河流和其他小型水体。在卫星两侧伸出约16英尺(5米)的天线,可以让卫星的探测范围覆盖天线两侧约30英里(50公里)的地球表面。

还有一个高度计可以垂直向下测量海洋表面的高度。这个仪器类似于我们在杰森-3和哨兵-6迈克尔·弗莱利希卫星上的高度计。我们拥有这种更传统的仪器,可以与KaRIn数据进行交叉验证。

我们还有一个辐射计。大气中的水汽会影响来自高度计或KaRIn的雷达脉冲的传播,这可能会影响表面高度的测量。辐射计可以让我们通过测量卫星和地球表面之间的水蒸气量来校正这一误差。

然后我们有一些精确的轨道定位仪器——包括一个全球定位系统——告诉我们卫星在太空中的地理位置。这就是卫星携带的科学仪器

听起来卫星会产生大量的信息,SWOT将如何处理这些海量数据?

我们试图一天24小时,一周7天收集数据。所以总的来说,我们计划每天下行1TB的数据。我们需要增加一些有效载荷来处理所有这些信息。我们正在进行机载处理——不仅仅是压缩,而是对海洋数据进行实际处理——以帮助和管理卫星将海量数据发回给我们。我们还有一个独特的X波段下行链路系统,它的传输速度可达620Mbps以上。

建造这样一颗卫星需要多少工作?

在2010年左右,SWOT开始成为现实,此后,在美国和欧洲工作的工程师和科学家增加到数百人,其中一些人在这个项目上投入了他们职业生涯中的重要部分。这些团队必须经历许多尖端的开发挑战,不仅是在卫星上,而且在地面系统和算法上。

你所从事的许多任务都是与国际合作伙伴一起进行的。这一次包括CNES以及加拿大航天局和英国航天局。为什么这种合作是你工作的重要组成部分?

规划、执行和资助这些类型的任务真的是一个巨大的努力,它需要承诺和信任。我们之所以成功,是因为我们可以分担负担和风险。我们之所以能够做到这一点,是因为全球各地都表达了对这些卫星所收集的各类信息的需求。他们将帮助解决的问题是全球性的问题,而不仅仅是那些只发生在北美、欧洲或非洲等地的问题。

这项任务有什么让你夜不能寐?

什么都有,也没有。每天都有无数不同的挑战,其中许多是我无法预见的,即使有多年的经验。但是,我能够睡得着,因为我知道我们有非常有才华和敬业的人一起工作,以克服我们面临的任何困难。

关于该任务的更多信息

SWOT是由NASA和CNES联合开发,加拿大航天局(CSA)和英国航天局(UKSA)也有贡献。喷气推进实验室由位于加州帕萨迪纳的加州理工学院为NASA管理,领导着该项目的美国部分。对于飞行系统,NASA提供Ka波段雷达干涉仪(KaRIn),一个GPS科学接收器,一个激光逆反射器和一个双波束微波辐射仪。法国国家空间研究中心(CNES)提供多普勒轨道摄影和卫星辐射定位综合系统(DORIS)、天底高度计和KaRIn射频子系统(由英国航天局提供支持)。提供KaRIn大功率发射器组件。NASA正在提供相关的发射服务。

要了解更多关于这项任务的信息,请访问。

https://swot.jpl.nasa.gov/

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/international-cutting-edge-swot-satellite-to-survey-the-world-s-water

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