Enjambres de pequeños satélites podrían comunicarse entre ellos para recopilar datos sobre patrones climáticos importantes en diferentes momentos del día o del año. y desde múltiples ángulos. Tales enjambres utilizando algoritmos de aprendizaje automático, podría revolucionar la comprensión de los científicos sobre el tiempo y los cambios climáticos.

La ingeniera Sabrina Thompson está trabajando en un software para habilitar pequeñas naves espaciales, o SmallSats, para comunicarse unos con otros, identificar objetivos de observación de alto valor, y coordinar la actitud y el tiempo para obtener diferentes puntos de vista del mismo objetivo.

"Ya sabemos que el polvo sahariano que sopla hacia las selvas del Amazonas afecta la formación de nubes sobre el Océano Atlántico durante ciertas épocas del año, "dijo Thompson, que trabaja en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. "¿Cómo captura esa formación de nubes? ¿Cómo le dice a un enjambre de satélites qué región y hora del día es la mejor para observar ese fenómeno?"

Bajo el plan de Thompson, los científicos establecerían un conjunto de requisitos para las observaciones y definirían objetivos de gran valor. Entonces el software se haría cargo, permitiendo que un enjambre de naves espaciales descubra cómo moverse entre sí para observar mejor estos objetivos. Las estrategias también pueden cambiar según la hora del día, temporada, o la región que se está observando. La nave espacial también utilizaría el aprendizaje automático a bordo para mejorar las estrategias de visualización a lo largo del tiempo.

"Se están considerando varios tipos de configuración de enjambre, ", Dijo Thompson." Uno podría ser un enjambre donde los satélites estarán en diferentes órbitas, lo que les permitirá ver una nube u otro fenómeno desde diferentes ángulos. Otro enjambre podría ver los mismos fenómenos con una visión similar, pero en diferentes momentos del día. Un tercer tipo de enjambre podría combinar ambos, con algunos satélites en la misma órbita, siguiendo unos a otros con algún desfase de tiempo, y otros satélites que pueden estar en órbitas con diferentes altitudes y / o inclinaciones ".

Mientras que un enjambre permanecería dentro de la misma órbita, las naves espaciales individuales podrían incluso usar algo llamado control de arrastre diferencial, manipulando las fuerzas causadas por la atmósfera de la Tierra que se arrastra contra la nave en órbita, para controlar la separación de tiempo entre cada nave espacial en relación con otras en el enjambre, ella dijo. "El tiempo que lleva realizar una maniobra de arrastre diferencial depende de la masa y el área de la nave espacial, así como la altitud orbital. Por ejemplo, puede tardar hasta un año o tan solo un par de días, incluso horas ".

"Con varias naves espaciales en una formación para ver el mismo objetivo, "Thompson dijo, "puedes ver una nube, por ejemplo, no solo desde arriba, pero también desde los lados ". En una formación diferente, puede ver esa nube en diferentes etapas de su ciclo de vida desde múltiples SmallSats pasando en diferentes momentos.

En colaboración con el profesor de la Universidad de Maryland-Condado de Baltimore (UMBC), José Vanderlei Martins, Thompson ayudó a desarrollar el CubeSat del Polarímetro Arco Iris Hiper-Angular (HARP) que se lanzó desde la Estación Espacial Internacional (ISS) hace poco más de un año. Una versión actualizada de su instrumentación, llamado HARP2, volará sobre el plancton, Aerosol, Nube, La misión Ocean Ecosystem (PACE) está prevista para su lanzamiento en 2023.

Un enjambre de SmallSats como HARP, compartir información y coordinar la cobertura, podría adelantar la previsión meteorológica, informes de desastres, y modelado climático a largo plazo, Dijo Vanderlei Martins. Para llegar Los científicos necesitan la combinación de campos de visión amplios y estrechos e imágenes de alta resolución para comprender mejor la dinámica del desarrollo del sistema meteorológico.

"Idealmente, Me gusta tener un satélite con un campo de visión amplio que observe fenómenos más grandes, ", dijo." Sin embargo, un pequeño satélite que cubre un área grande no puede realizar observaciones de alta resolución espacial. Sin embargo, Puede utilizarlo como un tipo de satélite de topógrafo para identificar el área de interés. Luego tienes otros con un campo de visión más estrecho, obteniendo mayor resolución, obteniendo muchos más detalles ".

Permitir que el enjambre tome decisiones y comparta información es crucial. Vanderlei Martins dijo:"Este tipo de decisiones deben tomarse en minutos. No hay tiempo para que se involucre el control de tierra".

Thompson señaló que reducir la dependencia del control terrestre y las redes de comunicaciones también libera recursos para misiones SmallSat con presupuestos limitados.

Como ingeniero aeroespacial que trabaja para obtener un título en física atmosférica en la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore, Thompson regresó a la escuela para aprender más sobre los requisitos de las ciencias de la Tierra que impulsan su trabajo como innovadora. "También tenía muchas ganas de comprender el cambio climático".

La forma en que interactúan las partículas de aerosol y las nubes es fundamental para comprender el cambio climático. Los polarímetros pueden proporcionar una gran cantidad de datos sobre las partículas suspendidas en la atmósfera, desde el humo, ceniza, y polvo a gotas de agua y hielo, cada especie de partícula polariza la luz reflejada de ella de manera detectable.

"En un nivel básico, mi investigación consiste en evaluar la geometría entre los instrumentos del satélite y el sol, ", Dijo Thompson." Estos instrumentos son pasivos. Requieren una cierta geometría relativa al objetivo terrestre y al Sol para recuperar los datos científicos que queremos ".

Sus algoritmos determinarán las combinaciones más adecuadas de órbita y campo de visión del instrumento para dar la mayor probabilidad de observar una nube con la geometría adecuada para recuperar datos científicos. Luego planificaría y ejecutaría esquemas de maniobras para cada nave espacial para lograr esas geometrías en relación con los otros satélites en el enjambre.

Este trabajo para comprender la estructura y el desarrollo de las nubes se relaciona con el Sistema de Observación de la Atmósfera, o AOS, (anteriormente los aerosoles y las nubes, Estudio de convección y precipitación identificado como una prioridad en el Estudio Decadal de la Tierra de 2017. Vanderlei Martins y Thompson creen que su tecnología de enjambre complementa los objetivos científicos de AOS y podría mejorar las próximas misiones de ciencia de la Tierra de la NASA.