GRACE og GRACE -FO - GRACE and GRACE-FO
Navne | GRACE-1 og GRACE-2 Tom og Jerry ESSP-2A og ESSP-2B |
---|---|
Missionstype | Gravitationsvidenskab |
Operatør | NASA · DLR |
COSPAR ID | 2002-012A og 2002-012B |
SATCAT nr. | 27391 og 27392 |
Internet side | www |
Missions varighed | Planlagt: 5 år Final: 15 år, 7 måneder, 9 dage |
Rumfartøjs egenskaber | |
Bus | Flexbus |
Fabrikant | Astrium |
Start masse | 487 kg (1.074 lb) hver |
Dimensioner | 1.942 × 3.123 × 0.72 m (6.4 × 10.2 × 2.4 ft) |
Missionens start | |
Frokost aftale | 17. marts 2002, 09:21 UTC |
Raket | Rokot-KM #2 |
Lancering site | Plesetsk LC-133/3 |
Entreprenør | Eurockot |
Afslutning af mission | |
Erklæret | 27. oktober 2017 |
Forfaldsdato |
GRACE-1: 10. marts 2018, 06:09 UTC 45,9 ° S 20,4 ° E GRACE-2: 24. december 2017, 00:16 UTC 63,9 ° N 160,9 ° W 45 ° 54′S 20 ° 24′Ø / 63 ° 54′N 160 ° 54′W / |
Orbitale parametre | |
Referencesystem | Geocentrisk |
Halv-større akse | 6.873,5 km (4.271,0 mi) |
Excentricitet | 0,00182 |
Perigee højde | 483 km |
Apogee højde | 508 km (316 mi) |
Hældning | 89,0 ° |
Periode | 94,5 minutter |
Epoke | 17. marts 2002, 04:21 UTC |
Den Gravity Recovery and Climate Experiment ( GRACE ) var en fælles mission for NASA og tyske Aerospace Centre (DLR). Twin satellitter tog detaljerede målinger af Jordens tyngdekraft felt anomalier fra lanceringen i marts 2002 i slutningen af sin videnskab mission i oktober 2017. Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On ( GRACE-FO ) er en fortsættelse af missionen på nær- identisk hardware, lanceret i maj 2018.
Ved at måle tyngdekraftanomalier viste GRACE, hvordan massen fordeles rundt om planeten, og hvordan den varierer over tid. Data fra GRACE -satellitterne er et vigtigt værktøj til at studere Jordens hav , geologi og klima . GRACE var et samarbejde mellem Center for Rumforskning ved University of Texas i Austin , NASAs Jet Propulsion Laboratory , det tyske luftfartscenter og Tysklands nationale forskningscenter for geovidenskab, Potsdam. Jet Propulsion Laboratory var ansvarlig for den overordnede missionsstyring under NASA ESSP (Earth System Science Pathfinder) -programmet.
Hovedforsker er Byron Tapley fra University of Texas Center for Space Research, og co-hovedforsker er Christoph Reigber fra GeoForschungsZentrum (GFZ) Potsdam .
De to GRACE-satellitter ( GRACE-1 og GRACE-2 ) blev opsendt fra Plesetsk Cosmodrome , Rusland, på et Rockot (SS-19 + Breeze upper stage) affyringsvogn den 17. marts 2002. Rumfartøjet blev opsendt til en indledende højde på ca. 500 km ved en nærpolær hældning på 89 °. Under normale operationer blev satellitterne adskilt af 220 km langs deres kredsløbsspor. Dette system var i stand til at indsamle global dækning hver 30. dag. GRACE oversteg langt sin 5-årige designlevetid, der fungerede i 15 år, indtil GRACE-2 blev nedlagt den 27. oktober 2017. Dens efterfølger, GRACE-FO , blev lanceret med succes den 22. maj 2018.
I 2019 blev en gletscher i det vestlige Antarktis opkaldt efter GRACE -missionen.
Opdagelser og applikationer
De månedlige gravitationsanomalier -kort genereret af GRACE er op til 1.000 gange mere nøjagtige end tidligere kort, hvilket forbedrer nøjagtigheden af mange teknikker, der bruges af oceanografer , hydrologer , glaciologer , geologer og andre forskere til at studere fænomener, der påvirker klimaet.
Fra udtynding af indlandsis til vandstrømmen gennem akviferer og de langsomme magstrømme inde i Jorden hjælper massemålinger fra GRACE forskerne med bedre at forstå disse vigtige naturlige processer.
Oceanografi, hydrologi og indlandsis
GRACE opdagede hovedsageligt ændringer i fordelingen af vand over planeten. Forskere bruger GRACE -data til at estimere havbundstryk (den samlede vægt af havvandene og atmosfæren), hvilket er lige så vigtigt for oceanografer som atmosfæretryk er for meteorologer. For eksempel gør måling af havtryksgradienter det muligt for forskere at estimere månedlige ændringer i dybe havstrømme. Den begrænsede opløsning af GRACE er acceptabel i denne forskning, fordi store havstrømme også kan estimeres og verificeres af et havbøje -netværk. Forskere har også detaljeret forbedrede metoder til brug af GRACE -data til at beskrive Jordens tyngdekraftsfelt. GRACE -data er kritiske for at hjælpe med at bestemme årsagen til stigning i havniveauet , uanset om det er resultatet af masse, der tilføres havet - for eksempel fra smeltende gletsjere - eller fra termisk ekspansion af opvarmningsvand eller ændringer i saltindhold . Højopløselige statiske tyngdekraftsfelter estimeret ud fra GRACE-data har hjulpet med at forbedre forståelsen af den globale havcirkulation . Bakkerne og dalene i havets overflade ( havoverfladetopografi ) skyldes strømme og variationer i Jordens tyngdekraftsfelt. GRACE muliggør adskillelse af disse to effekter for bedre at måle havstrømme og deres virkning på klimaet.
GRACE -data har givet en registrering af massetab inden for islandene i Grønland og Antarktis. Grønland har vist sig at tabe280 ± 58 Gt is om året mellem 2003 og 2013, mens Antarktis har tabt67 ± 44 Gt om året i samme periode. Disse svarer til i alt 0,9 mm/år havstigning. GRACE -data har også givet indsigt i regional hydrologi, der ikke er tilgængelig for andre former for fjernmåling: for eksempel nedbrydning af grundvand i Indien og Californien. Den årlige hydrologi i Amazonasbassinet giver et særligt stærkt signal, når det ses af GRACE.
En undersøgelse fra University of California, Irvine, der blev offentliggjort i Water Resources Research den 16. juni 2015, brugte GRACE -data mellem 2003 og 2013 til at konkludere, at 21 af verdens 37 største akviferer "har overskredet bæredygtighedstipepunkter og er ved at blive udtømt" og tretten af dem betragtes "som betydeligt nødlidende". Det mest overbelastede er det arabiske akvifersystem , som mere end 60 millioner mennesker er afhængige af vand.
Geofysik
GRACE registrerer også ændringer i tyngdekraftsfeltet på grund af geofysiske processer. Glacial isostatisk tilpasning - den langsomme stigning i landmasser, der engang var deprimeret af islagets vægt fra den sidste istid - er den vigtigste blandt disse signaler. GIA -signaler fremstår som sekulære tendenser i tyngdekraftfeltmålinger og skal fjernes for nøjagtigt at estimere ændringer i vand og ismasse i et område. GRACE er også følsom over for permanente ændringer i tyngdekraftsfeltet på grund af jordskælv. F.eks. Er GRACE -data blevet brugt til at analysere forskydningerne i jordskorpen forårsaget af jordskælvet, der skabte tsunamien i Det Indiske Ocean i 2004.
I 2006 brugte et team af forskere under ledelse af Ralph von Frese og Laramie Potts GRACE-data til at opdage det 480 kilometer brede (300 mi) Wilkes Land-krater i Antarktis , som sandsynligvis blev dannet for omkring 250 millioner år siden.
Geodesi
Data fra GRACE har forbedret den nuværende jordgravitationsfeltmodel, hvilket har ført til forbedringer inden for geodesi. Denne forbedrede model har givet mulighed for korrektioner i den ækvipotentiale overflade, som der refereres til landhøjder fra. Denne mere præcise referenceflade giver mulighed for mere præcise koordinater for breddegrad og længdegrad og for mindre fejl i beregningen af geodetiske satellitbaner.
Andre signaler
GRACE er følsom over for regionale variationer i atmosfærens masse og højfrekvente variationer i havbundstrykket. Disse variationer er godt forstået og fjernes fra månedlige tyngdekraftestimater ved hjælp af prognosemodeller for at forhindre aliasing . Ikke desto mindre påvirker fejl i disse modeller GRACE -løsninger.
GRACE -data bidrager også til grundlæggende fysik. De er blevet brugt til at re-analysere data hentet fra LAGEOS- eksperimentet for at forsøge at måle den relativistiske ramme-træk- effekt.
Rumfartøj
Rumfartøjet blev fremstillet af Astrium i Tyskland ved hjælp af sin "Flexbus" platform . Mikrobølgeovnens RF -systemer og holdningsbestemmelse og algoritmer til kontrolsystem blev leveret af Space Systems/Loral . Stjernekameraerne, der blev brugt til at måle rumfartøjets holdning, blev leveret af Danmarks Tekniske Universitet . Instrumentcomputeren sammen med en meget præcis BlackJack GPS -modtager og digitalt signalbehandlingssystem blev leveret af JPL i Pasadena. Det meget præcise accelerometer, der er nødvendigt for at adskille atmosfæriske og solstrålende trykeffekter fra gravitationsdataene, blev fremstillet af ONERA .
Måleprincip
GRACEs nøglemåling, satellitgravimetri , stammer ikke fra elektromagnetiske bølger. I stedet bruger missionen et mikrobølgeformet system til nøjagtigt at måle ændringer i hastighed og afstand mellem to identiske rumfartøjer, der flyver i en polar bane omkring 220 kilometer (140 mi) fra hinanden, 500 kilometer (310 mi) over Jorden. Spændingssystemet er følsomt nok til at detektere adskillelsesændringer så små som 10 mikrometer (cirka en tiendedel af et menneskehårs bredde) over en afstand på 220 kilometer. Når de to GRACE -satellitter cirkler kloden 15 gange om dagen, mærker de små variationer i Jordens tyngdekraft. Når den første satellit passerer over et område med lidt stærkere tyngdekraft, en tyngdekraftsanomali , trækkes den lidt foran den efterfølgende satellit. Dette får afstanden mellem satellitterne til at stige. Det første rumfartøj passerer derefter anomalien og bremser igen; I mellemtiden accelererer følgende rumfartøj og bremser derefter over det samme punkt. Ved at måle den konstant skiftende afstand mellem de to satellitter og kombinere disse data med præcise positioneringsmålinger fra GPS -instrumenter ( Global Positioning System ) kan forskere konstruere et detaljeret kort over Jordens tyngdekraftanomalier.
Instrumenter
De to satellitter (tilnavnet "Tom" og "Jerry" ) opretholder konstant en tovejs, K-bånds mikrobølgeomfattende forbindelse mellem dem. Fine afstandsmålinger foretages ved at sammenligne frekvensforskydninger af linket. Dette er muliggjort på grund af den indbyggede Ultra Stable Oscillator (USO), der producerer frekvenserne for K-båndsområdet. Mikrometerfølsomheden for denne måling kræver derfor præcise målinger af hvert rumfartøjs position, bevægelse og orientering for at være nyttig. For at fjerne virkningen af eksterne, ikke-tyngdekræfter (f.eks. Træk , solstrålingstryk ) bruger køretøjerne følsomme Super STAR elektrostatiske accelerometre placeret i nærheden af deres respektive massecentre. GPS -modtagere bruges til at fastslå de præcise positioner for hver satellit langs grundlinjen mellem satellitterne. Satellitterne bruger stjernekameraer og magnetometre til at fastslå holdning . GRACE -køretøjerne har også optiske hjørnereflektorer for at muliggøre laser lige fra jordstationer ved hjælp af Center of Mass Trim Assembly (MTA), som sikrer, at massens centrum ændres i hele flyvningen i overensstemmelse hermed.
Dataprodukter
CSR, GFZ og JPL behandler observationer og tilhørende data downloadet fra GRACE for at producere månedlige geopotentiale modeller af jorden. Disse modeller distribueres som sfæriske harmoniske koefficienter med en maksimalgrad på 60. Der kan også fås 90 produkter. Disse produkter har en typisk latenstid på 1-2 måneder. Disse geopotentiale koefficienter kan bruges til at beregne geoidhøjde , tyngdekraftanomalier og ændringer i fordelingen af masse på Jordens overflade. Gitterprodukter, der estimerer ændringer i masse i enheder af flydende vand ækvivalent tykkelse, er tilgængelige på JPLs GRACE Tellus -websted.
Afslutning af mission
Efter et aldersrelateret batteriproblem på GRACE-2 i september 2017 blev det klart, at GRACE-2s resterende batterikapacitet ikke ville være tilstrækkelig til at fungere. Derfor blev det besluttet i midten af oktober at nedlægge GRACE-2-satellitten og afslutte GRACE's videnskabsmission. Atmosfærisk genindtræden af GRACE-2 fandt sted den 24. december 2017 omkring kl. 00:16 UTC; atmosfærisk genindtræden af GRACE-1 fandt sted den 10. marts 2018 omkring 06:09 UTC.
GRACE Opfølgning
Navne | |
---|---|
Missionstype | Gravitationsvidenskab |
Operatør | NASA · DLR |
COSPAR ID | 2018-047A og 2018-047B |
SATCAT nr. | 43476 og 43477 |
Internet side | nasa |
Missions varighed | Planlagt: 5 år Forløbet: 3 år, 4 måneder, 17 dage |
Rumfartøjs egenskaber | |
Bus | Flexbus |
Fabrikant | Airbus Defense and Space (tidligere Astrium ) |
Start masse | 600 kg (1.300 lb) hver |
Dimensioner | 1.943 × 3.123 × 0.78 m (6.4 × 10.2 × 2.6 ft) |
Missionens start | |
Frokost aftale | 22. maj 2018, 19:47:58 UTC |
Raket | Falcon 9 |
Lancering site | Vandenberg AFB , Californien |
Entreprenør | SpaceX |
Orbitale parametre | |
Referencesystem | Geocentrisk |
Halv-større akse | 6.872,2 km (4.270,2 mi) |
Excentricitet | 0,00179 |
Perigee højde | 481,7 km (299,3 mi) |
Apogee højde | 506,3 km (314,6 mi) |
Hældning | 89,0 ° |
Periode | 94,5 minutter |
Epoke | 29. september 2019, 15:36:45 UTC |
GRACE-FO-missionen, et samarbejde mellem NASA og GFZ , blev lanceret den 22. maj 2018 ombord på en SpaceX Falcon 9- raket fra Vandenberg AFB, Californien, der delte lanceringen med fem Iridium NEXT- satellitter. Under kredsløbskontrol blev der opdaget en anomali i mikrosystemets primære systemkomponent (MWI), og systemet blev midlertidigt slukket den 19. juli 2018. Efter en fuldstændig undersøgelse af et anomali-reaktionsteam hos JPL, backupsystemet i MWI blev tændt den 19. oktober 2018, og GRACE-FO genoptog sine kredsløbskontroller. GRACE-FO gik ind i videnskabsfasen af sin mission den 28. januar 2019.
GRACE-FO's kredsløb og design ligner meget sin forgænger. GRACE-FO anvender det samme to-vejs mikrobølgeomfattende link som GRACE, hvilket muliggør lignende præcision mellem satellitter. Derudover anvender GRACE-FO laser-interferometri (LRI) som et teknologisk eksperiment som forberedelse til fremtidige satellitter. LRI'en muliggør mere præcis intersatellit på grund af lysets kortere bølgelængde og tillader desuden måling af vinklen mellem de to rumfartøjer samt deres adskillelse via differential wavefront sensing (DWS). Ved hjælp af LRI har forskere forbedret præcisionen af separationsafstandsmålingerne med en faktor på mere end 20 i forhold til GRACE -missionen. Hver laser på LRI har omtrent samme effekt som fire laserpegere. Disse lasere skal opdages af et rumfartøj cirka 220 km væk. Denne lasermetode vil generere meget mere præcise målinger end den tidligere GRACE -satellitmission.
GRACE-FO-satellitterne får elektricitet fra galliumarsenid-solcellepaneler, der dækker ydersiden af hver satellit.
GRACE-FO vil fortsat overvåge Jordens tyngdekraft og klima. Missionen vil spore gravitationsændringer i globale havniveauer, gletschere og iskapper samt store sø- og flodvandstand og jordfugtighed. Derudover vil hver af satellitterne bruge GPS -antenner til at oprette mindst 200 profiler om dagen med atmosfærisk temperaturfordeling og vanddampindhold, en første for GRACE -missionen.
GRACE-FO har en designlevetid på 5 år.
Se også
- Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL), et lignende NASA -sondepar, der kortlagde Månen
- Gravity Field og Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE), en ESA-tyngdekraftsmapping, der kun brugte en enkelt satellit
Referencer
eksterne links
- GRACE -websted ved University of Texas
- GRACE Tellus websted af Jet Propulsion Laboratory
- GRACE Real-Time Data Analysis Portal ved University of Colorado
- GRACE informationssystem og datacenter af GFZ German Research Center for Geosciences
- Dunn, Charles; et al. (Februar 2003). "Nådeinstrument: GPS øger tyngdekraftsmålinger" . GPS verden . 14 (2): 16–28. Arkiveret fra originalen den 25. februar 2012.
- I 15 år sporede GRACE ferskvandsbevægelser rundt om i verden på YouTube udgivet den 16. maj 2018 af NASA Goddard