Le récepteur radar de nouvelle génération devrait fournir aux scientifiques des données météorologiques améliorées

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Récepteur double radar fixe pour système de navigation par satellite (NGRx)

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Une équipe parrainée par SMD travaille au développement d’un nouveau récepteur radar qui permettra aux futurs appareils spatiaux de traiter davantage de signaux et de produire des données à une résolution beaucoup plus élevée, améliorant considérablement la capacité des scientifiques à étudier les tempêtes, à surveiller les glaces polaires, à prévoir les inondations et mesurer l’élévation du niveau de la mer.

En 2018, un groupe de satellites CYGNSS a permis aux chercheurs de collecter des mesures de la vitesse du vent de l’ouragan Sergio, illustré ici lors de son passage au-dessus de l’océan Pacifique. Un récepteur radar binaire amélioré rendra les futurs instruments CYGNSS plus utiles aux chercheurs qui étudient des systèmes terrestres complexes. Crédit image : NASA/Jesse Allen

Les ouragans destructeurs coûtent aux communautés côtières du monde entier des millions de dollars et des milliers de vies chaque année. En savoir plus sur ces systèmes de tempêtes complexes permettra aux chercheurs d’améliorer plus facilement les modèles météorologiques prédictifs et de prévoir les tempêtes violentes.

« Nous ne pouvons pas contrôler les phénomènes météorologiques extrêmes, mais nous pouvons réduire leur impact sur les humains en donnant aux gens plus de temps pour se préparer », a déclaré Christopher Rove, professeur de sciences climatiques et spatiales à l’Université du Michigan, Ann Arbor.

Rove, qui est également chercheur principal pour la mission Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS) de la NASA, a déjà développé un petit ensemble de petits satellites qui aident les scientifiques à mesurer la vitesse du vent sur les océans de la Terre. Désormais, avec le soutien du Bureau des technologies des sciences de la Terre de la NASA, Ruff souhaite développer un nouveau récepteur radar dipôle qui augmentera considérablement la qualité des données collectées par les futurs satellites CYGNSS.

« Ces satellites ont été un énorme atout pour les scientifiques qui cherchent à étudier non seulement les ouragans, mais aussi des choses comme l’humidité du sol près de la surface et l’étendue des débris microplastiques dans l’océan. Ce nouveau récepteur rendra les futurs composants du système CYGNSS encore plus précieux. aux scientifiques de la Terre », a déclaré Ruff.

Une fusée Pegasus XL a transporté la première charge utile de l’instrument CYGNSS en orbite terrestre basse (LEO) en 2016. À environ 12 minutes de là, ces huit satellites utilisent les signaux des instruments GPS existants pour observer la Terre via des mesures de diffusion. Alors que la plupart des instruments de diffusion disposent d’un émetteur et d’un récepteur, les satellites CYGNSS tirent parti des signaux radar existants pour réduire la complexité globale et le coût d’exploitation dans l’espace.

« La mesure de la diffusion utilise un émetteur pour envoyer des signaux radar à la surface de la Terre et un récepteur pour déterminer la force avec laquelle ces signaux émis depuis la Terre sont réfléchis dans l’espace. Dans un seul ensemble d’instruments, cette charge utile devient très lourde. En utilisant les signaux radar transmis produit par les satellites pour le système d’identification, Global Positioning System (GPS) qui sont déjà en orbite, nous pouvons retirer le composant émetteur de nos instruments tout en produisant d’excellentes données », a déclaré Ruff.

Mais il y a place à l’amélioration. Les satellites CYGNSS actuellement en orbite autour de la Terre ne peuvent traiter que quatre signaux de transmission à la fois, ce qui limite leur précision. De plus, les satellites CYGNSS ne peuvent traiter que les signaux L1, qui sont transmis à une fréquence de 1575,42 MHz. Cela a un impact négatif sur la résolution horizontale et verticale des données collectées, ce qui rend difficile l’utilisation de CYGNSS pour étudier des phénomènes tels que l’épaisseur de la glace et l’étendue de la glace polaire.

« CYGNSS a fait remarquablement bien au cours des dernières années, mais à mesure que sa mission s’élargit pour inclure davantage de domaines scientifiques, nous devrons améliorer certains composants de ces outils », a déclaré Rove.

Son récepteur radar double satellite de nouvelle génération (NGRx) pourrait accroître l’utilité scientifique des instruments CYGNSS pour l’étude des systèmes terrestres complexes. Au lieu de traiter seulement quatre signaux radar L1 des satellites GPS, les futurs instruments équipés de ce récepteur pourront traiter jusqu’à quatorze signaux radar L1 et L5 des satellites GPS et Galileo.

« En conséquence directe de ces changements, la résolution horizontale sera améliorée d’un facteur trois, la résolution verticale sera améliorée d’un facteur dix et la couverture spatiale d’un facteur d’au moins deux, voire quatre », a déclaré Rove.

Cette résolution améliorée permettra aux chercheurs de mieux étudier les tempêtes, de surveiller plus clairement l’étendue de la glace polaire, de développer de meilleurs modèles de prévision des crues et même de mesurer la surface de la mer avec un niveau de détail qui dépasse d’un facteur dix les instruments CYGNSS actuels.

« Avoir ces capacités à bord de ces petits satellites rentables est incroyable. Nous serons en mesure de produire une excellente science à un coût bien inférieur », a déclaré Rove.

Le programme d’incubation d’instruments (IIP) du Bureau de la technologie des sciences de la Terre de la NASA se consacre à aider les chercheurs comme Ruf à développer leurs concepts d’instruments en capteurs entièrement fonctionnels. Plus précisément, l’IIP a fourni à Ruf un financement et une expertise importants lors du développement de son futur radar de nouvelle génération.

Bien que le récepteur radar à double séjour ne soit pas tout à fait prêt pour une aventure dans l’espace, il est prêt pour des tests aéroportés majeurs. Partenariat avec le ministère néo-zélandais des affaires, de l’innovation et de l’emploi ; Agence spatiale néo-zélandaise ; Air New Zealand et l’Université d’Auckland. Rove prévoit de réparer un prototype de son capteur dans un avion de ligne Bombardier Q300. Le capteur de Rove collectera des données océaniques sur les itinéraires de service des avions à travers la Nouvelle-Zélande, aidant son équipe à déterminer si l’instrument est prêt pour des applications spatiales.

« Nous sommes ravis de travailler avec nos collègues néo-zélandais pour préparer cet avenir radar pour l’espace. Prendre quelque chose qui n’était qu’une idée et le développer en un prototype fonctionnel a été très satisfaisant, et nous sommes ravis d’envoyer cette machine dans l’espace. bientôt », a déclaré Rove.

Chefs de projet

Christopher Rove, Université du Michigan, Ann Arbor

organismes de parrainage

Programme d’incubation d’outils de la Division des sciences de la Terre

En savoir plus Avantages de la technologie