Dois mini instrumentos inovadores projetados e construídos pelo Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da Nasa e operados pela Estação Espacial Internacional (ISS) produziram seu primeiro mapa de umidade global e ventos oceânicos.
Neste mês, os instrumentos começaram a coletar dados sobre os ventos oceânicos da Terra e vapor atmosférico – informações críticas necessárias para previsões meteorológicas e marinhas.
Em apenas dois dias, o Radiômetro Compacto Vetorial de Vento do Oceano (COWVR) e o Equipamento de Experiência Temporal para Tempestades e Sistemas Tropicais (TEMPEST) reuniram dados suficientes para começar a produzir o mapa.
Instrumentos foram lançados pela SpaceX
Lançados em 21 de dezembro de 2021, com a 24ª missão de reabastecimento comercial da SpaceX para a Nasa, os instrumentos, que fazem parte do Programa de Teste Espacial da Força Espacial dos EUA- Houston 8 (STP-H8), medem variações nas emissões naturais de micro-ondas da Terra.
O mapa produzido pelo COWVR e pelo TEMPEST mostra as emissões de micro-ondas da Terra em uma frequência de 34 giga-hertz através de todas as latitudes visíveis pela ISS (52 graus ao norte a 52 graus ao sul). Essa frequência de micro-ondas em particular fornece aos meteorologistas informações sobre a força dos ventos na superfície oceânica, a quantidade de água nas nuvens e a quantidade de vapor de água na atmosfera.
As partes em verde e branco no mapa indicam o vapor de água mais alto e as nuvens, enquanto o azul escuro sobre o oceano indica o ar mais seco e o céu claro. A imagem captura padrões climáticos típicos, como umidade tropical e chuva (a faixa verde que se estende pelo centro do mapa) e tempestades de latitude média se movendo através do oceano.
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“Começamos bem”, disse Shannon Brown, tecnólogo da JPL que projetou o COWVR. “Ver essa qualidade de dados tão cedo na missão prepara o palco para coisas muito emocionantes que estão por vir”.
Enquanto o COWVR é uma reformulação completa de um design de um instrumento clássico, o TEMPEST é produto de um longo avanço em direção à miniaturização de componentes. De acordo com os criadores, se eles continuarem a ser bem sucedidos, abrirão caminho para uma nova era em que satélites de baixo custo complementam a frota de satélites meteorológicos mais complexos.
Radiômetros precisam de uma antena goratória para que possam observar uma vasta faixa da superfície da Terra em vez de apenas uma linha estreita. Em todos os outros radiômetros de micro-ondas espaciais, não apenas a antena, mas também o próprio radiômetro gira cerca de 30 vezes por minuto.
Pesando cerca de 57,8 kg, o COWVR tem menos de um quinto da massa do radiômetro de micro-ondas usado pelos militares dos EUA para medir os ventos oceânicos, e menos de um terço de sua massa gira. Para evitar a necessidade de um mecanismo separado que transfira energia e dados das partes fixas para as móveis, Brown montou tudo o que tem para girar em uma espécie de toca-discos.
Ele e sua equipe permitiram outras inovações de design aumentando a complexidade do processamento de dados necessário para encontrar soluções de software para desafios de hardware. Por exemplo, a equipe substituiu uma parte do instrumento chamada “alvo quente”, usada para calibrar as medidas de polarização do radiômetro, com uma fonte de ruído que gera sinais polarizados conhecidos. Quando a calibração estiver completa, esses sinais conhecidos podem ser removidos como qualquer outro ruído em uma transmissão de dados.
Por sua vez, o TEMPEST é o resultado de décadas de investimento da Nasa em tecnologia para tornar a eletrônica espacial mais compacta. Em meados da década de 2010, a engenheira da JPL Sharmila Padmanabhan ponderou quais metas científicas poderiam ser alcançadas ao embalar um sensor compacto em um CubeSat — um tipo de satélite muito pequeno frequentemente usado para testar novos conceitos de design baratos.
“Nós dissemos: ‘Ei, se conseguirmos embalar um sensor compactamente dentro de um CubeSat, podemos obter medições de nuvens, convecção e precipitação ao longo do tempo'”, revelou Padmanabhan. Essas medidas forneceriam mais informações sobre como as tempestades crescem.
Força Espacial e Marinha dos EUA financiaram os equipamentos da Nasa
O design de Padmanabhan foi testado pela primeira vez no espaço de 2018 até junho passado. Esse CubeSat, conhecido como TEMPEST-D (“D” para “demonstração”), mediu vapor de água na atmosfera e capturou imagens de muitos furacões e tempestades importantes.
Segundo os criadores, o TEMPEST tem cerca do tamanho de uma grande caixa de cereal e pesa menos de 1,3 kg, com uma antena de cerca de 15 centímetros de diâmetro. O tamanho da antena dita que o TEMPEST pode observar melhor apenas os comprimentos de micro-ondas mais curtos sensíveis ao vapor de água — cerca de 10 vezes mais curtos do que os detectados pelo COWVR.
Uma antena menor “combina” melhor comprimentos de onda curtos, semelhante à forma como a coluna de ar curto de uma flauta é adequada para comprimentos de onda curtos de som (notas agudas), enquanto a coluna de ar longa de uma tuba é melhor para os comprimentos de onda longos de notas graves.
Os instrumentos foram financiados pela Força Espacial e Marinha dos EUA, mas usuários de outras agências, universidades e ramos militares também estão interessados. Esses cientistas já estão trabalhando em conceitos de missão que poderiam aproveitar as novas tecnologias de sensores de micro-ondas de baixo custo para estudar questões de longa data, como o modo com o qual o calor do oceano influi nos padrões climáticos globais.
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