Onder de naam COWVR en TEMPEST bewijst het duo dat kleinere, minder dure wetenschappelijke instrumenten een belangrijke rol kunnen spelen bij weersvoorspellingen. NASA heeft onlangs twee weerinstrumenten gebouwd om te testen of kleine, goedkope sensoren een deel van het werk van grotere, duurdere satellieten kunnen doen. Beide instrumenten hebben als proef de verwachtingen overtroffen en ze leveren al nuttige voorspellingsinformatie voor de meest verwoestende stormen, tropische stormen en cyclonen.
COWVR (kort voor Compact Ocean Wind Vector Radiometer) is eind 2021 gelanceerd in het internationale ruimtestation en meet de snelheid en richting van de wind aan het oceaanoppervlak, terwijl TEMPEST (Temporal Experiment for Storms and Tropical Systems) de waterdamp in de atmosfeer meet. Beide instrumenten maken deel uit van het Space Test Program-Houston 8 (STP-H8), een driejarige demonstratiemissie die wordt gefinancierd door de Amerikaanse ruimtemacht, die ook de bouw van COWVR heeft gefinancierd. TEMPEST werd door NASA gebouwd als reservevlucht voor een eerdere missie, en de Space Force heeft het opnieuw gebruikt voor STP-H8. Het Amerikaanse Joint Typhoon Warning Center gebruikt beelden van hun gegevens om de locatie en intensiteit van tropische cyclonen in de Indische en Stille Oceaan te volgen. COWVR- en TEMPEST-beelden behoorden tot de bronnen die een voorspeller van het tyfooncentrum in Pearl Harbor, Hawaï, gebruikte om de locatie vast te stellen van tropische cycloon Mandous, die in december 2022 de Golf van Bengalen bij Zuid-India op zijn kop zette.
Het Naval Research Laboratory (NRL) in Monterey, Californië, heeft samen met NASA de instrumenten gekalibreerd en de gegevens gevalideerd. Stormvoorspellers hebben de beelden uitgeprobeerd, geëvalueerd hoe ze de voorspellingen beïnvloeden en vergeleken met andere gegevensbronnen, aldus Brian Strahl, directeur van het centrum. Betrouwbare, regelmatig bijgewerkte informatie over de structuur en locatie van stormen, windsnelheid en vochtigheid is van cruciaal belang voor de missie van het centrum om tropische cyclonen te volgen tussen de oostkust van Afrika en de westkust van Amerika, een gebied dat uitgestrekte open oceanen omvat. "Het is een uitdaging om buiten het Amerikaanse vasteland - waar niet regelmatig weervliegtuigen vliegen - een goed beeld te krijgen van waar de stormen zich bevinden. "Elke nieuwe toevoeging van gegevens van goede kwaliteit, waarvan wij geloven dat deze dat zijn, kan zeer nuttig zijn."
Kleiner, minder duur
COWVR en TEMPEST meten beide microgolfemissies van de atmosfeer en het aardoppervlak. Gegevens van microgolfmetingen hebben een voordeel ten opzichte van die van infrarood of zichtbaar licht: Ze kunnen voorspellers een blik gunnen op de interne structuur van een tropische cycloon en hen helpen het oog te lokaliseren, zelfs als het door wolken wordt verduisterd. Het idee voor de missie ontstond tien jaar geleden toen het Amerikaanse ministerie van Defensie (DoD) begon na te denken over de volgende generatie instrumenten die sensoren zoals WindSat, een weerradiometer van het DoD die tot 2020 actief was, zouden kunnen vervangen.
COWVR bevat technologie en ontwerpen die in het Jet Propulsion Laboratory van NASA zijn ontwikkeld voor de Jason-serie oceaanobservatiesatellieten van het agentschap. Bij Jason moesten de ingenieurs corrigeren voor de aanwezigheid van atmosferische waterdamp bij het meten van de hoogte van het zeeoppervlak. Bij COWVR staan de waterdamp en de bewegingen ervan centraal. Grotere weerradiometers worden vaak gebouwd met draaiende schotels om een bredere dekking mogelijk te maken dan een instrument dat recht naar beneden wijst. COWVR gebruikt ook een draaiende schotel, maar de ingenieurs van het JPL zijn erin geslaagd het ontwerp van het instrument te vereenvoudigen, waardoor het energiezuiniger is geworden zonder afbreuk te doen aan zijn mogelijkheden.
Het instrument is ongeveer zo groot als een minikoelkast, weegt ongeveer 60 kilo en heeft ongeveer 47 watt nodig - ongeveer evenveel als een echte minikoelkast. Ter vergelijking: WindSat weegt 450 kilo en verbruikt 350 watt. Het ontwerp- en constructiebudget van COWVR bedroeg 24 miljoen dollar, ongeveer een vijfde van de kosten van WindSat. TEMPEST was een restant van NASA's 2018 TEMPEST-D missie. Hij is ongeveer zo groot als een cornflakesdoos, weegt ongeveer 4 kilo, trekt 6,5 watt vermogen en had een budget van minder dan 2 miljoen dollar. TEMPEST-D was een CubeSat-demonstratie onder leiding van onderzoekers van de Colorado State University, JPL en Blue Canyon Technologies.
"NASA ontwikkelde deze instrumenten om compact en eenvoudig te zijn, zonder veel bewegende delen, en met behulp van technologie die in de loop van de decennia volwassen is geworden," zei Shannon Brown, hoofdonderzoeker voor COWVR bij JPL. "We zien nu dat dergelijke instrumenten even goed kunnen presteren als de duurdere operationele sensoren." Los van STP-H8 onderzoekt NASA ook het gebruik van gegevens van COWVR en TEMPEST, en van kleine satellieten zoals deze, voor haar eigen missies in verband met het weer.
Gegevens van de COWVR- en TEMPEST-instrumenten aan boord van het internationale ruimtestation werden gebruikt om dit beeld
van de tropische cycloon Mandous te maken, dat voorspellers gebruikten om inzicht te krijgen in de intensiteit
van de storm van december 2022 en zijn pad naar Zuid-India te voorspellen.
Foto: U.S. Joint Typhoon Warning Center/U.S. Naval Research Laboratory
Wat is de volgende stap?
Het Naval Research Laboratory heeft gegevens van COWVR en TEMPEST naar het Amerikaanse National Hurricane Center gestuurd, waar de voorspellers zijn begonnen met de evaluatie ervan. En het Joint Typhoon Warning Center is van plan de gegevens van COWVR over windsnelheid en -richting aan de oppervlakte - en niet alleen de beelden - nader te bestuderen om te zien of de voorspellingen voor tropische cyclonen daardoor kunnen worden verbeterd. Het Naval Research Laboratory blijft ook ruwe gegevens van COWVR en TEMPEST evalueren voor gebruik in de wereldwijde numerieke weermodellen van de Amerikaanse marine. "Dit zijn essentiële inspanningen achter de schermen die ons in staat stellen de metingen van deze nieuwe instrumenten met vertrouwen te gebruiken", aldus Steve Swadley, NRL's leider voor kalibratie en validatie van gegevens van microgolfsensoren in de ruimte. "Tot nu toe ziet het er echt heel goed uit, dus dat is spannend."
Bron: NASA
