COSMIC의 작동 원리

GPS (Global Positioning System) 장치가 도로 나 인도에 있다고 확신 할 때 때때로 건물 중앙에 배치되는 이유가 궁금하십니까? 실망 스럽지만 그래도 문제는 GPS 네트워크 자체의 정확성이 아닙니다 (GPS 위성의 위치는 매우 정확하게 알려져 있음). 문제는 주변 대기로 인한 GPS 신호 왜곡으로 인해 발생합니다. 대기 중 온도, 압력 및 습도는 물론 대기 상층부의 전기적 변화까지 모두 GPS 신호가 사용자의 위치에 도달 할 때까지 누적 된 영향을 미칩니다.

악을 미덕으로 바꾸는 COSMIC 은 GPS 신호의 왜곡을 듣고 일기 예보를 개선하고 기후 변화를 예측하며 지구의 변화하는 자기를 모니터링하는 데 사용할 수있는 정보를 계산하는 미국과 대만의 획기적인 공동 프로젝트 입니다.

1960 년대에 화성에 대한 Mariner IV 임무를 위해 개발 된 개념을 사용하고 1990 년대 후반에 예비 개념 증명 실험 (Global Positioning System / Meteorology 또는 GPS / MET)의 성공을 기반으로 Colo. Boulder에있는 Atmospheric Research (UCAR)와 대만의 NSPO (National Space Organization)는 2001 년에보다 강력한 실험 프로그램을 개발하기로 합의했습니다. 공식 명칭은 포모사 위성 미션 # 3 / 기상, 전리권 및 기후를위한 별자리 관측 시스템 (FORMOSAT-3 / COSMIC)이지만 일반적으로 미국에서는 간단히 COSMIC라고합니다. NSPO는 프로젝트를위한 1 억 달러 자금의 80 %를 제공하고 있으며 나머지는 UCAR 및 기타 미국 기관이 제공합니다 [출처 : Henson ].

아마도 COSMIC의 이름보다 더 흥미로운 것은 그것이 제안하는 것입니다. 5 년 동안의 임무는 기상학을 재정의하고 기존 기후 모델을 개선하는 데 필요한 정확한 기후 데이터 아카이브를 구축하는 데 필요한 기본 과학을 제공하는 데 많은 자원이 필요하지 않음을 보여주는 것입니다. 이것은 차례로 우리에게 기후 변화에 대해 많은 것을 가르쳐 줄 것입니다.

궁극적으로 COSMIC의 관측을 통해 허리케인 , 가뭄, 기타 주요 자연 재해 및 뇌우까지 훨씬 더 정확하게 예측할 수 있습니다.

다음으로 COSMIC을 구성하는 다양한 구성 요소를 살펴 보겠습니다.

내용

1. COSMIC 구성 요소
2. 우주 과학
3. COSMIC 도구
4. COSMIC의 미래

COSMIC은 위성 네트워크 , 지상국 및 데이터 센터로 구성됩니다.

위성

2006 년 4 월 14 일 단일 미노타우로스 로켓으로 발사 된 6 개의 원통형 COSMIC 마이크로 위성 "별자리"가 작동 고도와 위치에 도달하는 데 1 ~ 2 년이 걸렸습니다 [출처 : COSMIC 웹 사이트 , Fong ]. 각 위성의 무게는 약 110 파운드 (70 킬로그램)이고 너비는 약 46 인치 (116 센티미터), 높이는 7 인치 (18 센티미터)이며, 각 위성에는 동일한 3 개의 장비 세트가 탑재되어 있습니다. 우리는 그 계기들과 그들이하는 일을 조금 후에 다룰 것이지만, 일반적으로이 인공위성은 매일 대기 전체를 ​​세밀하게 측정합니다.

COSMIC 위성은 극 궤도에 있습니다. 즉, 행성 주위를 이동할 때마다 두 극을 통과합니다. 경도가 30 도로 분리되고 행성 위 약 800km에서 작동하는이 위성은 함께 가능한 한 자주 지구의 전체 표면을 덮도록 최적화 되어 있습니다 [출처 : Anthes ].

임무 접근 방식이 새롭고 6 개의 위성으로 제한되기 때문에 때때로 기술적 인 문제가 발생합니다. 한 번에 여러 위성이 저전력 또는 기타 기술적 인 문제를 겪고있어 기능과 탑재 된 계측기가 수행 할 수있는 관측 횟수가 제한됩니다. 위성의 예상 수명은 5 년입니다 [출처 : Fong ].

지상국

위성에서 전송 된 데이터 는 알래스카, 버지니아, 노르웨이 및 남극 대륙의 지상국 에서 수집되며 대부분의 다운로드는 알래스카와 노르웨이에서 이루어집니다 [출처 : Hunt ]. 그런 다음 이러한 지상국은 정보를 데이터 센터에 전달합니다. 대만에 위치한 MMC (Multi-Mission Center)는 위성 자체의 이동을 제어합니다 [출처 : Schreiner ].

데이터 센터

지상국에서 수신 한 데이터 는 대만과 Boulder 의 데이터 센터 로 전달됩니다 . 미국에서는 데이터 센터를 COSMIC 데이터 분석 및 아카이브 센터 (CDAAC)라고하며 10 명의 직원이 미션 데이터를 처리하고 과학 커뮤니티에 배포합니다.

그러나 실제로 수집되는 데이터는 무엇이며 어떻게 수행됩니까? 다음 페이지에서는 각 COSMIC 위성에 무엇이 있는지 설명합니다.

COSMIC의 기본 원리를 탐구하기 전에 우리 대부분이 학교에서 배웠지 만 잊었을 수도있는 지구의 대기 에 대한 몇 가지 세부 사항을 아는 것이 도움이됩니다 . 분위기는 다층 생일 케이크와 크게 다르지 않으며, 각 층이 다음 층 위에 놓여 있습니다. 단, 대기 중 공기를 흡입해도 복통이 자주 발생하지 않습니다. 또한 대기 층 사이의 구분선은 크림 같은 초콜릿 프로스팅 층만큼 잘 정의되어 있지 않습니다. 대기의 가장 낮은 수준을 대류권 이라고합니다 . 그것은 우리가 매일 호흡하는 공기로 구성되어 있으며 날씨와 관련된 대부분의 이벤트가 발생하는 곳입니다. 이 층은 지상에서 지구 표면 위로 약 10km (6.2 마일)까지 올라갑니다.

그 위에는 성층권 이 있으며,이 성층권 은 지구 위 약 10 ~ 30km (6.2 ~ 20 마일)에서 뻗어 있습니다. 원래는 매우 안정된 것으로 여겨졌 고, 성층권의 공기 온난화 또는 냉각은 이제 대류권의 날씨 패턴에 상당한 변화를 일으키는 것으로 알려져 있으며,이 지역을 연구 할 가치가있는 매우 가치있는 주제로 만들고 있습니다 [출처 : Yalda ].

우리가 마지막으로 알아야 할 것은 전리층 입니다. 전리층 은 지구에서 약 80km (50 마일)에서 시작하는 상층 대기의 이온화되거나 하전 된 입자로 구성됩니다. 이 고도에서 강렬한 태양 복사는 공기 중의 분자에서 전자를 제거하여 대기를 전기로 만듭니다 [출처 : UCAR ]. 오로라 보레 알리스를 본 적이 있다면 전리층이 작동하는 것을 보셨을 것입니다.

이제 COSMIC이 무엇을보고 있는지 더 잘 이해 했으므로 최상의보기를 얻기 위해 사용하는 도구를 살펴 보겠습니다.

우주 날씨

전리층을 연구하는 COSMIC의 TIP 및 TBB 기기는 "우주 날씨 "에 대한 더 나은 이해와 지식에 중요한 정보를 제공합니다 . 우주 기상 은 태양 플레어가 지구 자기장을 치고 전리층을 충전 할 때 일어나는 일입니다. 이로 인해 경외심을 불러 일으키는 오로라 보레 알리스와 같은 평화로운 현상이 발생하며, 이는 종종 지구의 극북 위도에서 볼 수 있습니다. 그러나 그것은 또한 인공위성을 파괴하고 지구상의 전기기구를 무력화시키고 잠재적으로 우주 비행사에게 해를 끼치는 것으로 알려진 폭력적인 태양 플레어를 일으킬 수 있습니다. 전리층에 대해 가능한 한 많이 알면 이러한 폭풍을 예측하고 그로 인한 피해를 예방하거나 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

COSMIC의 더 흥미로운 측면 중 하나는 이미 존재 하는 기존 GPS 신호를 사용 하여 지상 약 1km 이상에서 대기 상태에 대한 정보를 수집 하는 방식입니다 [출처 : Schreiner ]. 그것의 사용 라디오 엄폐 (RO) 수신기 가 통과 시작으로, 위성은 GPS 신호를 감지 지구의 분위기. COSMIC 위성 은 GPS 위성이 실제로 어디에 있는지 정확히 알고 있기 때문에 대기로 인한 왜곡 또는 굴절을 사용하여 지상의 특정 지점에 대한 온도, 기압, 습도 및 전자 밀도를 계산할 수 있습니다.

이 데이터를 사용하는 각 관측은지면의 특정 지점에 대한 "수직 프로파일"이됩니다. 이러한 관측은 하루에 최대 2,500 회까지 이루어지며 시간이 지남에 따라 대기에 대한 상세한 3 차원 그림을 생성합니다.

COSMIC의 온보드 TIP (Tiny Ionospheric Photometer) 는 이전보다 더 정밀하게 지구의 전리층을 매핑합니다. 그것은 작을 수도 있지만, 그것은 또한 원 자외선 135.6- 나노 미터 파장에서 전리층을 지속적으로 관찰 할 수있게합니다.

RO 수신기가 수직적 성격의 데이터를 제공하는 반면 (지상에서 대기를 3 차원으로 측정) TIP 기기는 전리층을 수평 또는 2 차원으로 매핑합니다 [출처 : Dymond ]. TIP는 태양 자외선 복사에 의한 간섭으로 인해 야간에만 작동합니다 [출처 : Anthes ].

또한 전리층을 매핑하지만 수평 및 수직 데이터를 모두 제공하는 것이 TBB (Tri-Band Beacon) 입니다. TBB는 위성에서 수신 스테이션으로 직접 신호를 방출하여 전리층의 전자 밀도를 결정합니다. 제한된 수의 수신 국이 동아시아와 북남미에서 극 궤도의 남북 축을 따라 설치되었습니다 [출처 : Anthes ].

TBB는 통과하는 수신 스테이션과 함께 작동하고 보드에있는 다른 두 기기의 전자 밀도 데이터를 사용하여 전리층의 상세한 3D 모델을 제공합니다 [출처 : Dymond , Bernhardt ].

6 개의 RO 수신기는 모든 위성이 작동 할 때 하루에 최대 2,500 개의 관측치를 수집합니다 [출처 : COSMIC 웹 사이트 ]. TIP 및 TBB는 지속적으로 스캔하며 지속적인 적용 범위를 제공합니다.

다음 페이지에서는 COSMIC에서 수집 한 데이터가 현재 사용되고있는 몇 가지 방법과이 프로그램의 미래가 어떻게 될지 살펴볼 것입니다.

COSMIC의 주요 임무는 무선 오컬트와 위성의 별자리를 사용하여 우리 대기에 대한 유용한 데이터를 제공한다는 것을 증명하는 것입니다 [출처 : Anthes ]. 이미 임무의 데이터는 열대성 폭풍을보다 정확하게 예측하는 데 사용되었습니다. 2006 년 대서양에서 열대성 폭풍 에르네스토가 형성되었습니다. 전통적인 날씨 예측 모델은 폭풍의 형성을 예측하지 못했지만 모델에 COSMIC 데이터를 추가하여 폭풍의 형성에 대한 예측은 실제로 관찰 된 것과 매우 유사했습니다 [출처 : Anthes ].

아마도 더 중요한 것은 그것이 우리가 기후 변화를 이해하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 일 것입니다. 앞에서 설명한 것처럼 무선 오컬트 측정은 대기의 수직 프로파일을 생성합니다. 이러한 측정은 해석 할 특정 기술에 의존하지 않기 때문에 장기 비교에 이상적입니다. 단점은 온도, 압력 및 습도의 다양한 영향을 분리하는 데 어려움이 있다는 점으로 인해 일부 데이터가 기후 연구를 위해 8km (5 마일) 미만과 25km (15 마일) 이상에서 유용하지 못합니다 [출처 : Anthes ].

기본적으로 COSMIC은 아이디어 단계를 넘어 개념을 취하고이 기술이 유용한 결과를 제공 할 수 있음을 보여줍니다. UCAR은 과학자들이 정보를 공유하고 데이터가 무엇에 사용될 수 있는지에 대해 더 많이 배울 수 있도록 연례 워크숍을 조직합니다. 기술과 방법은 새로운 것이 아니지만 실제로 이러한 종류의 데이터를 대규모로 사용할 수 있습니다.

COSMIC의 두 데이터 센터는 국제 과학 커뮤니티에 정보 (무료)를 제공 할 책임이 있습니다. 2010 년 4 월 현재 54 개국에서 1,100 명이 넘는 사용자가 있습니다 [출처 : Schreiner ]. 과학자들은이 데이터를 사용하여 연구를 개선하고 이러한 유형의 정보를 작업에 더 정확하게 통합하는 방법을 배웁니다.

데이터를 사용하고 싶은 대기 연구가 있습니까? 등록은 CDAAC 웹 사이트에서 무료로 제공되지만 정보 사용 방법을 알려야합니다.

COSMIC은 2011 년까지 자금을 지원받으며 그 이후에도 계속 자금을 지원할 수 있습니다 [출처 : Schreiner ]. 임무가 완료되면 무엇을 대체 할 것인지는 확실하지 않습니다. UCAR과 NSPO는 둘 다 동일한 작업을 수행하는 위성이 2 ~ 4 배 더 많은 지속적인 프로그램에 대한 지원을 받기를 희망하지만 단 6 개의 위성으로 가능한 것보다 훨씬 더 완전한 커버리지를 제공 합니다. 이러한 희망이 실현되면 날씨 예측이 너무 정확 해져서 사람들이 농담 할 지역 예보 외에 무언가를 찾아야 할 수도 있습니다.

위성, 날씨 예측 등에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 참조하십시오.

COSMIC 타임 라인

1965-화성 연구에 처음으로 사용 된 라디오 오컬 레이션 (RO)

1988-이 방법을 사용하여 지구 대기를 연구하는 첫 번째 제안

1995-1997-MicroLab-1이 지구에 첫 번째 RO 임무를 제공

2001-FORMOSAT-3 / COSMIC 프로그램 시작

2006-COSMIC 위성 발사

2011 년-COSMIC 프로그램 종료

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출처