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 QuikSCAT のアーティスト構想 | |
| ミッションタイプ | 地球観測 |
|---|---|
| オペレーター | NASA /ジェット推進研究所 |
| コスパーID | 1999-034A |
| SATCAT番号 | 25789 |
| Webサイト | Winds.jpl.nasa.gov/missions/quikscat/ |
| ミッション期間 | 10年4か月（達成） 25年5か月14日（軌道上） |
| 宇宙船の特性 | |
| メーカー | ボールエアロスペース |
| 打ち上げ質量 | 970キログラム（2,140ポンド） |
| 力 | 874ワット |
| ミッション開始 | |
| 発売日 | 1999年6月19日 02:15:00 UTC |
| ロケット | タイタンII(23)G |
| 発射場 | ヴァンデンバーグ SLC-4W |
| ミッション終了 | |
| 無効化 | 2009年11月23日 |
| 軌道パラメータ | |
| 参照システム | 地球中心 |
| 政権 | 太陽同期 |
| 半長軸 | 7,180.8キロメートル（4,461.9マイル） |
| 偏心 | 0.0001431 |
| 近地点高度 | 807.9キロメートル（502.0マイル） |
| 遠地点高度 | 809.8キロメートル（503.2マイル） |
| 傾斜 | 98.6175度 |
| 期間 | 100.93分 |
| ラーン | 101.8215度 |
| 近地点の引数 | 71.6425度 |
| 平均異常 | 308.4160度 |
| 平均運動 | 14.27019630 |
| 繰り返し間隔 | ≈4日間（57周） |
| エポック | 2013 年 9 月 30 日、12:15:56 UTC |
| 革命No. | 74382 |
| メイン散乱計 | |
| 名前 | シーウィンズ |
| 解決 | 公称 25 km 標準 (5 km および 12.5 km 特別[説明が必要] ) |
NASA QuikSCAT ( Quick Scatterometer ) は、SeaWinds散乱計を搭載した地球観測衛星でした。その主な使命は、水波への 影響を通じて、氷のない世界の海洋上の表面風速と風向を測定することでした。QuikSCAT による観測は幅広い用途があり、気候学的研究、天気予報、気象学、海洋学研究、海洋安全、商業漁業、巨大氷山の追跡、陸氷と海氷の研究などに貢献しました。この SeaWinds 散乱計は、ADEOS -2衛星 に搭載されたほぼ同一の SeaWinds 散乱計と区別するために、QuikSCAT 散乱計と呼ばれています。
ミッションの説明
QuikSCAT は、当初 3 年間のミッション要件で 1999 年 6 月 19 日に打ち上げられました。QuikSCAT は、 NASA散乱計 (NSCAT) に代わる「迅速な回復」ミッションでした。NSCAT は、1997 年 6 月にわずか 9.5 か月の運用で早期に故障しました。しかし、QuikSCAT はこれらの設計上の期待をはるかに上回り、10 年以上にわたって運用を続けましたが、2009 年 11 月 23 日にアンテナ モーターのベアリング故障により、QuikSCAT の有用な地表風情報を決定する機能が停止しました。QuikSCAT の地質物理学的データ記録は、1999 年 7 月 19 日から 2009 年 11 月 21 日までです。この日以降、皿は回転できませんでしたが、レーダー機能は完全にそのままでした。2018 年 10 月 2 日に完全なミッションが終了するまで、このモードで運用が継続されました。このモードでのミッションのデータは、他の Ku バンド散乱計を相互較正することにより、他の衛星地表風データセットの精度を向上させるために使用されました。
QuikSCATは、NSCAT などのファンビーム散乱計で発生するような天底ギャップなしで、衛星の地上軌道を中心とした 1,800 km 幅の測定帯で風を測定しました。測定帯が広く、測定帯内にギャップがないため、QuikSCAT は毎日、世界の海洋の 93% で少なくとも 1 つのベクトル風測定を収集できました。これは、NSCAT の 77% のカバー率を大幅に上回るものです。QuikSCAT は毎日、風速と風向の測定値を 400,000 回以上記録しました。これは、船舶やブイから日常的に収集される表面風の測定値の数百倍に相当します。
QuikSCAT は、海面上 10 メートルを基準とした風速と風向の測定値を 25 km の空間解像度で提供しました。海岸線から 15～30 km 以内、または海氷がある場合は風の情報を取得できません。降水により風の測定精度は一般的に低下しますが[1]、中緯度および熱帯低気圧では、監視目的で有用な風と雨の情報を得ることができます[2] 。海洋上の表面風の測定に加えて、QuikSCAT などの散乱計は、海氷の部分的な覆いに関する情報を提供したり、大きな氷山 (長さ 5 km 以上) を追跡したり、氷と雪の種類を区別したり、極地の凍結融解線を検出したりすることもできます。
回転パラボラアンテナは設計どおりに回転できなくなりましたが、機器の残りの部分は機能し続け、データ伝送機能もそのまま残っています。ただし、地表ベクトル風を判定することはできません。ただし、固定方位角でのレーダー後方散乱を測定することはできます。QuikSCAT は、この縮小モードで他の散乱計を相互較正するために使用され、複数の軌道上散乱計プラットフォームにわたって長期的で一貫した地表風データセットを提供することが期待されています。これには、MetOp-AおよびMetOp-Bで運用されている欧州気象衛星開発機構 (EUMETSAT) の先進散乱計 (ASCAT) 、インド宇宙研究機関 (ISRO)が運用するインドのOceansat-2散乱計、中国国家衛星海洋応用サービスが運用する中国の HaiYang-2A (HY-2A) 散乱計、および開発中の将来の NASA 散乱計ミッションが含まれます。 2011 年に NASA の上級審査委員会は、これらの修正された目的を伴う QuikSCAT ミッションの 2018 年までの継続を承認しました。QuikSCAT は 2018 年 10 月 2 日に完全に廃止されたと宣言されました。
機器の説明
SeaWinds は、円形パターンで掃引する 2 つのスポット ビームを備えた回転皿アンテナを使用しました。アンテナは、円形パターンで掃引する 2 つのスポット ビームを生成する直径 1 メートルの回転皿で構成されています。[3] 189 Hz のパルス繰り返し周波数 (PRF) で 110 W のマイクロ波パルスを放射します。QuikSCAT は、マイクロ波周波数のKu バンドである 13.4 GHz の周波数で動作します。この周波数では、大気は降雨のない雲やエアロゾルに対してほとんど透明ですが、雨は信号に大きな変化をもたらします。[4]
宇宙船は太陽同期軌道上にあり、上昇帯の赤道横断時間はおよそ 06:00 LST ±30 分です。赤道に沿って、連続帯は 2,800 km 間隔で区切られています。QuikSCAT は高度 802 km、速度約 7 km/秒で地球を周回します。
測定の説明
風速測定精度
測定原理
QuikSCAT などの散乱計は、低出力のマイクロ波パルスを放射し、風で荒れた海面から受信アンテナに反射される電力を測定します。風によって海面に生じる重力波と表面張力波は、主にブラッグ共鳴条件によって散乱計レーダーから放射される電力を反射または後方散乱します。これらの波の波長はおよそ 1 cm で、通常は局所的な表面風と平衡状態にあります。水面上では、マイクロ波の後方散乱は表面風速と風向と高い相関関係にあります。表面波の特定の波長は、散乱計レーダーから放射されるマイクロ波の波長によって決まります。
QuikSCAT は、レーダー後方散乱断面積 (σ 0と表記)の測定に基づいて海面の粗さから表面風を推測するアクティブ マイクロ波レーダーで構成されています。σ 0 は、アンテナ方位、入射角、偏波、レーダー周波数に対する表面風速と風向によって変化します。QuikSCAT は、アンテナの回転ごとに方位角の全範囲をサンプリングする、デュアル ビームの円錐スキャン アンテナを使用します。後方散乱測定は、46° と 54° の固定入射角で取得され、異なる入射角で表面の各領域の最大 4 つのビューが提供されます。
QuikSCAT 測定の標準処理では、約 25 km の空間解像度が得られます。特別な処理により、12.5 km というより高い空間解像度も実現できますが、測定ノイズが大幅に増加します。5 km というさらに高い空間解像度も得られますが、限られた地域と特殊なケースに限られます。
σ 0観測値は、海面から 10 メートルの基準高度における風速と風向に合わせて調整されます。
建設と打ち上げ
1996年、NASA散乱計（NSCAT）が日本の地球観測衛星開発計画（ADEOS-1）に搭載されて打ち上げられた。この衛星は、世界中の海上の表面風を数年間記録するように設計された。しかし、1997年に予期せぬ故障が発生し、NSCATプロジェクトは早期に終了した。この短期間の成功したミッションの後、NASAは故障した衛星に代わる新しい衛星の建造を開始した。彼らは、2つの衛星間のデータのギャップを最小限に抑えるために、できるだけ早くその衛星を建造し、打ち上げの準備を整える計画を立てた。[5]わずか12か月で、クイック散乱計（QuikSCAT）衛星が建造され、打ち上げ準備が整い、1950年代以降のNASAのどのミッションよりも速かった。[6]
QuikSCATプロジェクトの当初の予算は、衛星本体、打ち上げロケット、科学ミッションの継続的サポートを含めて9,300万ドルでした。[7] 1998年11月にロケットの故障が相次ぎ、タイタン（ロケットファミリー）の打ち上げ艦隊が運行停止となり、QuikSCATの打ち上げが遅れ、この初期費用に500万ドルが追加されました。[7]
衛星には新しい機器、SeaWinds散乱計が搭載された。特殊なマイクロ波レーダーシステムであるSeaWinds機器は、海面近くの風の速度と方向の両方を測定する。2つのレーダーと回転アンテナを使用して、1日で世界の海洋の9割のデータを記録した。1日あたり約40万件の風の測定値を記録し、それぞれが幅1,800キロメートル（1,100マイル）の領域をカバーした。[6] ジェット推進研究所とNSCATチームは、ゴダード宇宙飛行センターで衛星の構築プロジェクトを共同で管理した。ボールエアロスペース＆テクノロジーズ社は、衛星を構築するための材料を供給した。
記録的な建設期間を経たこのプロジェクトに携わったエンジニアは、アメリカ電子工学功績賞を授与された。これは、この衛星のために特別に結ばれた新しいタイプの契約のおかげで達成された。契約を選択して開発を開始するのに通常1年かかるところ、1か月に制限されたのだ。[8]
新しく作られた衛星は、カリフォルニア州のヴァンデンバーグ空軍基地からタイタン IIロケットで打ち上げられる予定だった。ロケットは 1999 年 6 月 19 日午後 7 時 15 分(PDT)に打ち上げられた。打ち上げからおよそ 2 分 30 秒後、最初のエンジンが停止し、2 番目のエンジンが作動してバハ カリフォルニア半島上空を移動した。1 分後、ロケット上部のノーズ コーンが 2 つに分離した。16 秒後、ロケットは太陽から衛星を保護するために方向を変えられた。その後 48 分間、2 つの宇宙船は南極大陸上空を飛行し、その後マダガスカル上空を飛行し、ロケットは目標高度 500 マイル (800 km) に到達した。[9]
打ち上げから59分後、衛星はロケットから分離され、地球を周回する円軌道に投入された。その後まもなく、太陽電池パネルが展開され、太平洋夏時間午後8時32分にノルウェーの追跡局と衛星との接続が確立された。その後2週間、シャトルはエンジンからのバーストを利用して位置を微調整し、希望する動きに軌道を修正した。離陸から18日後の7月7日、散乱計が起動され、12名のチームがQuikSCATの機能について詳細なレビューを行った。軌道投入から1か月後、チームはチェックを完了し、QuikSCATは後方散乱測定の収集と送信を開始した。[9]
アプリケーション
天気予報
多くの運用中の数値気象予報センターは、2002年初頭にQuikSCATデータの同化を開始し、予備評価では肯定的な影響が示されました。 [10]米国国立環境予報センター（NCEP）と欧州中期予報センター（ECMWF）は、それぞれ2002年1月13日と2002年1月22日にQuikSCAT風の同化を開始し、先導しました。QuikSCAT地上風は、2000年にほぼリアルタイムで利用可能になって以来、米国国立ハリケーンセンターの分析と予報の重要なツールでした。 [11]
QuikSCATの風速場は、米国海洋予報センター[12]や米国国立気象局[10] [13]において、熱帯以外の地域の温帯低気圧や海洋気象の分析・予報のツールとしても使用されました。
データは、南極海や東部熱帯太平洋 など、観測データがほとんどなく、従来データが乏しい海洋地域を含む、氷のない世界の海洋のほとんどでリアルタイムに提供されました。
QuikSCAT観測データは、米国海洋大気庁/米国環境衛星データ情報サービス（NOAA/NESDIS ）によって、気象データ（BUFR）形式のバイナリユニバーサル形式で、準リアルタイム（NRT）でこれらの運用ユーザーに提供されます。[14]データ遅延の目標は3時間であり、ほぼすべてのデータは測定後3.5時間以内に利用可能になります。これらの要件を満たすために、QuikSCAT NRTデータ処理アルゴリズムは、最も細かいバックスキャッター測定値を、科学データアルゴリズムよりも少ない合成値に組み合わせます。それ以外は、QuikSCAT NRT処理アルゴリズムは科学データアルゴリズムと同じです。
海洋学
陸氷と海氷
気候変動
熱帯低気圧
国立ハリケーンセンターでの熱帯低気圧の運用分析と予報におけるQuikSCATの応用には、熱帯低気圧の中心の特定と位置特定、その強度の推定、風の半径の分析などが含まれます。[2] [11]散乱計は地表の風速を記録できるため、気象学者は低気圧が形成されているかどうかを判断し、構造と強度の突然の変化を予測する能力を高めることができます。
シーウィンズ観測装置が捉えた最初の熱帯低気圧は、西太平洋域の台風オルガであった。この台風は7月28日の発生から8月初旬の消滅まで衛星によって監視された。[15]
2007年、当時国立ハリケーンセンター所長だったビル・プロエンザは、公式メッセージの中で、QuikSCAT衛星の喪失はハリケーン予報の質に悪影響を及ぼすだろうと述べた。 [16]これは、限られた電力のために宇宙船が一時的に通常の科学観測を実行できないというバッテリー異常に続いて起こった。[17]彼は、QuikSCATの喪失後、3日間の予報の精度が約16％低下すると主張した。[18]この見解は未発表のデータに依存していたため、物議を醸した。[16]衛星はハリケーンの位置と強度の予報に役立つが、それだけではない。
2009 ベアリング故障
2009年半ば、アンテナの回転機構のベアリングが徐々に劣化していることが確認された。この劣化による摩擦によりアンテナの回転速度が遅くなり、QuikSCATで記録されたデータに欠落が生じていた。アンテナは最終的に2009年11月23日に故障した。[20]故障後、衛星はおそらくミッションを終了しており、今後は使用されないだろうと発表された。[19]衛星のセンサーは 、 UTC 0700頃に故障したことが確認された。この損失はリアルタイムスキャン機器のみに影響し、長期データ収集はそのままで動作可能だった。[18] NASAによると、故障は衛星の老朽化によるものだった。故障した機構は5年しか持たないように設計されていたが、想定使用期間の2倍にあたる約10年間動作し続けた。11月24日、NASAの管理者は衛星がどの程度広範囲に影響を受けたか、回転アンテナを再起動できるかどうかの評価を開始した。 QuikSCATが故障した場合にどう対処するかについての緊急時対応計画も検討された。[20]
この宇宙船の代替としてISS-RapidScatが2014年に打ち上げられた。[21]
参照
参考文献
- ^ Draper, David W.; Long, David G. (2004). 「海風散乱計測定における雨の影響の評価」Journal of Geophysical Research . 109 (C12): C02005. Bibcode :2004JGRC..109.2005D. doi : 10.1029/2002JC001741 .
- ^ ab Said, Faozi; Long, David G. (2011). 「QuikSCAT の超高解像度画像を使用した特定の熱帯低気圧特性の特定」. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing . 4 (4): 857–869. Bibcode :2011IJSTA...4..857S. doi :10.1109/JSTARS.2011.2138119. S2CID 15196436.
- ^ Spencer, MW; Wu, C.; Long, DG (2000). 「Sea Windsペンシルビーム散乱計による解像度向上した後方散乱測定」. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing . 38 (1): 89–104. Bibcode :2000ITGRS..38...89S. doi :10.1109/36.823904. S2CID 12770962.
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- ^ 「散乱測定 - 概要」。
外部リンク
- ジェット推進研究所の QuikSCAT ホームページ
- NOSA の QuikSCAT