超高層大気研究衛星

超高層大気研究衛星
ミッションタイプ	地球観測
オペレーター	米航空宇宙局（NASA）
コスパーID	1991-063B
SATCAT番号	21701
Webサイト	翻訳元
ミッション期間	14年3ヶ月
宇宙船の特性
バス	マルチミッションモジュラー宇宙船
メーカー	マーティン・マリエッタ
打ち上げ質量	6,540キログラム（14,420ポンド）
乾燥質量	5,900キログラム（13,000ポンド）
力	1600.0ワット
ミッション開始
発売日	1991 年 9 月 12 日、23:11:04 UTC
ロケット	スペースシャトルディスカバリー号 STS-48
発射場	ケネディ LC-39A
請負業者	米航空宇宙局（NASA）
ミッション終了
廃棄	廃止
無効化	2005年12月15日
減衰日	2011年9月24日
軌道パラメータ
参照システム	地球中心
政権	ローアース
半長軸	6,953.0キロメートル（4,320.4マイル）
偏心	0.0003645
近地点高度	574.0キロメートル（356.7マイル）
遠地点高度	575.0キロメートル（357.3マイル）
傾斜	56.97999954223633°
期間	95.9分
エポック	1991 年 9 月 14 日、20:00:00 UTC
楽器
	CLAES ; ISAMS ; MLS ; HALOE ; HRDI ; WINDII ; SUSIM ; SOLSTICE ; PEM ; ACRIM II

上層大気研究衛星( UARS )は、NASAが運用する軌道観測衛星であり、その使命は地球の大気、特に保護的なオゾン層を研究することであった。5,900 キログラム (13,000 ポンド) のこの衛星は、 1991 年 9 月 15 日のSTS-48ミッション中にスペースシャトルディスカバリーから展開された。この衛星は、運用高度 600 キロメートル (370 マイル)、軌道傾斜角 57 度で地球周回軌道に入った。

当初のミッション期間は3年間の予定だったが、数回延長された。予算削減により2005年6月にミッションが終了したが、衛星打ち上げから14年後、搭載されていた10個の機器のうち6個はまだ動作可能であった。^[2]最終的な軌道降下噴射は、衛星を軌道離脱させる準備として2005年12月初旬に実施された。2010年10月26日、国際宇宙ステーションはUARSとの合体に対応してデブリ回避操作を実施した。^[3]

運用を終了した衛星は2011年9月24日に大気圏に再突入した。NASAは衛星の相当部分が地面に落下し、居住地域を危険にさらす可能性があると予測していたため、この出来事はメディアの注目を集めた。しかし、衛星は最終的に太平洋の遠隔地に衝突した。 [ ^4]

楽器

化学研究

極低温リムアレイエタロン分光計 (CLAES)

CLAESは窒素と塩素化合物、オゾン、水蒸気、メタンの濃度と分布を測定する分光計でした。このプラットフォームはオゾン層を破壊する塩素化合物の初めての地球規模の地図を作成しました。^{[5]これは、各ガスの固有の}赤外線特性を測定することで大気中のガスの量を推測することで行われました。^[6]

微量ガスの比較的弱い特徴を大気中の背景放射と区別するために、CLAES は高い解像度と感度を備えていなければなりませんでした。これを実現するために、この装置は望遠鏡と赤外線分光計を組み合わせています。装置からの熱が測定値に影響しないように、装置全体は極低温で冷却されていました。極低温システムは、 -257 °C (-430 °F)の固体ネオンの内側タンクと、 -150 °C (-238 °F)の固体二酸化炭素の外側タンクで構成されていました。ネオンと二酸化炭素が蒸発すると、計画されていた 19 か月間、装置を低温に保ちました。^[6] 1993 年 5 月 5 日に最後の極低温物質が装置から蒸発し、装置が温まって耐用年数を終えました。

この装置は UARS プラットフォームから横を向いており、成層圏と下層中間圏を観察できるようになっています。CLAES は、成層圏における重要なオゾン層ガスの垂直分布と、その時間、季節、緯度、経度による変化を示す 19 か月分の地球規模のデータベースを作成しました。

改良型成層圏・中間圏サウンダ（ISAMS）

ISAMS は、宇宙船の両側にある地球の縁 (UARS から見た地平線) からの熱放射を測定する赤外線放射計です。圧力変調技術を使用して高いスペクトル分解能を実現し、革新的なスターリングサイクル冷却器を使用して高い検出器感度を実現しました。ISAMS は、CO ₂ (2 倍)、CO、CH ₄、N ₂ O、NO ₂、H ₂ Oの 6 種類のガスに対して 7 つのガスセルを使用します。CO ₂セルでは、オゾン (O ₃ )、硝酸 (HNO ₃ )、五酸化二窒素 (N ₂ O ₅ )も測定できます^[7]

ISAMS の具体的な目的は、(i)対流圏界面から中間圏界面までの気圧の関数としての大気温度を高い精度と空間分解能で測定し、その地域の構造とダイナミクスを研究すること、(ii) 中層大気の水蒸気の分布と変動を調査し、大気大循環におけるその役割と中層大気におけるその発生源と吸収源を特定すること、(iii) 窒素酸化物の地球規模の分布を測定し、成層圏オゾン層のオゾン量を制御する触媒サイクルにおけるその起源と役割を調査することであった。また、中層大気における火山性エアロゾルと極成層圏雲の広範な観測も行われた。この装置は 1991 年 9 月から 1992 年 7 月まで運用された。^[8]

マイクロ波リムサウンダ (MLS)

MLSは地球の周縁から自然に発生するマイクロ波熱放射を検出し、大気中のガス、温度、圧力、雲氷の垂直プロファイルを作成しました。MLSはUARSの軌道の角度から90°を向いています。^[9]

熱放射は3枚の鏡からなるアンテナシステムを通して機器に入ります。アンテナは65.5秒ごとに大気圏縁部を垂直面で機械的にスキャンします。スキャンは地表から90km（55マイル）までの高度範囲をカバーします。機器に入ると、アンテナからの信号は3つの信号に分割され、異なる放射計で処理されます。63GHz放射計は温度と圧力を測定します。183GHz放射計は水蒸気とオゾンを測定します。205GHz放射計はClO、オゾン、二酸化硫黄、硝酸、水蒸気を測定します。 ^[9]

2005 年 6 月時点では、63 GHz および 205 GHz の放射計は動作し続けていましたが、183 GHz の放射計は 19 か月の運用後に故障しました。

ハロゲン掩蔽実験 (HALOE)

HALOEは太陽掩蔽を利用して、地球の周縁部におけるオゾン（O ₃）、塩化水素（HCl）、フッ化水素（HF）、メタン（CH ₄）、水蒸気（H ₂ O）、一酸化窒素（NO）、二酸化窒素（NO ₂）、温度、エアロゾルの消散、エアロゾルの組成、および気圧に対するサイズ分布の同時鉛直プロファイルを測定します。測定は、地球の周縁部の1.6 km（0.99 mi）の広い視野にわたって、8つの異なる赤外線波長で行われます。^[10]

掩蔽中の太陽を追跡することで、大気の垂直スキャンが取得されました。このスキャンにより、大気中のガスによって吸収される太陽エネルギーの量が測定されます。

スキャンをサポートするために、この装置は 2 軸ジンバル上の光学ユニットと固定された電子ユニットの 2 つの部分で構成されています。光学ユニットには、太陽エネルギーを収集する望遠鏡とガス検出器が含まれています。電子ユニットは、データ、モーター制御、および装置の電力を処理します。

ダイナミクス

高解像度ドップラーイメージャー (HRDI)

HRDIは地球の縁の上空で分子状酸素の放出線と吸収線を観測し、その線のドップラーシフトを利用して水平風を決定し、線の形状と強度を利用して気温と大気の構成に関する情報を得ています。^[11]

この装置は、望遠鏡と、光学ベンチとサポート電子機器で構成される干渉計の 2 つの部分で構成されています。

望遠鏡は、視野全体にわたるドップラーシフトの変化によって結果が歪むのを防ぐために、狭い視野を使用しています。望遠鏡からの入力は、光ファイバーケーブルを介してプロセッサに送られます。

HRDIは1991年11月から2005年4月まで科学的な活動を実施した。^[11]

風画像干渉計 (WINDII)

WINDII 装置は、風、気温、大気光とオーロラの放射率を測定した。この装置は、探査機の運動角度から 45 度と 135 度の 2 つの異なる角度から地球の周縁部を観察した。これにより、装置は前回の測定から数分以内に、同じ空の領域を 2 つの角度から測定することができた。^[12]

この装置は、 CCDカメラに情報を送る干渉計で構成されています。2 つの望遠鏡 (45 度と 135 度) にはそれぞれ 1 メートルの長さのバッフルチューブが付いており、昼間の観測時に迷光が低減されます。望遠鏡からの入力は CCD 上で並んで配置されるため、両方のビューが同時に画像化されます。

エネルギー入力

太陽紫外線スペクトル放射照度モニター (SUSIM)

SUSIMは太陽からの紫外線（UV）放射を測定した。観測は真空中と大気圏による太陽の掩蔽の両方を通して行われた。これにより、地球に到達する紫外線の量と上層大気で吸収される量を比較することができた。 ^[13]

UV のエネルギーのため、機器の劣化は大きな問題です。この問題に対処するため、機器には 2 つの同一の分光計が搭載されています。1 つは UARS の軌道の昼間部分でほぼ継続的に使用され、2 つ目は 1 つ目の感度を確認するためにまれに使用されました。

太陽恒星放射照度比較実験 (SOLSTICE)

太陽恒星放射照度比較実験は、太陽放射を測定するために設計されました。この機器は、内部の基準ランプに対して較正する代わりに、宇宙船の運用寿命程度の間隔で理論的に非常に安定した放射を持つ明るい青い星を定期的に測定するという、新しい較正方法を採用しました。この機器の入力スリットは、ターゲットの明るさの大きな違いに対応するために、太陽モードまたは恒星モードに設定可能でした。恒星に加えて、SOLSTICE は、月や太陽系の他の物体など、機会のあるターゲットの測定も時々行いました。

アクティブキャビティ放射計放射照度モニター II (ACRIM2)

UARS衛星のACRIM2装置は、地球に到達する太陽放射エネルギーの総量である全太陽放射照度（TSI）を測定し、1980年に太陽活動極大期ミッション（SMM）のACRIM1実験によって開始された気候変動データベースを継続しました。 ^[14] ACRIM1実験の結果は、TSIの固有の変動と太陽の磁気活動現象との関係に関する最初の発見をもたらしました。^[15] ACRIM実験は、2分間の観測周期から現在までのTSI記録の数十年に及ぶ長さまで、事実上すべての時間スケールでTSIの変動が発生することを確認しました。^[16] TSIとその経時的変動に関する正確な知識は、気候変動を理解するために不可欠です。最近の研究結果によると、産業革命時の地球温暖化における固有のTSI変動の役割（最大50％）は、これまでの全球循環モデル（GCM）の予測よりもはるかに大きいことが示されています。^[17]自然および人為的要因の相対的な気候変動への影響を理解することは社会学的および経済的に非常に重要な意味を持つため、気候変動研究の重要な要素であるTSIデータベースを近い将来まで注意深く維持することが不可欠です。UARS/ACRIM2実験は、長期TSIデータベースを提供する上で重要な役割を果たしました。

ミッションの終了と再突入

軌道降下燃焼

UARSは2005年12月14日に廃止された。最後の近地点降下燃焼により、軌道は518 km x 381 kmに低下した。その後、衛星システムの不活性化が行われた。 ^[18]

2010年10月26日、国際宇宙ステーションはUARSとの合体に対応してデブリ回避操作を実行した。^[3]

再突入

2011年9月7日、NASAはUARSが制御不能な再突入に陥る可能性を発表し、一般市民に小さな危険が及ぶ可能性があると指摘した。^[19] 2011年9月23日までに、 UARSの軌道は175×185km（109×115マイル）に縮小した。26個の破片が再突入を生き延びて表面に衝突すると予想され、そのうち最大の破片の質量は158.30kg（348.99ポンド）と推定され、秒速44メートル（140フィート/秒）（時速98マイル、160キロメートル）の速度で表面に到達する可能性がある。^[20]より小さな破片は最大秒速107メートル（350フィート/秒）（時速240マイル、390キロメートル）で表面に衝突すると予想された。^[21]

2011年9月24日7時46分（UTC）、NASAはUARSウェブサイトで最新の声明を発表し、「カリフォルニア州ヴァンデンバーグ空軍基地の統合宇宙作戦センターは、衛星が太平洋上空の大気圏に突入したと発表した」と述べた。当初、正確な再突入の時間と場所は明らかにされていなかった。^[22]^[23] NASAジョンソン宇宙センターの主任軌道デブリ科学者であるニコラス・ジョンソンは、「デブリフィールドがどこにあるかは分からない...おそらく永遠に分からないだろう」と述べた。^[24] しかし、統合宇宙作戦センターは後に、再突入は9月24日4時（UTC）、14°06′S 170°06′W / 14.1°S 170.1°W / -14.1; -170.1 、アメリカ領サモアのすぐ下流で発生したと発表した。 NASAによれば、衛星の破片の範囲は、この位置の概ね北東、300マイルから800マイル（480kmから1,300km）の地点まで広がると予想されている。^[4]

参考文献

^ 「NASA - NSSDCA - 宇宙船 - 軌道の詳細」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2018年5月1日閲覧。
^ W. Henry Lambright、2005年。NASAと環境：オゾン層の破壊の事例、「UARS論争」p43f。
^ ab Orbital Debris Quarterly News (PDF) (レポート). Vol. 15. NASA Orbital Debris Program Office . 2011年7月. p. 2. 2011年10月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年9月22日閲覧。
^ ab 「最終更新: NASA の UARS が地球の大気圏に再突入」。2011年9 月 27 日閲覧。
^ Schoeberl, Mark R.; Douglass, Anne R .; Jackman, Charles H. (1994 年 9 月 30 日). Wang, Jinxue; Hays, Paul B (編). 「UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) ミッションの概要とハイライト」.大気および宇宙研究のための光学分光技術と計測機器. 2266.国際光学およびフォトニクス協会: 254–265. Bibcode :1994SPIE.2266..254S. doi :10.1117/12.187563. S2CID 129926077.
^ ab 「CLAESミッション」。ロッキード・マーティン宇宙物理学研究所。2009年1月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。
^ 「改良型成層圏・中間圏サウンダー（ISAMS）」。英国大気データセンター。2011年7月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月22日閲覧。
^ 「改良型成層圏・中間圏サウンダ（ISAMS）レベル2データ」英国大気データセンター（BADC）。2011年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年9月10日閲覧。
^ ab 「UARS MLS計器：マイクロ波リムサウンダ（MLS）」。NASA/JPL。1997年3月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。
^ 「ハロゲン掩蔽実験 (HALOE)」NASAラングレー研究センター。 2011年9月10日閲覧。
^ ab 「高解像度ドップラーイメージャー」。2011年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。
^ 「WINDII - 風画像干渉計」。ヨーク大学太陽地球物理学研究所。2007年6月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。
^ 「SUSIM UARS: 太陽紫外線のスペクトル組成を測定する進行中の衛星実験」海軍研究所EOハルバート宇宙研究センター。2018年10月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。
^ 「Total Solar Irradiance (TSI) Monitoring」ジェット推進研究所、2005年。 2011年9月2日閲覧。
^ ウィルソン、RC、S. ガルキス、M ヤンセン、HS ハドソン、GA チャップマン、「太陽放射照度変動の観測」、サイエンス、v. 211、1981 年。
^ ウィルソン、RC、ハドソン、HS、「太陽の完全な太陽周期にわたる光度」、ネイチャー、v. 351、pp. 42-44、1991
^ Scafetta, N.、West, BJ、「1900～2000年の地球表面温暖化に対する現象論的太陽活動の寄与」、Geophys. Res. Lett.、V. 33、2006年
^ ヒューズ、ジョン、マリウス、ジュリオ L、モントロ、マヌエル、パテル、メフル、ブラッドワース、デイビッド (2006)。ミッション終了時の作戦の開発と実行 UARS および ERBS ミッション終了時の計画に関するケーススタディ(PDF) (レポート)。
^ David, Leonard (2011年9月7日). 「NASAによると、巨大な機能停止した衛星が間もなく地球に衝突する」. Space.com . 2011年9月10日閲覧。
^ 「軌道デブリ ORSAT」. NASA 。2011 年9 月 17 日に取得。
^ NASA 上層大気研究衛星 (UARS) の再突入とリスク評価(PDF) (レポート)。NASA 軌道デブリプログラムオフィス。2011 年 9 月 9 日。2011年9 月 22 日閲覧。
^ Joel Achenbach (2011年9月24日). 「NASA: 衛星の破片が地球に衝突」ワシントンポスト. 2011年9月24日閲覧。
^ 「軌道上および再突入デブリ研究センター」。The Aerospace Corporation。2011年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年9月24日閲覧。
^ 「UARS: いつ、どこでダウンしたのか?」。エイドリアン・ウェスト。Universe today。2011年9月24日。 2011年9月25日閲覧。

さらに読む

ゴダード宇宙飛行センター (1987)。UARS プロジェクトデータブック: UARS 機器(PDF) (レポート)。NASA。pp. 4-1–4-63。2012年 4 月 2 日時点のオリジナル(.PDF)からアーカイブ。2011 年9 月 22 日閲覧。

外部リンク

UARS プロジェクトサイエンスオフィスページ
NASA地球科学からのUARS概要
HALOE データの表示とダウンロード

[1] 「NASA - NSSDCA - 宇宙船 - 軌道の詳細」nssdc.gsfc.nasa.gov . 2018年5月1日閲覧。

[2] W. Henry Lambright、2005年。NASAと環境：オゾン層の破壊の事例、「UARS論争」p43f。

[Debris-2011-3] Orbital Debris Quarterly News (PDF) (レポート). Vol. 15. NASA Orbital Debris Program Office . 2011年7月. p. 2. 2011年10月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年9月22日閲覧。

[finalupdate-4] 「最終更新: NASA の UARS が地球の大気圏に再突入」。2011年9 月 27 日閲覧。

[5] Schoeberl, Mark R.; Douglass, Anne R .; Jackman, Charles H. (1994 年 9 月 30 日). Wang, Jinxue; Hays, Paul B (編). 「UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) ミッションの概要とハイライト」.大気および宇宙研究のための光学分光技術と計測機器. 2266.国際光学およびフォトニクス協会: 254–265. Bibcode :1994SPIE.2266..254S. doi :10.1117/12.187563. S2CID 129926077.

[spasci-claes-6] 「CLAESミッション」。ロッキード・マーティン宇宙物理学研究所。2009年1月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。

[7] 「改良型成層圏・中間圏サウンダー（ISAMS）」。英国大気データセンター。2011年7月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月22日閲覧。

[8] 「改良型成層圏・中間圏サウンダ（ISAMS）レベル2データ」英国大気データセンター（BADC）。2011年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年9月10日閲覧。

[MLS-9] 「UARS MLS計器：マイクロ波リムサウンダ（MLS）」。NASA/JPL。1997年3月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。

[10] 「ハロゲン掩蔽実験 (HALOE)」NASAラングレー研究センター。 2011年9月10日閲覧。

[HRDI-11] 「高解像度ドップラーイメージャー」。2011年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。

[12] 「WINDII - 風画像干渉計」。ヨーク大学太陽地球物理学研究所。2007年6月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。

[13] 「SUSIM UARS: 太陽紫外線のスペクトル組成を測定する進行中の衛星実験」海軍研究所EOハルバート宇宙研究センター。2018年10月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月10日閲覧。

[14] 「Total Solar Irradiance (TSI) Monitoring」ジェット推進研究所、2005年。 2011年9月2日閲覧。

[15] ウィルソン、RC、S. ガルキス、M ヤンセン、HS ハドソン、GA チャップマン、「太陽放射照度変動の観測」、サイエンス、v. 211、1981 年。

[16] ウィルソン、RC、ハドソン、HS、「太陽の完全な太陽周期にわたる光度」、ネイチャー、v. 351、pp. 42-44、1991

[17] Scafetta, N.、West, BJ、「1900～2000年の地球表面温暖化に対する現象論的太陽活動の寄与」、Geophys. Res. Lett.、V. 33、2006年

[hughes2006development-18] ヒューズ、ジョン、マリウス、ジュリオ L、モントロ、マヌエル、パテル、メフル、ブラッドワース、デイビッド (2006)。ミッション終了時の作戦の開発と実行 UARS および ERBS ミッション終了時の計画に関するケーススタディ(PDF) (レポート)。

[19] David, Leonard (2011年9月7日). 「NASAによると、巨大な機能停止した衛星が間もなく地球に衝突する」. Space.com . 2011年9月10日閲覧。

[20] 「軌道デブリ ORSAT」. NASA 。2011 年9 月 17 日に取得。

[21] NASA 上層大気研究衛星 (UARS) の再突入とリスク評価(PDF) (レポート)。NASA 軌道デブリプログラムオフィス。2011 年 9 月 9 日。2011年9 月 22 日閲覧。

[22] Joel Achenbach (2011年9月24日). 「NASA: 衛星の破片が地球に衝突」ワシントンポスト. 2011年9月24日閲覧。

[23] 「軌道上および再突入デブリ研究センター」。The Aerospace Corporation。2011年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年9月24日閲覧。

[24] 「UARS: いつ、どこでダウンしたのか?」。エイドリアン・ウェスト。Universe today。2011年9月24日。 2011年9月25日閲覧。

楽器