航空航天为NASA的轨道碳观测站提供关键软件

空间仪器研究地球上海洋和陆地生态系统中二氧化碳的来源和汇。
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自工业革命开始以来,燃烧化石燃料以获取能源已导致大气中的二氧化碳浓度以惊人的速度上升。虽然其他温室气体也因人类活动而增加,但二氧化碳含量要高得多,在大气中停留的时间也长得多。事实上,大气中二氧化碳的增加是导致地球温度上升的总能量失衡的大约三分之二原因,对人类和地球上的生命构成了根本威胁。

玩必威棋航空航天公司提供了直接支持NASA的轨道碳观测项目(OCO-3)是美国宇航局和喷气推进实验室设计用来测量地球大气中二氧化碳含量的仪器。该仪器安装在国际空间站(ISS)上的日本实验舱暴露设施上,识别海洋和陆地生态系统中二氧化碳的来源和汇。此外,OCO-3数据通过对城市和其他感兴趣地区的测量,有望显著提高我们对人类活动二氧化碳排放的来源和影响的理解。

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图为美国宇航局安装在国际空间站底部的OCO-3。来源:美国国家航空航天局/姓名

航空航天支持OCO-3的一个主要组件是LunarCal,航空航天开发和交付的飞行软件模块,以协助仪器校准,以月球作为参考源校准有效载荷传感器。之前的OCO任务使用了一系列全面的校准功能,使其能够观察太阳、月球和机载灯进行校准。据OCO-3科学小组称,由于OCO-3无法观测太阳,月球观测对于跟踪其校准灯的特性更为关键,校准灯随时间而变化。Richard Dolphus,航空航天控制分析部门(CAD)的高级工程师,分享说OCO-3“需要一个更可靠的,持续的参考,而月球本身是他们发现可以使用的。”

为了捕捉月球图像进行校准,LunarCal飞行软件模块为仪器飞行软件提供方位角和仰角。LunarCal还包括内部检查,以提供安全操作,包括计算,以预测国际空间站太阳能电池板和散热器的位置,可能会阻碍仪器的视野。

OCO-3”的一个挑战是国际空间站本身的结构往往块月亮今年大部分时间,所以可能只是今年15或20天,你有一个通畅的月亮从空间站,”安迪说,航空航天工程专家的态度估计在CAD和校准部分。“虽然LunarCal不允许我们随意捕捉月球图像,但它允许我们在月球处于我们可用的小窗口时跟踪月球,并充分利用这一机会。”

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2020年9月16日,作为OCO-3第一次校准序列的一部分,LunarCal成功执行,标志着喷气推进实验室OCO-3项目直接肩并肩工作的高潮。

2020年12月,第二次校准序列成功执行,当时LunarCal协助OCO-3科学团队对月球进行了大约20次清洁扫描,提供了关键的传感器校准数据,用于进行更准确的碳测量。

航空航天支持OCO-3的另一个关键因素是校准有效载荷方位和仰角万向节对准。“这种校准确保当OCO-3仪器提供有关位置的信息时,它是高度精确的。这都归功于我们在仪器校准方面的专业知识,”航空航天系统制定和实施部门高级项目负责人Justin F. McNeill, Jr.说。“这一切都是为了确保仪器按照设计和你的指令运行。”

OCO-3目前正在执行一项为期三年的任务,它将是从太空监测排放热点、火山爆发和其他当地碳源的又一步。此外,OCO-3将使科学家们第一次有机会观察全球许多地区一天中二氧化碳浓度的变化,同时也探测到排放和光合作用速率的变化。

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OCO-3坐在喷气推进实验室环境测试实验室的大型振动台上。来源:美国国家航空航天局/姓名

OCO-3的高分辨率光谱仪还可以观察太阳诱导荧光,这是植物在光合作用期间发出的一种辐射,为科学家提供了进一步了解森林和植物碳循环的信息。由于气候变化对世界范围内的生长季节有直接影响,研究人员需要了解光合作用何时发生,尤其是在像北极这样人迹罕至的地方。

航空航天对OCO-3任务的软件支持促成了它的成功,需要根据特定任务的需求进行定制。

航空航天高级技术人员Avinash Vakil说:“我们与喷气推进实验室密切合作,尽管是远程合作,并与他们快速迭代,以使软件能够满足他们的要求。”“我们与JPL的交流使我们能够了解他们软件的架构及其运行环境,所以当我们编写软件时,我们能够编写出适合他们系统的软件,几乎没有问题。”