p Enxames de pequenos satélites poderiam se comunicar entre si para coletar dados sobre padrões meteorológicos importantes em diferentes momentos do dia ou do ano, e de vários ângulos. Esses enxames, usando algoritmos de aprendizado de máquina, poderia revolucionar a compreensão dos cientistas sobre o tempo e as mudanças climáticas. p A engenheira Sabrina Thompson está trabalhando em um software para habilitar pequenas espaçonaves, ou SmallSats, para se comunicarem, identificar alvos de observação de alto valor, e coordenar a atitude e o tempo para obter diferentes visões do mesmo alvo.

p “Já sabemos que a poeira do Saara que sopra para a floresta amazônica afeta a formação de nuvens sobre o Oceano Atlântico em certas épocas do ano, "disse Thompson, que trabalha no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Como você captura essa formação de nuvem? Como você diz a um enxame de satélites qual região e hora do dia é a melhor para observar esse fenômeno?"

p De acordo com o plano de Thompson, os cientistas estabeleceriam um conjunto de requisitos para observações e definiriam alvos de alto valor. Então o software assumiria, permitindo que um enxame de espaçonaves descubra como se mover em relação umas às outras para melhor observar esses alvos. As estratégias também podem mudar com base na hora do dia, temporada, ou a região que está sendo observada. A espaçonave também usaria aprendizado de máquina a bordo para melhorar as estratégias de visualização ao longo do tempo.

p "Existem vários tipos de configuração de enxame sendo considerados, "Disse Thompson." Um pode ser um enxame onde os satélites estarão em órbitas diferentes, o que lhes permitirá ver uma nuvem ou outro fenômeno em ângulos diferentes. Outro enxame pode ver os mesmos fenômenos com visão semelhante, mas em momentos diferentes do dia. Um terceiro tipo de enxame pode combinar ambos, com alguns satélites na mesma órbita, seguindo um ao outro com alguma diferença de tempo, e outros satélites que podem estar em órbitas com diferentes altitudes e / ou inclinações. "

p Enquanto um enxame permaneceria na mesma órbita, espaçonaves individuais podem até usar algo chamado controle diferencial de arrasto - manipulando as forças causadas pelo arrasto da atmosfera da Terra contra a espaçonave em órbita - para controlar a separação de tempo entre cada espaçonave em relação a outras no enxame, ela disse. "O tempo que leva para realizar uma manobra de arrasto diferencial depende da massa e da área da espaçonave, bem como a altitude orbital. Por exemplo, pode levar até um ano ou alguns dias, até horas. "

p "Com várias espaçonaves em uma formação para ver o mesmo alvo, "Thompson disse, "você pode ver uma nuvem, por exemplo, não apenas do topo, mas dos lados também. "Em uma formação diferente, você pode ver essa nuvem em diferentes estágios de seu ciclo de vida, a partir de vários SmallSats passando em momentos diferentes.

p Trabalhando com o professor Jose Vanderlei Martins da University of Maryland-Baltimore County (UMBC), Thompson ajudou a desenvolver o HARP (Hyper-Angular Rainbow Polarimeter) CubeSat, lançado da Estação Espacial Internacional (ISS) há pouco mais de um ano. Uma versão atualizada de sua instrumentação, chamado HARP2, voará no Plâncton, Aerossol, Nuvem, missão ocean Ecosystem (PACE) planejada para lançamento em 2023.

p Um enxame de SmallSats como o HARP, compartilhando informações e coordenando a cobertura, poderia avançar a previsão do tempo, relatórios de desastres, e modelagem climática a longo prazo, Disse Vanderlei Martins. Para chegar lá, os cientistas precisam da combinação de campos de visão amplos e estreitos e imagens de alta resolução para entender melhor a dinâmica do desenvolvimento do sistema meteorológico.

p "Idealmente, Gosto de ter um satélite com um amplo campo de visão observando fenômenos maiores, "disse ele." No entanto, um pequeno satélite cobrindo uma grande área não pode fazer observações de alta resolução espacial. No entanto, você pode usá-lo como um tipo de satélite topográfico para identificar a área de interesse. Então você tem outros com um campo de visão mais estreito, obtendo maior resolução, obtendo muito mais detalhes. "

p Permitir que o enxame tome decisões e compartilhe informações é crucial. Vanderlei Martins disse, "Esse tipo de decisão precisa ser feito em minutos. Você não tem tempo para o controle de solo estar envolvido."

p Thompson observou que reduzir a dependência de controle de solo e redes de comunicação também libera recursos para missões SmallSat com orçamentos limitados.

p Como engenheiro aeroespacial trabalhando para obter um diploma de física atmosférica na Universidade de Maryland, Condado de Baltimore, Thompson voltou à escola para aprender mais sobre os requisitos das ciências da Terra que impulsionam seu trabalho como inovadora. “Eu também queria muito entender a mudança climática”.

p Como as partículas de aerossol e as nuvens interagem é crucial para a compreensão das mudanças climáticas. Os polarímetros podem fornecer uma grande quantidade de dados sobre as partículas suspensas na atmosfera - da fumaça, cinza, e poeira para gotas de água e gelo, cada espécie de partícula polariza a luz refletida por ela de maneiras detectáveis.

p "Em um nível básico, minha pesquisa envolve a avaliação da geometria entre os instrumentos do satélite e do sol, "Thompson disse." Esses instrumentos são passivos. Eles exigem uma certa geometria em relação ao alvo terrestre e ao Sol para recuperar os dados científicos que desejamos. "

p Seus algoritmos irão determinar as combinações mais adequadas de órbita e campo de visão do instrumento para dar a maior probabilidade de observar uma nuvem com a geometria apropriada para recuperar dados científicos. Em seguida, ele planejaria e executaria esquemas de manobra para cada espaçonave para obter essas geometrias em relação aos outros satélites do enxame.

p Este trabalho tem como objetivo compreender a estrutura e o desenvolvimento das nuvens no Sistema de Observação da Atmosfera, ou AOS, (anteriormente Aerossóis e Nuvens, Estudo de convecção e precipitação identificado como uma prioridade no Estudo Decadal da Terra 2017. Vanderlei Martins e Thompson acreditam que sua tecnologia de enxame complementa os objetivos científicos do AOS e pode aprimorar as missões de ciências da Terra da NASA.