旋風衛星導航系統

美國航空航天局(NASA)的旋風全球導航衛星系統(CYGNSS)飛行任務是一個用於提高颶風預報準確性的包含8顆微小衛星的星座，將於2016年發射。該系統將對熱帶氣旋、颱風以及颶風整個壽命周期中的眼壁內和眼壁附近的海洋表面風進行頻繁測量。

基本介紹

• 中文名：旋風衛星導航系統
• 外文名：CYGNSS
• 研發單位：NASA
• 衛星數量：8顆
• 發射時間：2016年
• 任務：衛星研發、發射、運行

發展歷程

“旋風全球導航衛星系統”（CYGNSS）8星星座的首顆衛星已開始建造。

CYGNSS是NASA第二首席研究員領導的地球科學冒險級任務。該星座計畫在2016年底搭載軌道科學公司“飛馬座”-XL火箭從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射，並在2017年大西洋颶風季節期間開始科學運行。

CYGNSS星座將在熱帶風暴和颶風期間、利用GPS直接信號或反射信號測量海洋表面風。任務成本在5年期間將達到1.517億美元，包括研發、發射、運行和數據分析。每顆CYGNSS衛星尺寸為50厘米×60厘米×30厘米，質量約30千克。

CYGNSS衛星的首席研究員是密西根大學的克里斯·魯夫。該項目的合作成員包括：任務集成單位東南研究院，設備載荷提供商美國薩里衛星技術公司，以及內華達山脈公司（太空飛行器）展開模組。

第一顆CYGNSS微小衛星是從2015年8月14日開始組裝的。每顆衛星的體積大致為20x25x11英寸，比標準的隨身手提箱略微大一點。等完全組裝好以後，每顆衛星的重量約為64磅。如果太陽能板展開的話，每顆微小衛星的翼展將為5.5英尺。

每個微小衛星平台將裝載4個經改進後用於接收地面反射信號的GPS接收器。類似的基於GPS的儀器已經在航空和航天平台上做過實驗演示。這種微小衛星和GPS接收器一起被稱為CYGNSS氣象台。每個氣象台可以瞬時跟蹤來自GPS業務網路中最多4個獨立發射器的散射信號。為了最佳化熱帶氣旋的採樣特性，對氣象台的數量及軌道傾角進行了選擇。選擇的結果是覆蓋±35°緯度之間重要緯度帶的地面上一密集影線的採樣點。

通過將GPS信號的全天候性能與一個星座的衛星的採樣特性相結合，GYGNSS將可以使颶風觀測工作得到改進。預計GYGNSS將於2016年年末發射。

優勢

CYGNSS正在採取一種新穎的方法來測量風速。以前的儀器在使用散射測量技術測量風速時需要具備發射和接收兩種能力。CYGNSS衛星將只接收由已經在軌的全球定位系統(GPS)傳送的從地面散射的信號。使用8顆衛星除了可以增加整個熱帶地區的時間採樣率外，還可以增加空間覆蓋率。這些衛星將均勻地分布在一個共同的軌道平面上，這樣每隔12 min就可以有一顆衛星從同一個區域上空通過。由於CYGNSS和GPS星座是繞著地球運行的，兩種系統的互動使得可以每隔幾個小時就產生一幅整個熱帶地區的新的風速圖像，相比之下，如果只採用一顆衛星，則需要每隔幾天才能做到這一點。

每個CYGNSS氣象台將裝備一台延遲都卜勒測繪儀器(Delay Doppler Mapping Instrument，DDMI)。DDMI將以低的數據速率連續產生都卜勒測繪信號，這樣便可以根據海洋波浪的大小來評價洋面的風速(在風速大的時候，海洋的波浪會較大，其產生的散射信號就會與無風時平靜洋面所產生的散射信號不同)。在特殊的情況下，比如當穿過一個活動的熱帶氣旋時，該儀器可以原始數據模式工作，從而積累60S時間的原始採樣數據。這樣，研究人員便可以對採用不同處理方案獲取的數據進行充分分析和再分析，以保證標稱的DDM操作模式不丟失重要的地理信息。

每個CYGNSS氣象台都是獨立發揮作用的，所以衛星和儀器的工程調試活動可以交錯開展，只要有可能，它們都可以並行實施。在單次通信傳遞內，所有活動都只能在一個CYGNSS氣象台上進行。然而，在一個CYGNSS氣象台行進到該星座中的下一個CYGNSS氣象台之前，是沒有必要在一個CYGNSS氣象台上完成所有調試任務
的。同樣，也沒有必要保證每個CYGNSS氣象台都處在一個調試順序的同一個“步驟”上。當設定調試通過時，這種獨立性便使得有可能實現一種靈活的調度方法。如果單顆衛星正在解決偏位問題時需要額外的時間的話，就不會耽擱調試活動的開展。

發射任務

任務包括衛星研發、發射、運行以及數據分析。此次順利升空後，經過一到兩個月的調試，它將在2017年的颶風季節及時投入運行，在熱帶風暴和颶風到來期間利用GPS系統直接信號或反射信號，測量包括颶風眼壁內部強降雨帶，以及颶風眼附近的海洋表面風，而這些數據此前無法從衛星中獲得。