瞄準(zhǔn)惱人的霧霾

CATS的激光雷達(dá)分別工作在1064、532和355納米3個頻段，可以測量云和氣溶膠層的高度、厚度、寬度、消散情況，并通過去極化來識別顆粒的類型

“云-氣溶膠傳輸系統(tǒng)”（CATS）用于測量大氣中的云和氣溶膠。CATS的簡寫和“貓”一樣，但這不是貓，是一種用來研究大氣的國際空間站搭載設(shè)備。這二者對全球能量平衡及其后反饋機制的影響尚未得到充分了解。但這些知識對于人類來說非常關(guān)鍵。氣溶膠是一種微小的顆粒，是灰塵、煙、空氣污染和霧的產(chǎn)物。最近一直困擾我們的霧霾，主要成分之一就是氣溶膠。

4年前冰島火山爆發(fā)時，為了防止發(fā)生空難，歐洲當(dāng)局叫停了所有航空飛行。NASA也無法對火山形成的氣溶膠進(jìn)行飛行采樣。CATS進(jìn)入國際空間站并開始運行后，再遇到類似情況，NASA就不會被禁飛令所困擾了。因為航天飛行是不受火山灰限制的。

國際空間站的軌道尤其適合執(zhí)行氣溶膠觀測任務(wù)，國際空間站的軌道要經(jīng)過地球上大部分氣溶膠流動路徑。其中一個是從亞洲大陸出發(fā)，經(jīng)過日本，向北通過阿拉斯加上空，然后向下到達(dá)美國西海岸，形成一個巨大的U字形。另一個是從加拿大西部出發(fā)，向南通過五大湖地區(qū)和美國東海岸。當(dāng)然國際空間站的軌道正好經(jīng)過這些地區(qū)。由于國際空間站的軌道特點，人們還能以此研究晝夜變換對氣溶膠和運動影響。這是很多太陽同步軌道地球科學(xué)衛(wèi)星無法做到的。

CATS的激光雷達(dá)工作在三個頻段，分別是1064納米、532納米和355納米，可以測量云和氣溶膠層的高度、厚度、寬度、消散情況，并通過去極化來識別顆粒的類型。CATS的前兩個工作頻段與NASA的云-氣溶膠激光雷達(dá)以及“紅外衛(wèi)星觀測探路者”(CALIPSO)任務(wù)相同。第三個頻段的引入，也就是355納米激光是最關(guān)鍵的。這個波長上的數(shù)據(jù)有助于科學(xué)家們區(qū)分氣溶膠粒子的類型。另外，CALIPSO任務(wù)每秒發(fā)射20個激光脈沖，能量為110毫焦耳。而CATS每秒發(fā)射5000個脈沖，能量只有1毫焦耳。發(fā)射能量的降低有效簡化了CATS的電源和散熱系統(tǒng)設(shè)計，這對航天飛行來說是很有利的。

冰島火山爆發(fā)

CATS由戈達(dá)德航天中心負(fù)責(zé)研制，大概相當(dāng)于一個冰箱的大小，計劃在2014年9月12日搭載“龍”飛船升空，安裝在國際空間站日本實驗艙的暴露設(shè)施上，從艙內(nèi)指揮和控制。其設(shè)計壽命為0.5～3年。

CATS的一大意義，是在國際空間站上進(jìn)行技術(shù)演示驗證，例如前文說到的第三個激光頻段。波長為355納米已經(jīng)離開了可見光范圍，屬于紫外線范圍。這需要研制新的敏感器。人們擔(dān)心紫外激光的探測器容易被污染。如果衛(wèi)星的探測器被污染，就只能報廢，巨大的投入就會打水漂。但在國際空間站上的CATS相對便宜，一旦出了問題，還可以由航天員來修理或維護(hù)。CATS將為未來的地球科學(xué)任務(wù)進(jìn)行技術(shù)驗證，降低風(fēng)險。一旦CATS的技術(shù)得到了驗證，表明它可以在太空里正常工作，人們就可以考慮發(fā)射一顆單獨的后續(xù)衛(wèi)星。

NASA約翰遜中心的空間站首席科學(xué)家茱莉亞?羅賓遜說“這兩個設(shè)備進(jìn)入國際空間站后，會使空間站成為一個研究地球系統(tǒng)和全球變化的重要平臺。當(dāng)然，這只是開始?！?/p>

NASA還用多種飛機搭載高精度遙感器來進(jìn)行地球科學(xué)研究。2014年，NASA將派遣“全球鷹”無人機裝上最先進(jìn)的儀器，在世界不同地方實施12項科研飛行，覆蓋大西洋和北冰洋，用于研究極區(qū)冰層、城市空氣污染、颶風(fēng)、生態(tài)系統(tǒng)健康等領(lǐng)域，航線分布在美國、中南美洲、大西洋和北冰洋。因為這不屬于宇航任務(wù)，本文就不過多討論了。

全球鷹無人機

RapidScat和CATS的發(fā)射升空將使國際空間站成為一個全天候的地球觀測平臺

僅僅有衛(wèi)星數(shù)據(jù)是不夠的，要用這些數(shù)據(jù)來滿足人們的需求。這是NASA地球科學(xué)任務(wù)的另外一部分。2014年，NASA應(yīng)用科學(xué)計劃將著力研究墨西哥灣的生態(tài)系統(tǒng)，研究美國西南部的水資源匱乏和湄公河三角洲的洪水管理問題。