Un nouvel instrument qui a déjà fait ses preuves lors de campagnes de terrain tentera de mesurer les gaz à effet de serre atmosphériques à partir d'une observation par occultation, mission CubeSat en orbite basse appelée Mini-Carb au début de l'année prochaine, marquant la première fois que ce type d'instrument vole dans l'espace.

Emilie Wilson, un scientifique du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, fait équipe avec le Lawrence Livermore National Laboratory, ou LLNL, voler un plus petit, version plus robuste de son mini-Laser Heterodyne Radiometer breveté, ou mini-LHR, sur une plate-forme CubeSat construite par LLNL au début de l'année prochaine.

Wilson a fait la démonstration du mini-LHR au sol lors de plusieurs campagnes sur le terrain en Alaska, le bassin du fleuve Amazone, et l'Observatoire royal d'Édimbourg, Écosse, entre autres lieux. Très portable, le mini-LHR est composé de composants disponibles dans le commerce et peut littéralement aller n'importe où pour recueillir des mesures.

Bien que la NASA mesure actuellement le dioxyde de carbone depuis l'espace, l'agence n'a jamais fait voler un radiomètre laser hétérodyne pour faire le travail.

Les radiomètres laser hétérodynes ont été adaptés à partir de la technologie des récepteurs radio. Dans cette variante, les concentrations de gaz à effet de serre sont déterminées en mesurant leur absorption de la lumière infrarouge du soleil. Chaque signal d'absorption est mélangé à la lumière laser dans un photorécepteur rapide à l'intérieur de l'instrument et le signal résultant est détecté à une fréquence radio plus facile à traiter. Bien que cela soit similaire à d'autres techniques d'absorption, tels que ceux utilisés dans l'Observatoire du carbone en orbite-2, la radiométrie laser hétérodyne offre une résolution spectrale plus élevée ainsi que des niveaux de signal sur bruit améliorés en raison du mélange interne de la lumière du soleil avec la lumière laser, Wilson a expliqué.

D'autres avantages sont que le mini-LHR est plus compact et ne comprend aucune pièce mobile, Wilson a ajouté. Par ailleurs, l'instrument peut mesurer trois gaz à effet de serre :en plus du dioxyde de carbone, son instrument peut mesurer simultanément la vapeur d'eau et le méthane dans le limbe atmosphérique de la Terre. « Et comparativement parlant, l'instrument a coûté une petite fraction à construire par rapport à plus traditionnel, instruments non-CubeSat, " a déclaré Wilson. "C'est la quintessence de la science avec un petit budget."

Vol à bord du nouveau bus CubeSat

De la taille d'un grille-pain, la version de vol de son instrument volera comme la seule charge utile sur le nouveau LLNL, Bus CubeSat 6U de 11 livres connu sous le nom de CNGB, abréviation de CubeSat Next Generation Bus. Le Bureau CubeSat du Bureau National de Reconnaissance est à l'origine du concept CNGB, financer des chercheurs au LLNL, l'École supérieure navale, et le Space Dynamics Laboratory pour développer une architecture nano-satellite appartenant au gouvernement qui pourrait prendre en charge un large éventail de missions. Mini-Carb est la première mission à le faire.

"Emily avait une charge utile sans satellite et nous avions un vaisseau spatial sans charge utile, " a déclaré Vincent Riot, un ingénieur LLNL qui a participé au développement du bus CNGB, qui offre aux utilisateurs une capacité plug-and-play qui permet une configuration et une intégration rapides. "C'est là que ce partenariat s'est formé. Il s'agit d'une mission de validation de principe pour montrer que nous pouvons faire de la science d'excellence avec notre plate-forme, " L'émeute a dit.

Le premier vol de l'instrument de Wilson et du CubeSat de LLNL est prévu pour janvier 2019 dans le cadre du programme d'essais spatiaux de l'Air Force. Wilson et son équipe ont récemment livré l'instrument à LLNL où ils ont aidé à intégrer l'instrument dans le vaisseau spatial en vue du vol.

Haute Troposphère, Basse stratosphère ciblée

Une fois en orbite, Mini-Carb observera la région entre la haute troposphère et la basse stratosphère entre six et 18 milles au-dessus de la surface de la Terre. Les mesures dans cette région atmosphérique fournissent des informations importantes sur la circulation stratosphérique et sur la façon dont elle réagit à l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre. « La mesure de la circulation stratosphérique et de sa variabilité est essentielle pour prévoir comment le changement climatique affectera l'ozone stratosphérique, ", a déclaré Wilson.

Les scientifiques pensent que les augmentations prévues du méthane et du dioxyde de carbone au cours de ce siècle affecteront plusieurs processus physiques qui entraînent le changement climatique, elle a dit. Méthane, qui est particulièrement vivace, entraîne une production accrue de vapeur d'eau et d'hydroxyde stratosphériques, qui affecte directement l'ozone, la couche qui protège la Terre des rayons ultraviolets nocifs. "En raison du rôle du méthane dans la chimie changeante de la couche d'ozone et en raison de sa longue durée de vie, les mesures de méthane sont particulièrement précieuses, ", a déclaré Wilson.

Comme son frère au sol, l'instrument Mini-Carb est composé de pièces commerciales et fonctionne passivement, c'est-à-dire il recueille la lumière du soleil qui a absorbé les gaz à effet de serre ciblés. Cette lumière est combinée à une lumière laser réglée sur les longueurs d'onde infrarouges, puis amplifiée. Par une série d'autres étapes, l'instrument peut révéler les concentrations des gaz à effet de serre contenus dans l'atmosphère.

Alors que Wilson développait à l'origine à la fois les instruments terrestres et spatiaux pour étudier le changement climatique sur Terre, l'instrument pourrait également être utilisé sur une sonde ou un atterrisseur pour étudier les conditions atmosphériques sur d'autres planètes, elle a dit.

Le but immédiat, cependant, fait la démonstration de Mini-Carb dans l'espace. "Si nous obtenons une mesure, Je vais le considérer comme un succès. Il y a possibilité de prolongation si la mission fonctionne, " Riot a déclaré. " Si cela fonctionne, notre succès pourrait conduire à de plus grands projets sur la route, " Wilson a ajouté. "C'est une très grosse affaire pour nous."