Skupiny malých družic by spolu mohly komunikovat, aby nasbíraly data o důležitých meteorologických jevech v různých částech dne či roku a navíc z různých úhlů. Takové skupiny družic využívající algoritmy strojového učení by mohly přinést revoluci ve vědeckém chápání změn počasí a klimatu. Sabrina Thompson pracuje na softwaru pro malé družice, s jehož pomocí by mohly tyto družice navzájem komunikovat, identifikovat vědecky hodnotné cíle pozorování, koordinovat orientaci a načasování, aby bylo možné získat odlišné pohledy na stejný cíl.

„Už víme, že písečný prach ze Sahary proudící nad amazonské pralesy ovlivňuje v určitých částech roku proces vzniku oblačnosti nad Atlantikem,“ říká Thompson, která pracuje na Goddardově středisku v marylandském Greenbeltu a dodává: „Jak zachytíte vznik oblačnosti? Jak řeknete hejnu družic, jakou oblast mají ve které části dne pozorovat, aby nejlépe zachytily tento jev?“ V rámci jejího plánu by vědci stanovili soubor podmínek pro pozorování a definovali cíle s vysokou vědeckou hodnotou. Pak by do akce nastoupil software, který by umožnil hejnu malých družic určit, jak se mají vůči sobě pohybovat, aby mohly co nejlépe pozorovat dané cíle. Strategie se také může změnit podle části dne, ročního období, nebo pozorované oblasti. Družice by také využívaly palubního strojového učení, aby se v průběhu času jejich pozorovací strategie zlepšovaly.

Animace ukazující stav absorpčního indexu aerosolu během přesunu mraku písku ze Sahary
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„Jsou různé typy konfigurací hejna, které zvažujeme,“ říká Thompson a dodává: „Jedním z nich může být hejno družic, které se budou nacházet na různých oběžných drahách, což jim umožní sledovat oblačnost (nebo jiný jev) z různých úhlů. Další roj by mohl sledovat stejné jevy z podobných míst, ovšem v různou denní dobu. Třetí typ hejna zase může kombinovat obě předešlé metody. Některé družice budou na stejné oběžné dráze a poletí jedna za druhou s určitým časovým posunem. Jiné družice mohou být na oběžných drahách s různou výškou či sklonem.“

Rozdílné řízení odporu okolního prostředí (differential drag control)
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Překlad: Dušan Majer

Ačkoliv by samotné hejno zůstávalo na stejné oběžné dráze, jednotlivé družice by mohly využít něco, čemu se říká rozdílné řízení odporu okolního prostředí (differential drag control). Jde o využívání sil, které má na svědomí zemská atmosféra, která klade objektům na oběžné dráze odpor. Tyto síly by se daly využít k přesnému vyladění časových rozestupů mezi družicemi. „Délka času, který je potřeba k tomuto manévru závisí na hmotnosti družice a její ploše, ale také na výšce oběžné dráhy. Například to může trvat celý rok, ale také jen pár dní či dokonce hodin.“

Díky spolupráci s UMBC (University of Maryland – Baltimore County) mohl do projektu zasáhnout i Jose Vanderlei Martins, který pomohl vyvinout CubeSat HARP (Hyper-Angular Rainbow Polarimeter), který letěl na ISS téměř před rokem. Verze HARP2 s vylepšenými přístroji má letět v roce 2023 s družicí PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem). „Hejno malých družic (jako je HARP) by mohly sdílet informace a koordinovat pozorování, což by zlepšilo předpovědi počasí, sledování přírodních katastrof i dlouhodobé modely klimatu,“ říká Vanderlei Martins. Aby to ale bylo možné, potřebují vědci zkombinovat snímky se širokým i úzkým zorným polem se snímky ve vysokém rozlišení, aby bylo možné lépe porozumět dynamice vyvíjejícího se meteorologického jevu.

CubeSat HARP.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

„V ideálním případě bych chtěl mít družici se širokým zorným polem pro pozorování větších jevů,“ říká Vanderlei Martins a dodává: „Malá družice pokrývající velkou oblast však nemůže nabídnout pozorování s vysokým prostorovým rozlišením. Přesto ji lze použít jako družicového průzkumníka k určení zájmové oblasti. Pak máte k dispozici další družice, které už disponují užším zorným polem. Ty získávají snímky s vyšším rozlišením a přináší mnohem více detailů.“

Aby mělo hejno družic možnost dělat rozhodnutí a sdílet informace, je kriticky důležité. Vanderlei Martins říká: „Tento typ rozhodování se musí udělat v řádu minut. Nemáte čas na to, abyste do procesu zapojili pozemní středisko.“ Thompson také poznamenala, že snížení závislosti na pozemním středisku a komunikační síti také zredukuje nutnost zdrojů, které jsou u malých družic omezené. Jakožto letecká inženýrka, která získala titul z fyziky atmosféry na University of Maryland, Baltimore County, se Thompsonová vrátila zpět do školy, aby se dozvěděla více o požadavcích na vědy o Zemi, které jsou pro ni hnacím motorem její práce z pozice inovátorky. „Také jsem opravdu chtěla porozumět změně klimatu,“ dodává.

Žlute vidíte velký oblak jemného prachu a písku ze Sahary, jak se šíří přes Atlantický oceán
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Znalost, jak částice aerosolů a mraky interagují, je velmi důležitá pro lepší chápání změn klimatu. Polarimetry mohou poskytnout cenné informace o částicích rozptýlených v atmosféře – ať už jde o kouř, popílek, prach či vodní kapky a ledové krystalky. Každý typ částic polarizuje světlo, které se od nich odráží, určitým prokazatelným způsobem. „V základní rovině se můj výzkum zabývá vyhodnocováním geometrie mezi přístrojem na družici a Sluncem,“ řekla Thompson a dodává: „Tyto přístroje jsou pasivní. Vyžadují určitou geometrii vzhledem k pozemnímu cíli a Slunci, aby získaly vědecká data, která potřebujeme.“ Její algoritmy pomohou určit nejvýhodnější kombinace oběžných drah a zorných polí přístrojů k dosažení nejvyšší pravděpodobnosti pozorování mraků s vhodnou geometrií pro získání vědeckých dat. Algoritmy by pak naplánovaly a vykonaly soubory manévrů, aby každá družice dosáhla požadované pozice vůči dalším družicím v roji.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/swarm.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/animnation1.gif
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/diff_drag.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/harp_in_the_sky_0.jpeg
https://www.nasa.gov/…/thumbnails/image/omps_ai_viirs_rgb_sahara_2020_06_24.png