Кіріспе

NASA орбиталық обсерваториясы (1991–2011)

Жоғарғы атмосфераны зерттеу спутнигі (UARS) – NASA-ның Жер атмосферасын, әсіресе қорғаныш озон қабатын зерттеуге арналған орбиталық обсерваториясы болды. Спутник 1991 жылдың 15 қыркүйегінде STS-48 миссиясы барысында Space Shuttle Discovery ғарыш кемесінен ұшырылды. Ол 57 градус орбиталық еңіспен және жұмыс істеу биіктігінде Жер орбитасына енді. Миссияның бастапқы ұзақтығы үш жылға жоспарланған, бірақ ол бірнеше рет ұзартылды. 2005 жылдың маусым айында қаржыландыру тоқтатылғаннан кейін миссия аяқталды, спутник ұшырылғаннан кейін 14 жыл өткен соң, оның он құралының алтауы әлі де жұмыс істеп тұрды. 2005 жылдың желтоқсан айының басында спутникті орбитадан шығаруға дайындау үшін соңғы орбиталық төмендеу маневрі орындалды. 2010 жылдың 26 қазанында Халықаралық ғарыш станциясы UARS спутнигімен қақтығысу қаупіне байланысты қалдықтардан аулақ болу маневрін жасады. 2011 жылдың 24 қыркүйегінде спутник Жер атмосферасына қайта кірді. Бұл оқиғаға БАҚ-тың қызығушылығы зор болды, себебі NASA спутниктің маңызды бөліктері жерге түсіп, елді мекендерге қауіп келтіруі мүмкін деген болжам жасаған. Алайда, спутник Тынық мұхитының шұғылалы аймағына құлады.

Криогендік аяқ-қолын жинақтаушы эталондық спектрометр (CLAES)

CLAES – азот пен хлор қосылыстарының, озонның, су буының және метанның концентрациясы мен таралуын анықтайтын спектрометр. Бұл платформа озонды бұзатын хлорлы қосылыстардың алғашқы әлемдік карталарын жасады. Ол атмосферадағы газдардың мөлшерін әрбір газдың ерекше инфрақызыл сигнатурасын өлшеу арқылы анықтады. Атмосферадағы күңгірт сәулеленуден іздік газдардың салыстырмалы түрде әлсіз сигнатурасын ажырату үшін CLAES-тің жоғары ажыратымдылығы мен сезімталдығы болуы қажет еді. Осы мақсатта құрал телескоп пен инфрақызыл спектрометрді біріктірді. Құралдың барлық бөлігі температураның өлшемдерге әсерін тигізбеу үшін криогендік түрде салқындатылды. Криогендік жүйе -257 °C (-430 °F) температурадағы қатты неоннан тұратын ішкі резервуардан және -150 °C (-238 °F) температурадағы қатты көмірқышқыл газынан тұратын сыртқы резервуардан құралды. Неон мен көмірқышқыл газы буланып, құралды жоспарланған 19 ай бойы салқын ұстады. ISAMS-тің нақты мақсаттары: (i) тропопаузадан мезопаузаға дейін атмосфералық температураны қысымға тәуелділік ретінде, жақсы дәлдікпен және кеңістіктік ажыратымдылықпен өлшеу, соның нәтижесінде аймақтың құрылымын және динамикасын зерттеу; (ii) атмосфераның орта бөлігіндегі су буының таралуын және өзгеруін зерттеу, оның атмосфераның жалпы айналымындағы рөлін, сондай-ақ орта бөлігіндегі көздерін және тұнбаларын анықтау; (iii) азот оксидтерінің жаһандық таралуын өлшеу және осылайша олардың пайда болуын және стратосфералық озон қабатындағы озон мөлшерін бақылайтын катализдік циклдардағы рөлін зерттеу. Сондай-ақ, ол атмосфераның орта бөлігіндегі вулкандық аэрозольдер мен полярлық стратосфералық бұлттарды кеңінен бақылады. Құрал 1991 жылдың қыркүйегінен 1992 жылдың шілдесіне дейін жұмыс істеді.

Микротолқынды мүшелер сондары (MLS)

МЛС Жердің шетінен шығатын табиғи микротолқындық жылулық сәулеленуді анықтап, атмосфералық газдардың, температураның, қысымның және мұз бұлттарының тік профильдерін құрады. МЛС UARS орбитасының бұрышынан 90 градусқа қарай бағытталған. Жылу сәулелері үш айнадан тұратын антенна жүйесі арқылы құралға енгізіледі. Антенна атмосфераның шеті арқылы тік жазықтықта 65,5 секунд сайын механикалық түрде сканерлейді. Сканирование жер бетінен 90 км (55 миль) биіктікке дейін қамтиды. Құралға енгеннен кейін антеннадан түсетін сигнал әртүрлі радиометрлермен өңдеу үшін үш сигналға бөлінеді. 63 ГГц радиометрі температура мен қысымды өлшейді. 183 ГГц радиометрі су буын және озонды өлшейді. 205 ГГц радиометрі ClO, озон, күкірт диоксиді, азот қышқылы және су буын өлшейді. Атмосфераның тік сканированиесі күннің тоқырауы кезінде жүзеге асырылды. Сканирование атмосферадағы газдардың жұтатын күн энергиясының мөлшерін өлшейді. Сканированиеге қолдау көрсету үшін құрал екі бөліктен тұрады: екі осьті гимбалға орнатылған оптикалық бөлім және бекітілген электроника бөлімі. Оптикалық бөлімге күн энергиясын жинақтайтын телескоп пен газ детекторлары кіреді. Электроника бөлімі құралдың деректерін, моторларды басқаруды және қуатты басқарады.

Жоғары ажыратылатын Допплерлік бейнелеу аппараты (HRDI)

HRDI Жердің шетінен жоғары молекулалық оттегінің эмиссия және сіңіру сызықтарын байқады, сызықтардың Допплер жылжуын көлденең желдерді анықтау үшін пайдаланды және температура мен атмосфералық құрам туралы ақпарат алу үшін сызық пішіндері мен қарқындылығын қолданды. Құрал екі бөліктен тұрады: телескоп және интерферометр, ол оптикалық стенд пен электрондық жабдықтан құралған. Телескоп тар көру бұрышын пайдаланды, көру бұрышы бойынша Допплер жылжуының өзгеруі нәтижелерді бұрмалауына жол бермеді. Телескоптан алынған сигнал оптикалық талшық кабель арқылы процессорға беріледі. HRDI 1991 жылдың қарашасынан 2005 жылдың сәуіріне дейін ғылыми жұмыстар жүргізді. Құрал CCD камерасына сигнал беретін интерферометрден тұрады. Екі телескоптың (45 және 135 градус) әрқайсысының алдында бір метрлік ұзындықтағы сәуле кедергісі орналасқан, ол күндізгі уақытта шашыраған жарықты азайтуға көмектеседі. Телескоптардан алынған бейнелер CCD-де қатар орналасқан, сондықтан екі көрініс бір уақытта түсіріледі.

Күннің ультрафиолет сәулелену спектрін бақылау (SUSIM)

SUSIM күннен келетін ультракүлгін (УК) сәулеленуді өлшеді. Байқаулар вакуум арқылы да, атмосфера арқылы күннің тұтылуы арқылы да жүргізілді. Бұл, Жерге жететін УК сәуле мөлшерін және атмосфераның жоғарғы қабатында қаншасы сіңірілетінін салыстыруға мүмкіндік берді. УК сәулелерінің жоғары энергиясынан аспаптың тозуы маңызды мәселе болып табылады. Осы мәселені шешу үшін аспапта екі бірдей спектрометр болды. Біреуі UARS орбитасының күндізгі бөлігінде дерлік үздіксіз қолданылды. Екіншісі біріншісінің сезімталдығын растау үшін сирек пайдаланылды.

Күн жұлдыз сәулесін салыстыру эксперименті (SOLSTICE)

Күн сәулесін салыстыру эксперименті күн радиациясын өлшеу үшін жобаланды. Аспап калибрлеуге жаңа тәсіл қолданды: ішкі эталондық шамға сәйкес калибрлеудің орнына, аспап теориялық тұрғыдан ғарыш кемесінің қызмет ету мерзіміне дейін өте тұрақты сәуле шығаратын жарық көк жұлдыздарды үнемі өлшеді. Аспаптың кіріс саңылауы нысананың жарықтығындағы үлкен айырмашылықты ескере отырып, күн немесе жұлдыз режимдеріне конфигурацияланатын. SOLSTICE жұлдыздардан басқа, мүмкіндік туғанда ай және Күн жүйесіндегі басқа да объектілерді де өлшеді.

Активті қуыс радиометрінің сәулеленуді бақылау II (ACRIM2)

ACRIM2 аспабы UARS спутнигінде Жерге жететін жалпы күн сәулеленуін (TSI) өлшеді, бұл 1980 жылы ACRIM1 экспериментімен басталған климат өзгеру дерекқорын жалғастырды. ACRIM1 экспериментінің нәтижелері TSI-дың ішкі өзгерістері және олардың күннің магниттік белсенділігімен байланысы туралы алғашқы жаңалықтарды берді. ACRIM эксперименттері TSI-дың өзгеруінің олардың 2 минуттық бақылау периодынан бастап, бүгінгі күнге дейінгі ондаған жылдарға созылған TSI тізіміне дейінгі барлық уақыт өлшемдерінде болатынын растады. TSI-ды және оның уақыт бойынша өзгеруін дәл білу климат өзгеруін түсіну үшін өте маңызды. Жақындағы зерттеулер көрсеткендей, TSI-дың ішкі өзгеруі өнеркәсіптік дәуірдегі жаһандық жылынуға бұрынғы жаһандық айналым модельдерімен (GCM) болжалданғаннан гөрі әлдеқайда үлкен үлес қосты (50%-ға дейін). Табиғи және антропогендік факторлардың климат өзгеруіне салыстырмалы үлесін түсінудің маңызды әлеуметтік және экономикалық салдары бар, сондықтан климат өзгеруі зерттеулерінің маңызды бөлігі болып табылатын TSI дерекқорын болашақта мұқият сақтау қажет. UARS/ACRIM2 эксперименті ұзақ мерзімді TSI дерекқорын құрудың маңызды бөлігі болды.

Орбиталық төмендеуді жандыру

UARS 2005 жылдың 14 желтоқсанында қызметтен шығарылды. Соңғы перигейді төмендету импульстары орбитаны 518 км x 381 км-ге дейін төмендетті. Одан кейін спутник жүйелерінің жұмысын тоқтату (пассивтеу) жүргізілді. 2010 жылдың 26 қазанында Халықаралық ғарыш станциясы UARS-пен жақын арада болуына байланысты, қалдықтардан қашу маневрін орындады. 2011 жылдың 23 қыркүйегінде UARS орбитасы төмендеді, соның салдарынан 26 бөлік қалдық атмосфераға қайта кіріп, жер бетіне тиюі күтілді, олардың ең ірісінің массасы шамамен 2 кг, ал жер бетіне қонғандағы жылдамдығы сағатына 129 км-ге жете алады. Кішірек бөліктердің жер бетіне сағатына 257 км жылдамдықпен тиюі күтілді.

2011 жылдың 24 қыркүйегінде сағат 07:46 UTC-де NASA UARS веб-сайтында жаңартылған мәлімдеме жариялады, онда былай делінген: "Калифорния штатындағы Ванденберг әуе күштері базасындағы Біріккен ғарыш операциялары орталығы спутник Тынық мұхиты үстінде атмосфераға енгенін хабарлады". Атмосфераға қайта кіру уақыты мен орны бастапқыда нақты айтылмады. NASA-ның Джонсон ғарыш орталығының ғарыш қалдықтары жөніндегі бас ғалымы Николас Джонсон: "Біз қалдықтардың қайда таралатынын білмейміз, мүмкін ешқашан білмейміз" деді. Бірақ, кейін Біріккен ғарыш операциялары орталығы 24 қыркүйек күні сағат 04:00 UTC-де, Америка Самоасынан оңтүстікке қарай, қайта кіру болғанын хабарлады. NASA мәліметінше, спутниктің қалдықтары осы позициядан оңтүстік-шығысқа қарай созылатын белгілі бір аймаққа таралады.