Введение

НАСА управляла орбитальной обсерваторией (1991–2011)

Исследовательский спутник верхней атмосферы (UARS) был орбитальной обсерваторией НАСА, миссия которой заключалась в изучении атмосферы Земли, в особенности защитного озонового слоя. Спутник был выведен на орбиту с космического шаттла "Дискавери" в ходе миссии STS-48 15 сентября 1991 года. Он вышел на околоземную орбиту на оперативной высоте, с орбитальным наклоном 57 градусов. Первоначально планировалось, что миссия продлится всего три года, но она несколько раз была продлена. Когда миссия завершилась в июне 2005 года из-за сокращения финансирования, спустя 14 лет после запуска спутника, шесть из десяти его приборов оставались работоспособными. В начале декабря 2005 года был выполнен заключительный импульс для снижения орбиты, чтобы подготовить спутник к спуску с орбиты. 26 октября 2010 года Международная космическая станция выполнила маневр уклонения от обломков в связи с возможным сближением с UARS. Выведенный из эксплуатации спутник вошел в атмосферу Земли 24 сентября 2011 года. Это событие привлекло большое внимание средств массовой информации, главным образом из-за прогнозов НАСА о том, что значительные части спутника могут достичь поверхности Земли, потенциально создавая угрозу населенным пунктам. Однако в конечном итоге спутник упал в отдаленном районе Тихого океана.

Криогенный эталонный спектрометр с массивом лимб (CLAES)

CLAES был спектрометром, который определял концентрации и распределение соединений азота и хлора, озона, водяного пара и метана. Эта платформа создала первые глобальные карты хлорированных соединений, разрушающих озоновый слой. Это достигалось путем определения количества газов в атмосфере на основе измерения уникальной инфракрасной сигнатуры каждого газа. Для того чтобы выделить относительно слабую сигнатуру микрокомпонентов из фонового излучения атмосферы, CLAES требовал высокого разрешения и чувствительности. Для этого в приборе были объединены телескоп и инфракрасный спектрометр. Весь прибор криогенно охлаждался, чтобы тепло, выделяемое прибором, не влияло на измерения. Криогенная система состояла из внутреннего резервуара с твердым неоном при температуре −257 °C (−430 °F) и внешнего резервуара с твердым диоксидом углерода при температуре −150 °C (−238 °F). Испарение неона и диоксида углерода поддерживало охлаждение прибора в течение запланированных 19 месяцев. Конкретные задачи ISAMS заключались в следующем: (i) получение измерений атмосферной температуры как функции давления от тропопаузы до мезопаузы с высокой точностью и пространственным разрешением, и, следовательно, изучение структуры и динамики этого региона; (ii) исследование распределения и изменчивости водяного пара в средней атмосфере, определение его роли в общей циркуляции атмосферы, а также его источников и поглотителей в средней атмосфере; (iii) измерение глобального распределения оксидов азота и, как следствие, исследование их происхождения и роли в каталитических циклах, контролирующих количество озона в стратосферном озоновом слое. Также были проведены обширные наблюдения вулканических аэрозолей и полярных стратосферных облаков в средней атмосфере. Прибор работал с сентября 1991 года по июль 1992 года.

Микроволновой датчик конечностей (MLS)

МЛС обнаружил естественное микроволновое тепловое излучение от края Земли для создания вертикальных профилей атмосферных газов, температуры, давления и ледяных облаков. МЛС смотрит под углом 90° к орбите UARS. Тепловое излучение поступает в прибор через антенную систему, состоящую из трех зеркал. Антенна механически сканирует в вертикальной плоскости через лимб атмосферы каждые 65,5 секунды. Сканирование охватывает диапазон высот от поверхности до 90 км (55 миль). Попадая в прибор, сигнал от антенны разделяется на три сигнала для обработки разными радиометрами. Радиометр 63 ГГц измеряет температуру и давление. Радиометр 183 ГГц измеряет водяной пар и озон. Радиометр 205 ГГц измеряет хлорид оксида (ClO), озон, диоксид серы, азотную кислоту и водяной пар. Вертикальное сканирование атмосферы осуществлялось путем отслеживания Солнца во время оккультации. Сканирование позволяет измерить количество солнечной энергии, поглощаемой газами в атмосфере. Для обеспечения сканирования прибор состоял из двух частей: оптического блока на двухосном карданном подвесе и фиксированного блока электроники. Оптический блок содержит телескоп, собирающий солнечную энергию, а также датчики газов. Электронный блок обрабатывает данные, управляет двигателями и обеспечивает питание прибора.

Допплеровский изобразитель высокого разрешения (HRDI)

HRDI наблюдал линии излучения и поглощения молекулярного кислорода над лимбом Земли, использует доплеровский сдвиг линий для определения горизонтальных ветров и использует форму и интенсивность линий для получения информации о температуре и составе атмосферы. Прибор состоит из двух частей: телескопа и интерферометра, который включает в себя оптическую платформу и вспомогательную электронику. Телескоп использовал узкое поле зрения, чтобы предотвратить искажение результатов из-за изменения доплеровского сдвига по полю зрения. Сигнал от телескопа передается в процессор по оптоволоконному кабелю. HRDI осуществлял научные наблюдения с ноября 1991 года по апрель 2005 года. Прибор состоит из интерферометра, который передает изображение на ПЗС-камеру. Два телескопа (под углом 45 и 135 градусов) оснащены бафлами длиной один метр каждый для уменьшения влияния рассеянного света при дневных наблюдениях. Изображения от телескопов располагаются рядом друг с другом на ПЗС-матрице, что позволяет получать оба изображения одновременно.

Монитор спектрального излучения солнечного ультрафиолета (SUSIM)

SUSIM измеряла ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца. Наблюдения проводились как в вакууме, так и при затмениях Солнца атмосферой. Это позволило сравнить количество УФ-света, достигающего Земли, и количество, поглощаемого верхними слоями атмосферы. Из-за высокой энергии УФ-излучения, деградация прибора является серьезной проблемой. Для решения этой проблемы прибор содержал два идентичных спектрометра. Один использовался почти непрерывно в течение светлой части орбиты UARS, а второй – редко, для проверки чувствительности первого.

Эксперимент по сравнению солнечной звездной радиации (SOLSTICE)

Эксперимент по сравнению солнечной и звездной иррадиации был разработан для измерения солнечного излучения. Прибор использовал новый подход к калибровке: вместо калибровки по внутренней эталонной лампе, он регулярно проводил измерения ярких голубых звезд, которые теоретически обладают очень стабильным излучением на протяжении интервалов времени, сопоставимых со сроком службы космического аппарата. Входная щель прибора была настраиваемой для солнечных или звездных режимов, чтобы компенсировать огромную разницу в яркости объектов наблюдения. Помимо звезд, SOLSTICE также периодически проводил измерения объектов по возможности, включая Луну и другие объекты Солнечной системы.

Монитор облучения II с активным радиометром (ACRIM2)

Прибор ACRIM2 на спутнике UARS измерял полное солнечное излучение (TSI) – общее количество солнечной энергии, достигающей Земли, – продолжая базу данных об изменении климата, начатую в 1980 году экспериментом ACRIM1 в рамках миссии «Солнечный максимум» (SMM). Результаты эксперимента ACRIM1 впервые позволили обнаружить внутренние вариации TSI и их связь с явлениями солнечной магнитной активности. Эксперименты ACRIM подтвердили, что вариации TSI происходят практически на всех временных масштабах, от двухминутного интервала наблюдений до десятилетий, охватываемых существующей записью TSI. Точное знание TSI и его изменений во времени имеет решающее значение для понимания изменения климата. Недавние исследования показывают, что внутренние вариации TSI оказали значительно большее влияние (до 50%) на глобальное потепление в индустриальную эпоху, чем ранее предполагалось в глобальных моделях циркуляции (ГЦМ). Глубокие социологические и экономические последствия понимания относительного вклада природных и антропогенных факторов в изменение климата делают необходимым бережное поддержание базы данных TSI – важнейшего компонента исследований изменения климата – в обозримом будущем. Эксперимент UARS/ACRIM2 был важной частью создания долгосрочной базы данных TSI.

Ожирение спускающейся орбиты

UARS была выведена из эксплуатации 14 декабря 2005 года. Окончательные импульсы снижения перигея понизили орбиту до 518 км x 381 км. За этим последовала пассивация систем спутника. 26 октября 2010 года Международная космическая станция выполнила маневр уклонения от обломков в ответ на сближение с UARS. К 23 сентября 2011 года орбита UARS снизилась настолько, что ожидалось, что 26 обломков переживут вход в атмосферу и достигнут поверхности, самый крупный из которых имел расчетную массу , возможно, достигая поверхности со скоростью . Меньшие обломки, как ожидалось, достигнут поверхности со скоростью до .
В 07:46 UTC 24 сентября 2011 года NASA опубликовало обновленное заявление на веб-сайте UARS, в котором говорилось: "Совместный центр космических операций на авиабазе Ванденберг в Калифорнии сообщил, что спутник вошел в атмосферу над Тихим океаном". Точное время и место входа в атмосферу первоначально не указывались. Николас Джонсон, главный ученый NASA по космическому мусору из Космического центра имени Джонсона, заявил: "Мы не знаем, где может находиться область распространения обломков. Возможно, мы никогда этого не узнаем". Однако позже Объединенный центр космических операций объявил, что вход в атмосферу произошел в 04:00 UTC 24 сентября, в , недалеко от Американского Самоа. По данным NASA, область распространения обломков спутника простиралась между координатами вниз по траектории, преимущественно к северо-востоку от этой точки.