航天卫星：风神卫星使用强大的紫外激光雷达测量太空风速！

这是地球观测最顽固和关键数据缺口之一的关闭时间：全球风速。欧洲航天局（ESA）卫星定于明天开始从法属圭亚那发射 - 经过近20年的挑战性工程和天气延迟 -将是第一个直接测量从地球表面到平流层的风速和风向的卫星。

风是天气和气候的关键决定因素，但大多数风力数据仍然来自气象气球。商用喷气式飞机的读数补充了气球每天两次的采样，以及从跟踪移动云，大气温度和海面粗糙度的卫星推断的估计值。结果是不完整的风记录增加了天气预报的不确定性。

这颗名为Aeolus的新卫星将首次在太空部署风力激光雷达，从而改善这些测量。它基本上是相同的光脉冲物体检测技术，可以帮助警察执行速度限制和自动驾驶车辆导航道路。但是，不是通过用激光瞄准汽车来检测运动，而是测量反射回来的光子中的多普勒频移，风神将在地球上空320公里处对空气中的分子和气溶胶进行瞄准。

“这本来就很困难。从大气成分的反向散射信号相当微弱，所以你需要一个比较大的激光器和一个大型望远镜收集足够的光子，解释说：” 迈克尔·哈迪斯蒂，在激光雷达专家和资深研究科学家合作研究所的研究环境科学的基础在科罗拉多州的博尔德，科罗拉多大学和国家海洋与大气管理局的合作伙伴关系。Hardesty服务于ESA的Aeolus任务咨询小组。

在Aeolus工作的科学家必须组装他们自己的紫外激光器，因为现有的紫外激光器是为核武器模拟而建造的，因此被分类。到2005年，它们具有适当强大且稳定的激光，每秒脉冲50次。利用望远镜和双接收器，该团队可以测量激光从大气分子（主要是氮）或粒子的反射，并根据其频率，识别平均风向和速度。

然后，当团队添加镜子和镜头并在真空中运行设备时，一个潜在的showstopper出现了。激光的强大脉冲将光学表面加热到1,700°C，损坏了它们的涂层。并且通过真空从仪器的半导体吸收的挥发性有机化合物（VOC）在透镜上形成碳层。

十年过去了，Aeolus团队开发了坚固的涂层，并为烟灰堆积提供了一种解决方案 - 添加氧气罐并连续不断地渗出微量元素以烧掉激光雷达仪器中的VOC。最后，去年年底，科学家对整艘宇宙飞船进行了真空测试。总之，额外的工作使任务的成本超过50％，估计为4.81亿欧元（5.6亿美元）。

牛逼omorrow的推出被认为将风神在倾斜的极地轨道，送它和地球周围大约每隔90分钟。当它的激光雷达直视地球时，卫星应该产生连续的风廓线，从行星上方30公里处开始向下到达地面，或者到达足够厚的云以衰减其光束。

Aeolus的数据将极大地改善当今最稀薄的风测量区域的天气和气候科学，例如海洋和热带地区。专家预计大西洋飓风登陆预测会有显着改善，模拟表明它可以将台风路径预测的准确度提高9％。

欧洲航天局甚至希望这颗卫星能够发现一些风暴，否则会给预报员带来惊喜。例如，2014年3月，一个天气系统在没有任何预警的情况下淹没了北欧，因为模型在热带太平洋上空无法看到强烈的西风。

总部位于巴塞罗那的气象分析公司Vortex的研发总监Gil Lizcano表示，该卫星的数据还将有助于调整算法，以更准确地预测风力“上升”和“减速”事件，当风速从低变高时发生速度，反之亦然。目前，这种激增 - 以及风力涡轮机强制发电厂的输出相应上升或下降，以进行最后一刻的调整，这对风电场所有者和电网运营商来说都是昂贵的。

美国宇航局总部位于华盛顿特区的风力探测专家盖尔斯科弗罗尼克杰克逊称，风神有足够的燃料和氧气进入轨道只有三到四年，但美国的任务可能随之而来。1月，国家科学院的一份报告确定了风作为“高优先级目标可观察者”，杰克逊指出。硬件已经初具规模：NASA飞机最近展示了由Hardesty团队和位于科罗拉多州的Ball Aerospace开发的新型风激光雷达。