Новое ПО NASA моделирует научные миссии для наблюдения за пресной водой на суше
Сегодня ученые имеют больше инструментов для наблюдения за сложными системами Земли, чем когда-либо — от радарных приборов размером меньше обувной коробки до радиометров размером с пакет молока. Однако это изобилие доступных сенсоров создает уникальную проблему: как исследователям организовать эти разнообразные инструменты наиболее эффективным способом для полевых кампаний и научных миссий?
Чтобы помочь ученым максимизировать ценность научных миссий, Барт Форман, адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Мэриленда, и команда исследователей из Института технологий Стивенса и Центра космических полетов имени Годдарда NASA создали прототип Эксперимента по моделированию наблюдательной системы (OSSE) для проектирования миссий по мониторингу запасов пресной воды на суше.
Запасы пресной воды на суше — это интегрированная сумма пресной воды, распределенной в снежном покрове, почвенной влаге, растительном пологе, поверхностных водоемах и подземных водах Земли. Это динамическая система, которая не поддается традиционным, статическим системам научного наблюдения.
Проект Формана опирается на:
- Предыдущие технологические достижения из более раннего проекта Управления технологий наук о Земле (ESTO), в рамках которого он разработал OSSE для картирования снежного покрова.
- Инновации, созданные в рамках NASA's Land Information System (LIS) и NASA's Trade-space Analysis Tool for Designing Constellations (TAT-C) — двух инструментов моделирования, которые стали основными в сообществе наук о Земле.
Инструмент Формана объединяет эти программы моделирования в новую систему, которая предоставляет исследователям настраиваемую платформу для планирования динамических наблюдательных миссий с использованием разнообразных наборов космических данных.
Кроме того, инструмент включает средство оценки стоимости «доллары-на-науку», позволяющее оценивать финансовые риски предлагаемой миссии.
Вместе эти функции дают ученым возможность связать наблюдения, ассимиляцию данных, оценку неопределенностей и физические модели в единой интегрированной системе.
Ключевые особенности и новизна:
- Интеграция разнородных данных: Способность объединять наблюдения с космических пассивных оптических радиометров, пассивных микроволновых радиометров и радарных источников является значительным технологическим достижением. Каждый из этих косвенных наблюдений содержит ценную информацию, но также и свои уникальные ошибки, которые необходимо корректно интегрировать с моделью поверхности суши.
- Объединение LIS и TAT-C: Программное обеспечение сочетает LIS и TAT-C в единой структуре, расширяя возможности обеих систем для создания более точных описаний глобальной гидрологии суши.
- Командная работа: Форман подчеркивает важность большой и разнообразной команды, включающей экспертов из сообществ наук о Земле и моделирования.
Создав OSSE, способный включать динамические космические наблюдения в модели планирования миссий, Форман и его команда надеются, что будущие исследователи продолжат их работу.
Перспективы развития:
- Текущая версия фокусируется на планировании миссий для существующих датчиков.
- Расширенная версия ПО могла бы помочь определить, как использовать гипотетические будущие сенсоры для сбора новых данных.
- С помощью TAT-C можно моделировать такие параметры, как удвоение ширины полосы обзора, и изучать компромиссы между характеристиками ошибок и научной отдачей.