研究人员指南 ： 地球观测
国家航空航天局研究人员指南 ：地球观测 本国际空间站 （ ISS ） 研究人员指南由美国宇航局国际空间站计划科学 fi CE 。作者:William L. Stefanov 博士林赛 · 琼斯Atalanda K. CameronLisa A. Vanderbloemen 博士Cynthia A. Evans 博士执行编辑:Bryan Dansberry技术编辑 ： Carrie Gilder设计师 ： Cory Duke发布日期 ： 2013 年 6 月 11 日修订:一月2020盖和后盖:a. 日本实验模块暴露设施 （ JEM - EF ） 的照片。这张照片是2018 年 6 月 4 日 ， 在第 56 次探险期间使用外部高效能 fi nition 相机 (EHDC) 1 。b 。拍摄于 2018 年 7 月 10 日的 Momotombo 火山照片。该活跃的平流火山位于在尼加拉瓜西部 ， 并在 1902 年被描述为 “吸烟恐怖 ” 。地热 fi 场围绕这座火山创造了理想的条件 ， 以产生热的可再生能源。c. 拍摄于 2018 年 6 月 29 日的马达加斯加 Betsiboka 河三角洲的照片。这条河是由交织的通道组成 ， 将沉积物从山上运送到 Bombetoka 湾和莫桑比克海峡。由于沉重的沉积物形成了沉重的岛屿自 1950 年代以来 ， 马达加斯加的森林砍伐。2 实验室是开放的以每秒近 5 英里的速度绕地球运行 ， 一个结构是Nearly the size of a football fi eld and weight almost a million pounds. The国际空间站 （ ISS ） 是国际合作的证明and signi fi can achieves in engineering. Beyond all of this, the ISS is a真正独特的研究平台。可以发现的可能性通过对国际空间站进行研究是无止境的 ， 并且有可能为地球上更大的生命做出贡献 ， 并激励几代人研究人员来。随着我们充分利用 ISS 作为国际实验室 ， 现在是时候研究人员提出新的研究和发现揭示无法使用传统的 de fi Ned 的新颖回应地球上的方法这些圆形的星径和它们下面的地球上五颜六色的彩虹是通过结合 18长时间曝光成合成照片的图像。前景中的蓝白色斑点看起来类似于棉球是来自地球风暴的闪电。这张图片描绘了国际用户的许多创造性方式之一空间站可以观察到下面的地球奇迹 ， 广阔的太空及其以外的许多恒星。从这个有利位置 ， 我们寻求了解我们宇宙的起源和组成。 4 国际空间站的独特功能研究环境1. 微重力， 或失重 ， 改变了许多可观察到的现象在物理和生命科学中。受影响的系统和过程微重力包括表面润湿和界面张力 ， 多相影响和传热 ， 多相系统动力学 ， 固化 fi 阳离子 ， 以及fi re 现象和燃烧。微重力诱导了大量的从细菌到人类的生物体变化 ， 包括全球基因表达的改变和细胞的三维聚集进入组织样结构。2. 极端条件在国际空间站环境中 ， 包括暴露于极端环境冷热循环、超真空、原子氧和高能辐射。暴露于这些极端的材料的测试和鉴定条件提供了数据 ， 使制造长 -地球上使用的生命可靠的组件以及世界上最复杂的卫星和航天器部件。3. 低地球轨道倾斜 51.6 度 ， 轨道 90 分钟为国际空间站提供了一个独特的有利位置 ， 海拔高度约为249 英里 （ 400 公里 ） 和 90 ％ 以上的轨道路径Earth ’ s population. This flight path can provide improved space resolution和与太阳同步轨道相比的可变照明条件典型的地球遥感卫星。5 目录为什么使用 ISS 作为遥感平台 ？国际空间站对地球观测的优势和挑战ISS 轨道参数789过去研究的结果101011来自乘务员平台 （ ISS 之前 ） 的早期遥感国际空间站的地球科学研究研究机会当前有效载荷1212121521212222222530内部有效载荷外部有效载荷已计划 未来 有效载荷内部 有效载荷外部 有效载荷已完成 有效载荷内部 有效载荷外部 有效载荷未来地球观测传感器业务支持经验教训3133设施3839404146ISS 视窗内部设施外部设施ISS 指向、接口和环境信息资助、开发和开展国际空间站研究国家资金来源4747474748484949NASA SMD （ 玫瑰 ）NASA SMD EXPLORER / SALMONNASA SMD Earth Venture (EV)ISS 美国国家实验室其他政府机构国际资金来源引文首字母缩略词50536 为什么使用 ISS 作为遥控器传感平台?根据当前的国家航空航天科学计划行政 （ NASA ） 科学任务局 ， 以下是优先事项地球科学的科学问题和目标。科学问题• 全球地球系统如何变化 ？是什么导致了地球系统的这些变化 ？• 未来地球系统将如何变化 ？• 地球系统科学如何提供社会利益 fi t ？科学目标• 促进对地球辐射平衡 ， 空气变化的理解大气成分变化导致的质量和臭氧层（ 大气成分 ）• 提高预测天气和极端天气事件 （ 天气 ） 的能力• 检测和预测地球生态系统和生物地球化学循环的变化 ，包括土地覆盖、生物多样性和全球碳循环 (碳循环和生态系统)• 能够更好地评估和管理水质和水量准确预测全球水循环如何响应气候变化（ 水和能量循环 ）• 通过更好地理解气候变化的作用 ， 提高预测气候变化的能力以及气候系统中海洋、大气、陆地和冰的相互作用（ 气候变化和气候变化 ）• 表征地球表面和内部的动力学 ， 改善评估和应对自然灾害和极端事件的能力（ 地表和内部 ）• 进一步利用地球系统科学研究为决策提供信息并提供fi 对社会的好处地球是一个复杂的动态系统 ， 我们还没有完全理解。系统 ， 就像人体一样 ， 由不同的组件组成 ， 这些组件在复杂的方法。为了回答上述问题并解决目标 ，我们需要了解地球的大气层 ， 岩石圈 ， 水圈 ，冰冻圈和生物圈是单个连接系统的贡献元素。我们的星球在所有的空间和时间尺度上都在变化。7 地球科学计划是推进我们对地球的科学认识系统及其对自然和人为变化的反应 ， 并改善我们的预测气候、天气和自然灾害的能力。NASA 地球科学部门的一个主要组成部分是一系列协调的卫星和机载任务 ， 用于陆地表面的长期全球观测 ，生物圈、固体地球、大气层和海洋。是系统的方法允许为了更好地了解地球作为一个综合系统。 NASA 继续开发和启动基础任务 ， 新的十年调查任务 ， 以及气候连续性任务。 ISS 提供独特的功能和新的遥感研究和应用的机会。国际空间站对地球观测的优势和挑战虽然 NASA 和其他太空机构已经有遥感系统在轨道上运行自 20 世纪 70 年代初以来 ， 地球和收集公开可用的数据 ， 这些传感器主要搭载在免费的无人卫星上。通常被放置在太阳同步极地轨道上 ， 允许重复用大致相同的太阳对地球的整个表面进行成像在特定的 fi c 区域上的照明 (通常是当地的太阳中午) ， 设定了重访时间。<unk> 是数据收集过程允许在很长一段时间内采取统一的数据并实现随时间变化的直接分析。<unk> e ISS 是一个遥感平台 ， 从几个角度来看是独一无二的 ：自动化遥感平台 ， 它有一个人类船员 ， 低轨道高度 ， 和提供可变视图和照明的轨道参数。机组人员的存在提供了机器人传感器和平台不可用的选项 ， 例如使用手持数码相机收集展开事件的计划外数据作为船员地球观测设施的一部分 ， 并实时评估是否环境条件 (如云层) 有利于数据收集。<unk> e 船员还可以交换内部传感器系统和安装在窗口观察研究设施 (WORF) 在需要的基础上。8 ISS 轨道参数<unk> e ISS 有一个倾斜的、太阳异步的轨道 (数据的太阳照明任何位置的集合随着地球轨道的进动而变化)在地球上北纬 51.6 度和 51.6 度之间的位置度南面。ISS 轨道的平均高度为海拔 400 公里 （ 约 249 英里 ） 。由于大气阻力 ， 需要将国际空间站重新提升到最大高度大约每 90 天。由于轨道轨道向西进动 ，国际空间站每三到四天在同一地点有一个近似的重复时间在大约 63 天的周期中重复类似的照明条件赤道 ， 不校正季节性照明变化 (Stefanov 等人 ， 2017 年) 。<unk> e 国际空间站轨道覆盖了地球上 90% 以上的有人居住的表面 ，允许国际空间站在白天和黑夜的不同时间越过地面位置。<unk> 是轨道平面的重要原因主要有两个:1 ） 某些表面和大气过程具有时变特征 ，全天变化或发生在fi x 赤道穿越以外的时间时间 (例如 ， 沿海的发展雾库) ， 使相关数据 di š 邪教从太阳同步卫星收集平台。ISS2 ） 具有适当的目标或指向系统 ， 国际空间站轨道提供传感器收集数据的机会大多数 NASA 卫星都在两极上运行 ， 但是国际空间站的轨道倾斜 51.6 °,这允许大约 90% 的成像地球人口稠密的表面。航天飞机任务经常从 NASA 肯尼迪航天中心发射以 28.5 ° 倾角发射。用于短期事件 ， 如自然事件灾难 ， 极地轨道卫星可能错过了 ， 因为他们的轨道动力学。从本质上讲 ， 国际空间站可以 “正确 ” 。地点和正确的时间 “收集数据（ Stefanov 和 Evans 2015 ； Gebelein 和 Eppler 2007 ） 。这些能力使ISS 数据将与极地轨道卫星数据互补。9 过去研究的结果来自乘务员平台 （ ISS 之前 ） 的早期遥感NASA 拥有 50 多年的太空遥感遗产。在 1950 年代后期的无人水星测试中 ， 数百个照片被拍摄 ， 并被证明对科学界有用。在 1960 年代初期 ， 拍摄了大约 55 张手持照片。在双子座的 10 个有人驾驶的 Flight 期间计划 （ 1963 - 1966 ） ， 拍摄了大约 2, 400 张照片。在阿波罗计划期间(1961 - 1972) ， 立体帧是第一次从太空拍摄的。在阿波罗任务期间 ， 调查人员还验证了应用的概念从空间到植被的多光谱、多时相图像对土地使用的监测。在三次载人天空实验室任务期间 (1973 -1974) ， 进行了地球资源研究。实验包 （ EREP ） 由一组复杂的测试组成 ， 涉及多个机载仪器 (相机、多光谱扫描仪、光谱仪、和微波设备) 与 fi 现场调查和航空遥感和数百名科学家 (Amsbury 1989) 。直接发展无人卫星遥感系统（ 例如 ， Landsat 系列 ） 继续构成 NASA 能力的核心从太空检查和监测地球系统 (Green 和 Jackson 2009) 。在航天飞机计划 （ 1981 - 2011 ） 期间 ， 太空摄影继续除了其他科学实验。在两次任务中 (1994 年 4 月 / 10 月) ，星载成像雷达 - C / X 波段 (SIR - C / X) 合成孔径雷达(SAR) 是属于自己的。是有史以来建造的最先进的民用 SAR ， 提供来自太空的 fi rst 多频数据集。有关地球不断变化的环境的信息 ， 同时开辟了新的领域星载成像雷达数据的潜在用途 ， 包括自然灾害评估。 2000 年 2 月 11 日 ， 航天飞机雷达地形任务（ SRTM ） 在奋进号航天飞机上的有效载荷发射到太空。 SRTM在其运行的 10 天内获得了足够的数据 ， 以获得 fi 有史以来第一次 ，地球地形的近全球高分辨率数据集 ， 几乎覆盖地球陆地表面的 80 ％ （ Farr 等人 ， 2007 年 ） 。<unk> e Shuttle - Mir (1995 - 1998) 计划是美国和苏联 / 俄罗斯。在其九次任务中 ， 超过 22, 000 个地球拍摄的图像记录了长期研究地点和动态事件地球表面。这些事件包括土地利用变化、季节性变化和长期气候变化 ， 大气事件 ， 海洋和沿海
