Desenvolvido com financiamento do NASA Earth Science Technology Office Instrument Incubator Program, o CloudCube transmite e recebe sinais nas bandas Ka, W e G, tornando-se o primeiro sistema de radar compacto capaz de sondar simultaneamente alvos meteorológicos em comprimentos de onda que abrangem aproximadamente de um a dez milímetros. Os pesquisadores poderão combinar as informações dos três sinais para aprender mais sobre o início e a evolução da precipitação, bem como sobre a microfísica das nuvens e suas propriedades radiativas.
“Estamos criando um instrumento de baixa potência e baixa massa para viabilizar novas missões econômicas para observações atmosféricas. Construir um radar multifaixa, especialmente na banda G, é algo muito inovador”, disse Raquel Rodriguez Monje, engenheira de sistemas do JPL e principal investigadora do CloudCube.
Cada um dos três sinais do CloudCube observa um aspecto diferente da física das nuvens. Sinais de radar na banda Ka são ideais para coletar perfis de precipitação; sinais de radar na banda W são preferidos para medir partículas de nuvem que dão origem à precipitação; e sinais de radar na banda G, que nunca haviam sido coletados por um instrumento baseado no espaço, são ideais para medir o conteúdo de gelo e de água líquida no interior de nuvens muito leves (um artigo descrevendo essa medição pode ser encontrado aqui).
Sondar a atmosfera simultaneamente com três sinais permite que os pesquisadores coletem dados sobre todas essas características das nuvens de uma só vez, o que é valioso para melhorar as previsões meteorológicas e, especialmente, a modelagem climática. O CloudCube aproveita inovações em hardware de ondas milimétricas para empacotar três módulos de radar — um para cada sinal — dentro de um único sistema compacto.
Uma inovação do CloudCube envolve componentes especializados necessários para transmitir potência na banda G a partir de um instrumento compacto e de baixa potência. A detecção de sinais de nuvens requer alta potência de transmissão, que o CloudCube alcança combinando as saídas de múltiplos dispositivos de multiplicação de frequência de alta eficiência, permitindo que o instrumento gere centenas de miliWatts a 240 GHz. Outra inovação do CloudCube é que ele foi projetado para usar o menor número possível de componentes de radiofrequência, a fim de reduzir sua massa e consumo de energia, o que pode diminuir o custo de futuros instrumentos orbitais de observação da Terra.
Voar um instrumento equipado com radar na banda G no espaço será uma nova capacidade e permitirá que os pesquisadores obtenham maior resolução espacial e sensibilidade no estudo de processos microfísicos das nuvens.
“Basicamente, estamos pesando nuvens usando essas combinações de frequências de um jeito que não era possível antes de termos a banda G”, disse Matt Lebsock, pesquisador do JPL e co-investigador do CloudCube.
O instrumento foi testado em campo. Um protótipo terrestre do canal na banda G do CloudCube operou continuamente por 11 meses durante a campanha Department of Energy’s Cloud and Precipitation Experiment em Kennaook (CAPE-K). O CloudCube também participou da Eastern Pacific Cloud Aerosol Precipitation Experiment, uma campanha terrestre patrocinada pelo Department of Energy. Um artigo descrevendo os resultados desse experimento pode ser encontrado aqui.
Mais recentemente, o CloudCube operou com sucesso todas as três faixas de frequência a partir da aeronave Gulfstream III da NASA e coletou suas primeiras observações a bordo de neve como parte da campanha North American Upstream Feature-Resolving and Tropopause Uncertainty Reconnaissance Experiment — uma campanha financiada pela NASA, projetada para melhorar as previsões de condições meteorológicas de inverno de alto impacto. A equipe do CloudCube está atualmente calibrando e processando os dados para disponibilização ao público.
Para mais detalhes, consulte a entrada deste projeto em NASA TechPort.
Líder do Projeto: Dr. Raquel Rodriguez Monje, Jet Propulsion Laboratory da NASA
Organização Patrocinadora: NASA’s Earth Science Technology Office Instrument Incubation Program