Propomos uma nova abordagem para sensoriamento atmosférico em altitudes de 30-100 km usando traçadores levitados fotoforeticamente. Essas estruturas leves aproveitam a luz do Sol para permanecer suspensas por até meses em altitudes controladas e podem ser rastreadas remotamente por lidar ou radar baseados em satélite. Diferentemente de aerossóis naturais, esses traçadores são projetados para produzir retroespalhamento intenso e ajustável em comprimentos de onda padrão de sensoriamento remoto, permitindo medições passivas, persistentes e seletivas por altitude de vento, temperatura e pressão em uma região que é criticamente submedida pelos sistemas existentes.
O conceito aborda uma grande lacuna nas capacidades atuais de sensoriamento. A mesosfera e a estratosfera superior desempenham um papel-chave na dinâmica atmosférica, na consciência do domínio espacial, no space weather e na navegação de plataformas em altas altitudes. Apesar da importância dessa região, a coleta de dados continua sendo um desafio. O near-space é alto demais para voos sustentados de balões e baixo demais para satélites orbitarem. Além disso, as concentrações das espécies atmosféricas existentes são muito baixas para técnicas de sensoriamento remoto como lidar e radar. Traçadores fotoforéticos oferecem uma nova solução: uma camada estratificada e persistente de pontos inertes de retroespalhamento não tóxicos que não requerem energia, propulsão ou controle a bordo. Esses traçadores podem ser implantados via balões de alta altitude ou foguetes e atingem autonomamente suas altitudes-alvo com base em sua geometria e revestimentos.
Em uma missão representativa, milhares de traçadores são liberados de um balão leve em torno de 30 km. Os traçadores sobem até sua altitude-alvo de 90-100 km, na ionosfera inferior. O lidar baseado em satélite rastreia o movimento deles ao longo de suas vidas úteis de cerca de um mês. As trajetórias dos traçadores permitem mapear continuamente cisalhamento do vento, gradientes térmicos e perfis de pressão com resolução subquilométrica e cadência horária. Os dados em tempo real coletados são usados para calibrar condições de contorno de modelos de space weather no domínio ionosférico. À medida que mais dados são coletados, as capacidades preditivas desses modelos melhoram, levando a maior consciência situacional e resiliência das comunicações no near-space e na LEO. Outras implantações iniciais poderiam, por exemplo, apoiar melhorias em modelos meteorológicos nos trópicos e monitorar condições atmosféricas sobre spaceports.
Este trabalho se baseia em resultados experimentais emergentes em voo fotoforético, com validação em laboratório da levitação em condições de near-space e simulações iniciais de dispersão e visibilidade dos traçadores. Modelos de retroespalhamento confirmam a viabilidade de detecção orbital usando sistemas comerciais de lidar. Os traçadores são projetados para se desintegrar com segurança ao final da vida útil e são compatíveis com técnicas de fabricação escaláveis. Ao projetar o próprio meio de espalhamento, este conceito inverte o sensoriamento remoto atmosférico tradicional. Ele viabiliza sistemas de sensoriamento por satélite com menor-SWaP-C e uma classe fundamentalmente nova de ferramentas de medição persistente para segurança nacional, meteorologia, heliophysics e exploração planetária.
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