《英国国家物理实验室(NPL)参与欧盟“哥白尼”地球观测计划,为Sentinel-4卫星提供关键技术支撑,推动欧洲空气质量监测能力提升》

  • 编译者: 李晓萌
  • 发布时间:2025-08-18
  • 近日,英国国家物理实验室(NPL)为先进空气质量传感器Sentinel-4本月随MTG-S1卫星成功发射而深感自豪。

    Sentinel-4于2025年7月1日搭载MTG-S1卫星从卡纳维拉尔角升空,是一项旨在监测全欧洲空气质量的突破性任务。该任务的核心是一台先进的紫外-可见-近红外(UVN)光谱仪,NPL为其提供了关键测试设施,用于在发射前验证仪器性能。

    此次任务隶属于“哥白尼”地球观测计划,英国作为该计划的主要贡献方之一,与欧盟伙伴携手合作,标志着欧洲在近实时观测与应对大气变化方面取得重大进展。

    在Micos Engineering GmbH牵头的联合项目中,NPL为Sentinel-4提供了飞行前对准、集成与测试(AIT)光学地面支持设备(OGSE)。该设施包含一系列光源、激光器和光学测试卡,用于在仪器组装阶段确保其机械与光学性能。

    Sentinel-4的核心使命是提供每小时更新的关键大气污染物数据,包括:臭氧(O?)、二氧化氮(NO?)、二氧化硫(SO?)、甲醛(HCHO)及气溶胶。这些数据将大幅提升污染追踪与空气质量预报能力,为英国空气质量战略和欧盟零污染行动计划等重大环境政策的实施提供科学支撑。

    Sentinel-4 AIT OGSE将用于全部四台飞行型号。第二台Sentinel-4仪器(B 型)计划于2030年代随MTG-S2卫星发射,C型和D型则将在2040年代相继升空,从而确保大气监测的长期连续性。

    Sentinel-4 AIT OGSE是NPL开发的首套此类设施,随后为CNES/UKSA MicroCarb任务打造的STAR-cc-OGSE设施也已成功投入使用——该卫星已于2025年7月26日发射。目前,STAR-cc-OGSE正在进一步升级,以满足TRUTHS任务的需求;与此同时,其姊妹设施——小型卫星定标中心(SSCF)也已新近落成,专用于小型商业载荷的校准。

    NPL首席科学家兼学科负责人Paul Green博士表示:“Sentinel-4是一项雄心勃勃的任务,旨在以高精度、高空间和时间分辨率监测欧洲乃至更广区域的空气污染,其成果将直接、迅速地惠及整个大陆的健康福祉。我们自豪能够凭借NPL在光学设施设计与卫星传感器表征方面的专业能力,为这一使命提供支持。”

    核心项目团队由地球观测气候与光学组的Paul Green博士领衔,成员包括John Mountford、Paul Miller博士、David Gibbs、Victoria Montag、Mike Parfitt和Faye Lai,并得到了尺寸与电磁计量部门以及机械加工车间同事的支持。

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    • 编译者:李晓萌
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    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-06-12
    • 近日,英国国家物理研究院(NPL)正在与欧洲航天局(ESA)的导航创新支持计划(NAVISP)和英国航天局(UKSA)合作开发下一代定位、导航和授时(PNT)技术。 天基PNT技术是国家基础设施的重要组成部分,是我们日常生活的基础,从通信和运输系统到计算机网络。然而,现在认识到需要提高未来PNT系统的鲁棒性,以在与来自全球导航卫星主时钟的时钟信号的连续同步丢失的延长时间段内保持和提高授时精度。这种信号拒绝可能是由于太空天气、系统故障或敌对行动。 一种解决方案是开发具有低尺寸、低重量和低功率的坚固便携式光学时钟(SWAP),其具有比微波系统更好的精度。空间可展开立方体光腔技术是实现这一目标的关键组成部分。 目前,全球导航卫星上的原子钟使用微波辐射锁定特定稳定的原子微波吸收参考频率。在过去的十年里,激光在高得多的频率下询问并锁定光学原子吸收的光学原子钟已经证明大大降低了微波钟的不确定性。光学时钟中的激光器需要精确的频率控制,对于“时钟激光器”,还需要额外的预稳定以实现超窄线宽。NPL的立方体光学腔充当紧凑的光电时钟控制单元,并保持时钟激光器和光学时钟操作所需的所有辅助激光器的频率稳定。 通过该项目,由英国航天局根据欧空局的NAVISP计划提供支持,NPL将增强其当前的立方腔技术,以创建一个低SWAP时钟控制单元(LS-CCU),专门用于PNT技术的下一代光学时钟。该装置的设计将能够承受太空飞行的严酷考验,并将在模拟太空中遇到的典型条件下进行初步的实验室测试。 虽然这项活动的重点是PNT的低尺寸、重量和功率光学时钟技术,但美国国家航空航天局和欧空局等多个航天机构正在考虑立方腔稳定激光器在太空中的一系列其他潜在应用,从电信到气候变化和基础物理。 在定于20世纪20年代末发射的美国国家航空航天局/欧空局下一代重力任务(NGGM)中,NPL立方腔稳定激光器可用于测量地球重力场,作为地球表面位置的函数。该任务将由两颗以低地球轨道绕地球运行的卫星组成,相距约100公里。使用激光干涉测量法测量的卫星之间距离的变化反映了第一颗卫星经过时由于陆地质量拓扑结构而导致的大地水准面(标称海平面)的变化。所收集的数据可用于气候变化预测,并提供信息,使决策者能够采取适当的缓解和适应战略。 在未来的美国国家航空航天局/欧空局激光干涉仪空间天线任务中,NPL立方腔稳定激光器可作为天基引力波测量的参考。立方体空腔可以为地面支援设备和潜在的太空部署提供短期频率参考。 NGGM和LISA之外的潜在后续任务可能涉及全空间光学时钟技术,以提供更大的地球数据测绘能力和基础物理研究机会。全球电信业也有潜在的衍生产品,涉及大容量(大数据)高数据率传输,其中高精度空间光学时钟和腔可以支撑更密集的信道复用。 一旦项目完成,LS-CCU将为光学时钟激光器提供基线便携式控制器。