来自NASA兰利研究中心“CYGNSS概述”的截图
本月早些时候，美国宇航局发射了一组小型卫星，这些卫星将改变飓风预测，并使人们能够对风暴的形成和活动有新的认识。被称为气旋全球导航卫星系统(CYGNSS)的八艘宇宙飞船，每艘都有一个随身行李大小，正在热带上空飞行，以测量和绘制海洋风。由于飓风的高度，暴雨和风暴潮不会对卫星造成阻碍，当飓风形成时，航天器将能够穿透水墙进入风暴的核心，并继续收集数据——这是太空系统以前从未做过的事情。
“CYGNSS是一种工具，可以为我们提供热带气旋区全天候的覆盖。它将提高我们对飓风如何生长的认识，这样我们就能在飓风到来时更好地准备和保护飓风路径上的人们，”NASA总部科学任务理事会地球科学部CYGNSS项目执行人员Christine Bonniksen告诉mental_floss。
雨障挡住了我们的视线
在过去的几十年里，在风暴路径预测(或风暴将会袭击的地方)方面有了稳步的进步，国家飓风中心的错误率是20年前的一半。但对风暴强度的预测却并非如此——这些风暴将有多强。“如果你看看它们的强度预测记录，就会发现在过去20年里几乎没有什么改善，”CYGNSS任务的首席研究员、密歇根大学安娜堡分校的科学家克里斯·鲁夫(Chris Ruf)说。造成这一现象的主要原因之一是现在的卫星无法测量飓风内部核心的情况。“多年来，美国国家飓风中心一直认为，这是国家飓风中心使用的数字预报中主要缺乏的因素。他们希望自己能掌握风暴内部核心的信息，但他们没有。”
到目前为止，风暴核心是无法穿透的，因为目前的风观测飞船无法透过雨看到东西。这是因为他们的机载仪器发射的信号波长为8毫米，大约相当于一个大雨滴的大小。当信号遇到雨水时，它们会被分散和吸收。(飓风路径取决于风暴的环境因素，这就是为什么这种雨罩不会成为预测风暴袭击地点的障碍。)
此外，目前的系统需要大约三天的时间来收集数据，以构建全球风速和降水地图。如果你试图追踪热带风暴和飓风的迅速增强，这是一个大问题，它们可能在几个小时内发生。所以到目前为止，科学家们不得不依靠所谓的“飓风猎人”飞机飞进风暴中进行风速侦察。
CYGNSS解决方案
CYGNSS通过使用GPS卫星信号改变了这一切，GPS卫星信号被设计用来穿透暴雨。GPS的工作波长为19厘米，这足以避免雨水的相互作用。当GPS卫星信号到达海洋时，它们会反射回太空，由CYGNSS天文台接收。想象一下月亮在平静的湖面上的倒影:当湖面平静时，月亮的影像是清晰的。风一吹，水面就变得粗糙，图像就会扩散。CYGNSS依赖于类似的原理，读取GPS信号的清晰度来揭示风的特征。它测量GPS信号在海面散射时的强度，以确定风速。
8个CYGNSS观测航天器在围绕地球的一个轨道平面上均匀运行。每颗卫星都有一个被称为延迟多普勒测绘仪器的有效载荷，这是一个GPS接收器，能够同时跟踪四种不同的GPS信号。两个天线向下观察反射的GPS信号，并测量漫反射的散射，并从中获得风速和活动。同时，一个天线向上看，接收直接的GPS卫星信号进行地理定位。实际上，每颗65磅的卫星都在做四架飓风猎手飞机的工作。总的来说，CYGNSS就像一个由32架这样的飞机组成的飞行中队，在热带上空连续飞行，同时进行测量。
该系统每7小时就会更新一次整个热带风分布图，即使是在强降水的情况下。在飓风或热带风暴中，包括在最高风速和最强浪的地区，cygnss可以立即回答有关风暴大小、强度和风力范围的问题。此外，由于卫星星座对地球的覆盖范围非常广泛，它可以收集关于整个风暴环境的大量数据。世界各地有三个不同的数据下行点，数据可以在一小时内从卫星上下载——这是一个前所未有的时间框架。
发射是怎么失败的
CYGNSS于2016年12月15日上午在飞马火箭(一种空中发射系统)的帮助下从卡纳维拉尔角发射升空。火箭安装在L-1011飞机的底部，这架飞机从跑道起飞，就像你见过的任何其他飞机一样。在大西洋上空39000英尺的高空，飞机释放了飞马火箭，5秒钟后，火箭点火并进入太空。整流罩脱落，部署车分离，8颗小卫星每隔30秒成对释放一次。分离十分钟后，他们的太阳能电池板启动了。然后它们进入轨道并开始运行。
到当天美国东部时间下午4点12分，CYGNSS团队已经成功与所有8颗卫星取得联系。鲁夫在一次简短的任务更新中说:“在CYGNSS上花费如此紧张和专注的时间，然后在短短几个小时内，整个星座突然变得有生命，这是一种令人惊讶的有益的感觉。”“我很兴奋(也有点累)，真的很期待在未来几天深入研究工程数据，然后在接下来的几周研究科学数据。”
这是NASA的旗舰地球冒险级任务，这是NASA为低成本、高技术的亚轨道(比如飞机和气球)和轨道(CYGNSS)项目设计的一个新项目。这类飞机之前的两次任务是设计用于大气研究和通信的飞机。这是第一次太空地球探险。位于科罗拉多州博尔德市的西南研究所负责CYGNSS的任务运作，而科学运作则由密歇根大学负责。这项耗资1.6亿美元的主要任务将持续两年——足够的时间来填补飓风数据集中的空白，了解风暴核心是如何强化的，并有望完善赖以生存的预测模型。
