美国国家航空航天局高空飞行“NACHOS”仪器可能有助于预测火山喷发

诺斯罗普·格鲁曼公司的天鹅座飞船在国际空间站Canadarm2机械臂的控制下的档案照片。

一名研究人员拿着NACHOS，它被固定在一个展开太阳能电池板的立方体卫星上。

美国国家航空航天局正在发射一种原型仪器，该仪器可以更容易地监测火山活动和空气质量。“纳米卫星大气化学高光谱观测系统”（NACHOS）位于地球表面上方约300英里（480公里）的立方体卫星上，将使用紧凑的高光谱成像仪在0.15平方英里（0.4平方公里）的区域定位微量气体源，大约相当于明尼苏达州的美国购物中心大小。NACHOS是诺斯罗普·格鲁曼公司第17次从美国国家航空航天局位于弗吉尼亚州沃洛普斯岛的沃洛普斯飞行设施向国际空间站补给任务的一部分。

如果成功，NACHOS将成为最小、分辨率最高的天基仪器，专门用于监测二氧化硫（SO2）和二氧化氮等大气微量气体，为未来的地球观测系统铺平道路，该系统不仅有助于预测火山爆发，还将监测特定城市、社区甚至单个发电厂周围的空气质量。

能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室空间和遥感小组的研究员兼任务负责人Steve Love说：“刚刚醒来的休眠火山可能会在出现任何可探测的地震活动之前排放SO2。这让我们有机会在火山真正爆发之前识别出潜在的喷发火山。”

来自天然和人造来源的大气微量气体为科学家提供了对各种地球系统的独特见解。例如，二氧化氮通常由燃烧化石燃料产生，对人类健康产生负面影响，并可作为人类活动产生的二氧化碳（一种导致气候变化的温室气体）的示踪剂。

洛夫说：“当我们认识到这些气体的存在，并能够在亚公里范围内定位其来源时，我们就有机会采取行动，最大限度地减少负面健康后果。”

但监测微量气体需要足够灵敏的仪器来收集高分辨率的数据；传统上，这意味着制造更大的卫星，配备全套强大的传感器。

洛夫说：“轨道上有收集大气微量气体数据的优秀仪器，但它们的生产和维护成本高昂。如果我们想扩大这种科学能力，我们需要一个更具成本效益的解决方案。”

NACHOS只有13磅（6公斤）和18立方英寸（300立方厘米），完全有资格成为这种解决方案。除了能够收集高分辨率数据的超紧凑型高光谱成像仪外，NACHOS还使用板载处理算法，这既减少了数据传输的规模，也减少了将这些传输中继回地球所需的时间。

这些算法在小型计算机上运行得特别好，在不增加仪器尺寸或重量的情况下，为NACHOS提供了大量的计算能力。

洛夫说：“更大的功率和更小的重量使NACHOS脱颖而出，成为未来大气痕量气体任务的绝佳候选者。”

NACHOS将留在诺斯罗普·格鲁曼公司的天鹅座飞船上，直到2022年5月，届时该飞船将从国际空间站起飞，并在货运飞船重返地球大气层之前将NACHOS置于近地轨道。洛夫和他的团队将花三个月的时间调试NACHOS，然后开始其技术验证和科学任务。他预计NACHOS将在轨道上停留大约一年。

洛夫说：“这将给我们足够的时间来验证我们的仪器设计，并收集足够的测试数据，以确保我们的技术概念是可行的。”

作为美国国防部太空测试计划的一部分，第二台NACHOS仪器将于2022年冬天进入近地轨道。

该原型由美国国家航空航天局地球科学技术办公室的InVEST项目资助。

横幅图片：NACHOS立方体卫星。学分：洛斯阿拉莫斯国家实验室