微小卫星因其体积小、重量轻、成本低、功能扩展性强等优点，近年来发展速度十分迅猛。e科网此前报道，NASA计划2018年发射微小卫星CuSP，用于测量太阳粒子和磁场。

近日，为了预测地球发射热量，一个麻省理工学院领导的研究团队决定采用一组鞋盒大小的小卫星在地球周围编队飞行，研究发现这种新方法估计的地球反射能量误差仅为传统单体式卫星的一半。相关研究成果发表在《Acta Astronautica》。而建造、发射和维护这样的卫星群的花费很小。

由麻省理工学院航空航天系前研究生Sreeja Nag领导的研究团队，模拟了有九个传感器的单个大轨道卫星的性能，与每个只有单个传感器的三到八个小卫星组成的卫星编队进行对比。研究小组特别研究了，每一个卫星编队如何测量反射率，或从地球反射的光量——反映了地球反射多少热量。

该小组发现，四个或更多的小卫星能够从多角度来研究地球上的一个位置，并可测量该位置的总反射率，其错误率是今天单颗卫星测量误差的一半。她表示，这样的估计误差校正可以显著提高科学家的气候预测。总辐射实际上是气候变化中最大的不确定性之一，因为它是一个有关地球上位置、季节、日期的复杂功能，很难确定地球上有多少热量。如果可以全局地、频繁地、更准确地估计不同地表类型的反射率，那么至少已经解决了气候难题的一个部分。

而要准确地估计地球上任何一个地点的反射率，需要同时从多个角度对该点进行测量。地球在各个方向上并不能均匀反射，若没有这么多角度，而只从一个方向推算，那可能会低估或高估了它的反射。今天，测量地球反照率的卫星通常是用多个相机集成安装在一个卫星上。比如，美国宇航局对地观测卫星上的多角度成像光谱仪安置了九个相机，从一个扇形排列的角度拍摄地球图像。Nag表示这个设计的缺点是，相机视野有限，因为它们不是设计来改变角度，而只能在一个单一的平面内观察。

相反地，该团队提出在松散地层环游地球的小卫星群方案，因为彼此足够接近，可以从它们各自的有利位置拍摄地面上相同的位置。随着时间的推移，卫星群将覆盖整个地球，会从太空得到整个地球的多角度、三维视图，而这是多卫星尚未完成的。Nag及其同事模拟三至八个小轨道卫星的编队，开发了一种计算程序，不管每颗卫星在空中什么位置，都可使它们同时指向同一地点。

他们编制了被称为双向反射分布函数的程序来测量理论量，根据测量的角度和太阳入射光线的角度，计算反照率和总向外辐射。她发现，每一组有七或更多单传感器的卫星比九传感器整体卫星执行得更好，估计误差更低。用小卫星来检测地球的另一个大优势是：风险较小。可以发射三个这种卫星并开始运行，之后再放三个到太空中，该操作效果将随卫星数目的增多而提高。如果失去一或两个卫星，并不会对整个测量系统产生影响。

文章链接：

Sreeja Nag, Charles K. Gatebe, David W. Miller, Olivier L. de Weck, "Effect of satellite formations and imaging modes on global albedo estimation," Acta Astronautica, Volume 126, 2016, Pages 77–97

新闻链接：

Better views with smaller satellites

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