近日，NASA一顆面包大小的衛星生成了世界上第一張883GHz頻段全球大氣冰云分布圖，883GHz是研究冰云及其對地球氣候影響的太赫茲頻段的重要頻率。IceCube是2017年5月部署在國際空間站的小型航天器，它是由美國VDI（Virginia Diodes Inc.）公司根據美國航天局創新項目要求開發的商用883GHz輻射計。它能夠測試在海拔3-9英里（5-15公里）之間的臨界大氣冰云特性。

NASA的科學家們率先使用太赫茲探測冰云，太赫茲頻段位于電磁波光譜的微波和紅外線之間。然而，在IceCube之前，這些儀器只在高空飛機上運行。這意味著科學家只能在高空飛機飛行的區域收集數據。

“有了IceCube，科學家們現在可以以商業價格在太空中使用太赫茲輻射計系統，”位于馬里蘭州帶的NASA Goddard太空飛行中心的科學家兼IceCube首席研究員吳東（音譯）說。“更重要的是，它提供了地球全球冰云分布圖。”

NASA Goddard太空飛行中心的科學家兼IceCube首席研究員吳東（音譯）

探測大氣冰云需要廣泛的頻帶，其中，高空太赫茲傳感器尤為重要。這種波段填補了對流層中部和上部的一個重要頻率空白，冰云通常太不透明，無法讓紅外和可見傳感器穿透。它還揭示了其他微波波段無法清晰檢測到的微小冰粒的數據。

IceCube的冰云圖是這類分布圖中的全球第一張，它預示著未來利用亞毫米波技術對全球冰云進行太空觀測的廣闊前景。吳東的團隊利用NASA地球科學技術辦公室(Esto)的“地球科學技術(InVEST)空間驗證計劃”和美國宇航局科學任務管理局的資金研發制造航天器。研究小組面臨的挑戰是確保太赫茲接收機足夠靈敏，能夠通過盡可能少的信號強度探測和測量大氣云層。

最終，NASA希望將這種類型的接收機加入到美國宇航局計劃的云霧生態系統(ACE)任務中的冰云成像輻射計中。根據美國家研究理事會建議，ACE將每天評估全球冰云的分布情況，這些冰云將影響到地球向空間發射紅外能量及其對太陽能量在廣大地區的反射和吸收。在IceCube之前，這個值是非常不確定的。

IceCube的儀器工程師Jared Lucey說：“這充分說明了我們的科學家正在進行科學研究，這項任務主要目標是為了證明技術的可行性。”他是戈達德和美國宇航局在弗吉尼亞的沃洛斯飛行設施中為數不多的幾個科學家和工程師之一，他們在短短兩年內就開發出了IceCube。“我們實現了我們的使命目標，現在其他一切都是額外的成果，”他說。

IceCube的任務系統設計者、Goddard的技術項目經理Jaime Esper說，除了演示從太空中觀測到的太赫茲信號之外，團隊還獲得了關于如何有效地開發衛星任務、確定哪些系統是冗余的以及哪些測試需要放棄，因為我們的資金是有限的，時間是較短的，這些對我們來說也是至關重要的。

“這可不是一件容易的事，”IceCube的儀器系統負責人NegarEhsan說。“這是一個低預算項目”，要求團隊在相對較短的時間內開發一個工程測試單元和一個航空樣機。盡管面臨這些挑戰，VDI還是按時地交付了883GHz的太赫茲輻射計。她說：“我們第一次在展示了太空中的883GHz測試數據，并證明了VDI提供的系統工作正常。”

研究小組使用了現成的商用組件，包括vdi的輻射計。這些組件來自多個商業供應商，為達到最好的系統性能，每個組件均需要調試。研究小組不僅將輻射計集成到航天器上，還在Goddard和Wallops建造了航天器地面支持系統，并進行了熱真空、振動和天線測試。

“IceCube并不完美，”吳東承認，他指的是輻射計數據中的噪聲或輕微誤差。“不過，我們可以得有用的測試數據。我們從IceCube這個衛星項目中學到了很多經驗教訓，下次工程師們可以更快地研發建造它”。

“這是NASA的另一種任務模式，”吳繼續說。他說：“我們的主要目標是顯示這項小任務是可以完成的。問題是，我們能不能利用一種低成本的衛星，在政府-商業合作關系下開發出先進的空間技術設備。我相信答案是肯定的“。

小型衛星在NASA的探索、技術演示、科學研究和教學中發揮著越來越大的作用，包括：行星空間探索；地球觀測；地球基礎和空間科學；以及先進的激光通信、衛星間通信和自主移動能力等前沿科學儀器。