NOAA schließt FVR-55-Operationen in marinen Stratocumulus-Wolken ab – sUAS Information – The Enterprise of Drones


ARTIKEL UND ABBILDUNGEN BEREITGESTELLT VON: KENNETH VIERRA (SCIENCE TECHNOLOGY CORPORATION/UXS RESEARCH TRANSITION OFFICE) UND PATRICIA QUINN (NOAA/PMEL)

Streuung und Absorption von Sonnenstrahlung durch atmosphärische Aerosolpartikel beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde, einschließlich der Abkühlung an der Erdoberfläche (Intergovernmental Panel on Local weather Change (IPCC) 2014; Informationsblatt des NOAA Science Council). Aerosole, Wetter und Klima). Abkühlung kann auch auftreten, wenn Aerosolpartikel Wasser aufnehmen und Wolkentröpfchen bilden, die die Wolkenhelligkeit erhöhen können. Das Ausmaß, in dem der direkte Aerosolantrieb und die Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Wolken den Planeten abkühlen und die Erwärmung durch Treibhausgase ausgleichen, ist höchst ungewiss. Laut IPCC trägt der mit Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen verbundene Klimaantrieb die größte Unsicherheit zu den Schätzungen des gesamten Strahlungsantriebs bei. Vertikale Profile von Aerosol- und Wolkeneigenschaften sind erforderlich, um Modelle zu verbessern und Unsicherheiten zu verringern, insbesondere über Ozeanen aufgrund der Anfälligkeit von Meereswolken für kleine Änderungen der Aerosolkonzentrationen (Rosenfeld et al., 2019).

Zwischen dem 8. und 18. August 2022 nutzten das NOAA Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL) und das College of Washington Cooperative Institute for Local weather, Ocean, and Ecosystem Research (CICOES) den L3Harris Mounted Wing Vertical Takeoff and Touchdown Rotator (FVR-55) Unbemanntes Flugsystem (UAS) zur Messung von Aerosol- und Wolkenvertikalprofilen mit den wissenschaftlichen Nutzlasten NOAA Clear Sky und Cloudy Sky (Beschreibungen unten). Die Sensoren in den Nutzlasten messen Aerosoleigenschaften, die für den direkten Strahlungsantrieb von Aerosolen und Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen related sind. Die Mission wurde teilweise durch das Earth Radiation Finances (ERB)-Programm der NOAA unterstützt, das initiiert wurde, um natürliche und menschliche Aktivitäten zu untersuchen, die das Reflexionsvermögen mariner Grenzwolken verändern könnten. Die hier berichteten UAS-Messungen werden entscheidende Informationen über die Prozesse liefern, die zur Aufhellung mariner Wolken mit einer möglichen Abkühlung der Erdoberfläche führen.

Zu den Teilnehmern gehörten Mitarbeiter des Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL) der NOAA Oceanic and Atmospheric Analysis (OAR), des College of Washington Cooperative Institute for Local weather, Ocean, and Ecosystem Research (CICOES), des NOAA Uncrewed Techniques Analysis Transition Workplace (UxSRTO), Workplace of Marine and Aviation Operation (OMAO) UxS Operation Middle, L3Harris und die Tillamook UAS Check Vary, betrieben von Close to House Company (NSC) (Abbildung 1).

Der FVR-55 wurde von Latitude Engineering, LLC (später von L3Harris Applied sciences übernommen) im Rahmen der NOAA Section I und II Small Enterprise Innovation Analysis (SBIR) Awards entwickelt. Die weitere Entwicklung und der Betrieb wurden vom OMAO UxS Operations Middle (UxSOC) und dem OAR Uncrewed Techniques Analysis Transition Workplace (UxSRTO) finanziert und logistisch unterstützt.

Im März 2022 führten NOAA und L3Harris einen erfolgreichen, vollständig autonomen Schiffsbetrieb der FVR-55 mit Clear Sky- und Cloudy Sky-Nutzlasten an Bord durch. Insgesamt 11 Flüge und 14,9 Stunden Flugzeit wurden absolviert, was die Fähigkeit des UAS demonstrierte, wiederholt auf engstem Raum auf einem sich bewegenden Schiff zu landen. Der Betrieb wurde unter Sichtbedingungen mit einer Höhenobergrenze von 1200 Fuß aufgrund von Beschränkungen gemäß dem geltenden Certificates of Authorization (COA) durchgeführt.

Die Messungen im August 2022 fanden auf der NSC Tillamook UAS Check Vary (TUTR) statt. Mit den von NOAA und TUTR entwickelten Flugplänen zur Erfüllung der Testanforderungen, einschließlich der Verwendung von NSC COA und Verfolgungsflugzeugen, wurden Operationen außerhalb der Sichtlinie (BVLOS) über dem Flughafen Tillamook und in den Offshore-Warngebieten mehr als 12 NM entfernt durchgeführt der Küste von Oregon. Das Verfolgungsflugzeug eskortierte das UAS durch den nicht kontrollierten Luftraum zu den Warngebieten und löste den Konflikt mit dem anderen Flugverkehr auf. NSC-Private übermittelte Flüge an das örtliche FAA ATC (Seattle Middle) und verwaltete die Konfliktlösung im Luftraum. Die UxSOC UAS Division entwickelte das Operationskonzept und fungierte während des Flugbetriebs als Mission Commander. Mission Management befand sich im NSC Operations Tower (Abbildung 2). Bei Flügen mit Sichtverbindung über dem Flughafen bis zu einer Höhe von 4500 Fuß fungierten Mitarbeiter von L3Harris und UxSRTO als visuelle Beobachter. Das Wissenschaftsteam wies den Pilot-in-Management (PIC) an, Flugspuren basierend auf eingehenden Echtzeitdaten von den Nutzlasten zu ändern.

Insgesamt wurden 14 Flüge (38,5 Stunden) erfolgreich absolviert, neun mit der Cloudy Sky- und fünf mit der Clear Sky-Nutzlast (Tabelle 1). Vertikale BVLOS-Profile wurden von der Oberfläche bis zu einer Höhe von 10.000 Fuß auf einer Not-to-Interferenz-Foundation innerhalb des Tillamook-Klasse-G-Luftraums oder in Offshore-Warngebieten nach der Eskorte des Verfolgungsflugzeugs erstellt. Sieben Flüge wurden über dem Flughafen und sieben in den Offshore-Warngebieten durchgeführt. Bei zwei der Flüge waren ein Pilot-in-Command (PIC) und ein Mission Commander sowohl im NSC Operations Tower als auch an einem Strandort (Netarts Bay oder Bayocean Seaside) stationiert. Das wissenschaftliche Staff befand sich am Strand, um Flugspuren basierend auf eingehenden Nutzlastdaten zu lenken (Abbildung 3). Der PIC wurde vom NSC Operations Tower zum Standort am Strand verlegt, sobald der Strand-PIC das Flugzeug entdeckte. Alle Flüge wurden kontinuierlich überwacht und letztendlich von der Mission Management gesteuert, die vom NSC Operations Tower aus basierte. Der PIC am Strand sorgte für eine optimale Sichtlinie zum Testgebiet und ermöglichte dem Flugzeug, bis auf 400 Fuß abzusinken, um Messungen unter Wolken durchzuführen. Die Flugzeiten lagen zwischen 2 und 4,5 Stunden. Einzelheiten zu den Flügen sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Über die Nutzlasten

NOAA PMEL hat zwei Nutzlasten entwickelt, um die Aerosol- und Wolkeneigenschaften zu messen, die für die Beobachtung direkter Strahlungseffekte von Aerosolen (Nutzlast „Clear Sky“) und der Auswirkungen von Aerosolen auf Wolken (Nutzlast „Cloudy Sky“) erforderlich sind (Abbildung 4).

PMEL Clear Sky-Nutzlast

Die Clear-Sky-Nutzlast (Abbildung 5) besteht aus vier Instrumenten: einem Mixing Condensation Nucleus Counter (MCPC) zur Messung der Gesamtpartikelanzahlkonzentration, einem 3-Wellenlängen-Particle Soot Absorption Photometer (PSAP) zur Messung der Absorption, die ein Proxy für Ruß ist ; ein tragbares optisches Partikelspektrometer (POPS) zur Messung der Partikelanzahl als Funktion der Größe; und ein Miniatur-Scanning Aerosol Solar Photometer (mSASP) zur Messung der optischen Aerosoltiefe. Es gibt auch eine Sonde für Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit, die sich in den Luftstrom erstreckt, und ein Filterkarussell zum Sammeln von Proben für die chemische Analyse nach dem Flug. Das Gewicht der Nutzlast beträgt 5,45 kg (12 lbs).

PMEL Bewölkter-Himmel-NutzlastDie Cloudy Sky Payload (Abbildung 6) enthält ein Miniatur-Scanning Electrical Mobility Spectrometer (mSEMS) zur Messung der Partikelgrößenverteilung und eine Wolkentröpfchensonde (CDP) zur Messung der Konzentration und Größe der Wolkentröpfchen. Zusätzlich gibt es Sensoren für Umgebungstemperatur und relative Luftfeuchtigkeit. Die Nutzlast wiegt 5,9 kg (13 lbs).

Abhängig von den Vermögenswerten und der Finanzierung beabsichtigt PMEL, seine Nutzlasten „Clear Sky“ und „Cloudy Sky“ auf L3Harris UAS zu verwenden, um am Experiment „Atmospheric Emissions and Reactions Noticed from Megacities to Marine Areas“ (AEROMMA) im Jahr 2023 teilzunehmen. AEROMMA ist eine umfassende Studie unter der Leitung der NOAA Chemical Sciences Laboratory, um neue Forschungsbedürfnisse in den Bereichen städtische Luftqualität, Meeresemissionen, Klimarückkopplungen und atmosphärische Wechselwirkungen anzugehen. AEROMMA wird luft-, boden- und satellitengestützte Beobachtungssysteme sowie modernste Luftqualitäts- und Klimamodelle zusammenbringen, um diese Forschungsthemen zu untersuchen.

Datum Flug Spiellast Startzeit Landezeit Maximale Höhe (ft) Dauer (Minuten) Ort
09.08.22 #1 Bewölkter Himmel 9:40 Uhr 11:39 Uhr 1.500 120 Lokal
09.08.22 #2 Bewölkter Himmel 13:47 Uhr 15:40 Uhr 1.750 113 Lokal
10.08.22 #3 Bewölkter Himmel 9:15 Uhr 11:14 Uhr 3.000 119 Lokal
10.08.22 #4 Bewölkter Himmel 14:18 Uhr 16:25 Uhr 3.500 127 Lokal
11.8.22 #5 Klarer Himmel 12:30 UHR 16:04 Uhr 9.700 225 Off-Shore
12.08.22 #6 Bewölkter Himmel 8:35 Uhr 11:26 Uhr 6.500 171 Off-Shore
12.08.22 #7 Bewölkter Himmel 13:04 Uhr 15:37 Uhr 4.000 153 Lokal
13.08.22 #8 Bewölkter Himmel 14:57 Uhr 16:15 Uhr 4.500 78 Lokal
14.8.22 #9 Klarer Himmel 9:34 Uhr 12:05 Uhr 10.000 151 Lokal
14.8.22 #10 Bewölkter Himmel 14:41 Uhr 16:34 Uhr 6.500 113 Off-Shore
15.8.22 #11 Bewölkter Himmel 9:44 Uhr 13:27 Uhr 6.500 223 Off-Shore
16.8.22 #12 Klarer Himmel 9:39 Uhr 12:49 Uhr 10.000 100 Off-Shore
16.8.22 #13 Klarer Himmel 14:43 Uhr 16:23 Uhr 10.000 100 Off-Shore
17.8.22 #14 Klarer Himmel 9:35 Uhr 14:00 Uhr 10.000 265 Lokal

Tabelle 1: Übersichtstabelle der Flüge bei klarem und bewölktem Himmel zusammen mit Hyperlinks zu Movies vom Begin und der Landung der Flüge 5 und 11.

Verweise:

Intergovernmental Panel on Local weather Change (IPCC), Local weather Change 2014: Synthesis Report Contribution of Working Teams I, II and III to the Fifth Evaluation Report of the

Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimawandel [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Genf, Schweiz, 151 S.

Rosenfeld, D., Y. Zhu, M. Wang, Y. Zheng, T. Goren und S. Yu (2019), Aerosolgetriebene Tröpfchenkonzentrationen dominieren die Abdeckung und das Wasser niedriger Wolken, Science, 363, DOI: 10.1126/science.aav0566.

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