摘要 本文介绍了从高空平台 (HAP) 部署量子密钥分发 (QKD) 的可行性研究,以此作为保护未来通信应用和服务的一种方式。本文全面回顾了最先进的 HAP 技术,并总结了 HAP 可以为 QKD 服务带来的好处。本文提供了详细的链路预算分析,以评估从飞行高度为 20 公里的平流层 HAP 提供 QKD 的可行性。结果显示,在大多数操作条件下都有充足的链路预算,这带来了使用发散光束的可能性,从而简化了 HAP 和地面上光学系统的指向、采集和跟踪,有可能扩大 QKD 可能成为可行解决方案的未来用例范围。
太阳能工程设计(也称为太阳辐射管理,太阳辐射修改或太阳气候干预)是一组提议的技术,可减少地球接收到的太阳能的数量,以部分抵消全球变暖和气候变化。太阳能工程设计的主要建议是平流层喷射(SAI),它将涉及将气溶胶分散在上层大气中,以反映出一小部分不断进的阳光回到空间和较低的全球温度。海洋云亮(MCB)是通过喷洒海盐,也可以反射阳光并降低温度来使海洋云的研究较少。在这两种情况下,由于引入的颗粒最终将从大气中脱落,因此需要连续补充它们。此分析集中在SAI上,除非另有说明,否则“太阳能工程”和“ SAI”术语可互换使用。
与航空相关的环境问题是排放和噪音(SESAR,2017 年)。全球排放与气候变化有关,因为飞机排放的气体和颗粒与直接进入对流层上部和平流层的燃料燃烧量成正比;机场的各种运营也会排放二氧化碳,例如地面支持车辆和客运地面运输车辆。航空运输行动小组 (ATAG) 宣布,在全球范围内,航空业约占所有人为二氧化碳排放量的 2%(ATAG 2017 年)。当地排放是指机场的飞机运营(着陆和起飞、滑行、燃料储存、发动机测试和辅助动力装置的使用),这些运营过程中排放的污染物对当地空气质量产生影响。此外,其他机场运营,例如使用地面支持设备、机场空调、乘用车等,也会影响当地空气质量。一般而言,飞机噪音受特定因素的影响,例如航班数量、航班时间、飞机类型和飞行路线。
连同低地球轨道 (LEO) 卫星星座,在平流层运行的高空平台站 (HAPS) 系统(或高空伪卫星)有可能解决提供无处不在的连接这一挑战。尽管在推出高速移动网络以服务主要人口中心方面取得了巨大进展,但地面连接永远无法真正覆盖地球表面的每个部分。为了充分兑现 5G 的承诺并解决“数字鸿沟”,必须为地面移动网络不可行的人口稀少地区提供覆盖。这不仅对于改善个人通信尤为重要,而且因为许多物联网 (IoT) 传感器需要位于这些地区。本文概述了 HAPS 和卫星在形成“空中网络”中的作用,并描述了在设计地球与卫星或 HAPS 之间以及平台之间回程数据所需的高数据速率(10Gbps 以上)通信链路时的一些 RF 挑战。
摘要:高空平台(HAP)是飞行器,通常是无人飞艇或位于平流层 20 公里以上高度的飞机,用于组成电信网络或进行遥感。在 1990 和 2000 年代,启动了多个项目,但很少有项目继续进行。2014 年,两家大型互联网公司(谷歌和 Facebook)宣布投资新的 HAP 项目,为没有通信基础设施(地面或卫星)的地区提供互联网接入,这再次引起了人们对 HAP 发展的关注。本文旨在概述 HAP 的历史、当前的最新技术(2016 年 4 月)、技术趋势和挑战。本评论的主要重点是与航空平台直接相关的技术,这些技术属于航空工程知识领域,而不是详细介绍电信领域的各个方面。
为了实现大气测量的稳健性和可靠性,需要改进校准程序和受控实验室观测设施。本文介绍了一种专用的环境模拟器,它能够控制风流、压力、温度和气体成分,目的是允许在各种环境条件下测试和校准气象传感器。奥胡斯大学的环境风洞模拟器 [奥胡斯风洞模拟器 II (AWTSII)] 是一个独特的原型设施 (Merrison 2011; Rasmussen 等人 2011),代表了从近地表到高海拔(平流层)再到大约 90 公里高度的中间层以下的环境条件的“最先进”模拟技术。另外两个低压风洞设施正在运行;虽然通常用于火星研究和传感器测试(Greeley 和 Iversen 1985;Wilson 等人 2008),但它们不用于陆地计量或气象学。低温风洞在航空航天和汽车工业中很常见,但尚未应用于计量学。AWTSII 已广泛用于风速计系统的测试和行星环境研究(与欧洲空间局合作)
名称,名字:Norgren,Matthew隶属关系:大气与太空物理实验室 - 科罗拉多大学,Boulder在该项目中的作用:早期职业科学家在测量气球平台的平流层气溶胶方面的专业知识。使用凝结核(CN)计数器的大小分辨出气溶胶测量和测量总气溶胶浓度的知识。我的论文集中于辐射传递和云层的遥感。Current position: Postdoctoral Researcher (2022- ) Former Position(s): Graduate Research Assistant, Laboratory for Atmospheric and Space Physics (2016-2022) Education: 2021 PhD Atmospheric Science -- University of Colorado, Boulder 2014 MS Civil and Environmental Engineering -- University of California, Berkeley 2012 BS Physics -- University of California, Santa Cruz Selected Publications: Chen, H., Schmidt, K. S.,Massie,S.T.,Nataraja,V.,Norgren,M.S.,Gristey,J.J.,Feingold,G.,Holz,R.E.,
长时间气球任务是科学研究和空间技术开发的重要平台。这种系统的热分析对于任务的成功至关重要。尽管科学研究通常在漂浮高度进行,但上升阶段通常不进行操作,而上升阶段会出现极冷条件,这是由于相对风速引起的对流效应以及对流层顶的低温,使这种情况成为一个典型案例。本文对上升过程中的热环境条件进行了深入研究,特别是获得了风、温度和辐射热负荷与高度的关系。该研究基于从不同来源获得的真实数据,包括大气探测、雷达和卫星,以及细致的统计处理。这项研究的重点是欧洲主要的平流层气球发射场之一 Esrange(瑞典),这是瑞典航天公司的中心,分析是在夏季进行的。但是,该方法可以扩展到任何其他位置和时期。例如,研究了水平风对平板的对流效应,并量化了上升阶段的热传递。在这种情况下发现过冷度约为 7 °C,这值得进行专门的分析。
ACCURATE(UTLS 区域大气气候和化学及气候趋势探索者)卫星任务能够对温室气体、热力学变量和上对流层和下平流层(UTLS)及更远处的风进行联合大气分析。它通过利用低地球轨道 (LEO) 卫星之间的卫星间信号链路,将 LEO 到 LEO 微波掩星与 LEO 到 LEO 红外激光掩星 (LIO) 相结合,实现了这一前所未有的范围。这一新概念是在 WegCenter 构思的,由来自 12 多个国家的 20 多个科学合作伙伴组成的国际团队向 ESA 未来地球探索者任务的选择过程提出。虽然由于当时部分技术还不成熟,2006 年未入选正式的 A 前研究,但它获得了非常积极的评价,并被推荐进行进一步的研究和开发。
“地球工程”已经指在行星规模上对基本地球系统进行大规模的技术干预,通常是为了抵消人类引起的气候变化。尽管文学迅速发展,但围绕地球工程的一些道德问题仍未得到分析,几乎没有识别或实际上被忽略了。我们对一个这样的问题感兴趣,这是一代狭och的地球工程(GPG)的威胁:地球工程以狭窄的,生成一代的关注对特定一代进行干预的关注,而无需考虑更广泛的担忧,包括后代的利益。在本文中,我们发展了基本思想,并确定当前话语中的一些预警信号,重点是平流层硫酸盐注射,这是一种太阳辐射管理的一种形式。我们的重点是激励人们的说法,即一代狭och的地球工程是一种威胁,应在各个方面的地球工程工作,包括研究,开发和部署。