美国太空部队的全球定位系统 (GPS) 星座为作战人员提供了前所未有的定位和计时精度。自 GPS 诞生以来,它已成为一种全球公用设施,其商业用途远远超过军事用途。空中交通管制、银行、农业和蜂窝网络都依赖于不间断的 GPS 覆盖。美国下一颗实验导航卫星 NTS-3 将于 2022 年发射,它将突破当今定位、导航和计时 (PNT) 技术的界限,为更灵活、更强大、更具弹性的卫星导航技术架构铺平道路。
摘要 许多发育过程依赖于基因表达的精确时间控制。我们之前已经建立了一个理论框架,用于控制如此高的时间精度的调控策略,但这些预测仍然缺乏实验验证。在这里,我们使用控制秀丽隐杆线虫神经母细胞迁移的 Wnt 受体的时间依赖性表达作为可处理系统,在体内研究强大的细胞内在计时机制。单分子 mRNA 定量显示受体的表达呈非线性增加,预计这种动态会提高计时精度,而不受控制的计时丰度呈线性增加。我们表明这种上调依赖于转录激活,为受体表达时间受累积激活剂调控的模型提供了体内证据,当达到特定阈值时,该激活剂会触发表达。这种计时机制在神经母细胞谱系中发生的细胞分裂中起作用,并受分裂不对称的影响。最后,我们表明通过经典 Wnt 通路对受体表达的正反馈可提高时间精度。我们得出结论,通过结合时间守护基因的调节和反馈,可以实现强大的细胞内在计时。
(GPS) 百分之一秒的误差将是一场灾难。1为什么?对于 GPS 来说,一纳秒(0.000000001 秒)相当于地球上大约一英尺的误差。换言之,菲尔普斯以微弱优势获胜将产生近 10,000,000 英尺或约 1,894 英里的惊人误差。尽管 GPS 提供的不仅仅是计时精度,但这一被测量已成为其主要标志之一,其太空优势和兵力倍增能力也是如此。联合出版物 3-14《太空作战》将本文主要关注的“太空优势”定义为“一支部队对其他部队在太空的优势程度,这种优势允许其在给定的时间和地点开展作战,而不受太空威胁的干扰”(着重号是我加上的)。 2 尽管当时 GPS 尚未完全投入使用,但它首次用于作战是在沙漠风暴行动中,该行动通常被称为“第一次太空战争”。3 从铺路低空直升机的初始空袭到诺曼·施瓦茨科普夫将军著名的“左勾拳”,GPS 发挥了关键作用,即使在接收器部署非常有限的情况下也是如此。4 此外,几十年来,通过持久自由行动,GPS 一直是美国军方卓越太空能力的皇冠上的明珠。然而,新出现的威胁和日益复杂的外国能力对保持美国的技术和作战优势提出了新的挑战。
我们的目标(续) 帮助美国人应对自然灾害 为防止灾害演变为灾难,早期预警是关键。卫星数据通常能提供问题的最早信号。NASA 正在利用我们自己的卫星和私人商业卫星群的先进功能,大幅提高国家预报和应对严重风暴、干旱、火灾和其他灾害的能力。NASA 为其合作伙伴和公众提供近乎实时的数据产品、预警工具和灾害地图门户,这是一个强大的灾害专用地理信息系统产品在线界面。NASA 还开发了一种先进的山体滑坡预报模型 — 让我们能够在山体滑坡发生前提供准确的预测模型,并提供卫星山体滑坡地图来指导急救人员。 NASA 正在迅速提高我们对飓风的了解。我们的 TROPICS CubeSats 和 GPM 卫星等工具收集数据以改进近期预报并加深我们对飓风强度的了解。NOAA 的国家飓风中心和联合台风警报中心使用了这些研究数据。野火发生频率和严重程度的不断增加带来了重大风险,尤其是在西部各州。NASA 的卫星和机载机队有助于估计燃料负荷和其他野火风险的关键因素。我们在火灾期间直接与美国森林服务局和其他机构合作,同时还领导研究以改善火灾预报、恢复和对社区长期影响的理解。NASA 使用传感器检测活跃火灾的热红外信号,自由公开地分享有关火灾发生地点的信息。应对“晴天洪水”和海平面上升其他方面的沿海社区依靠 NASA 的专业知识来提供未来几十年的精确预测。除了为沿海基础设施规划和灾害缓解提供信息外,NASA 还帮助国防部应对全球沿海军事设施和行动面临的风险。支持国家安全 NASA 的地球观测任务为各种安全利益提供了有价值的信息。我们的空间大地测量计划建立了地球方向参数、精确的卫星轨道和参考框架,这些是其卫星的位置、导航和计时精度的基础。同样的参考框架也支撑着 GPS 的准确性。此外,NASA 的激光反射器阵列 (LRA) 和卫星激光测距支持新一代 GPS 卫星的校准。NASA 与海军研究办公室和国家冰中心合作,帮助提高北极的态势感知能力,这对国家安全至关重要,并确定了作战区域和贸易路线。NASA 的陆地表面监测——通过结合卫星和地面观测与预报技术的先进陆地信息系统 (LIS) 模型——支持美国及其合作伙伴在世界各地的行动。支持当地社区决策卫星对温度、湿度和降水的测量有助于预测蚊媒疾病(如西尼罗河病毒 (WNV))的爆发。NASA 支持为南达科他州、路易斯安那州、俄克拉荷马州和密歇根州创建 WNV 预报工具的工作。美国各地的水资源管理者面临着在竞争激烈的需求中分配水源的重大挑战。NASA 利用卫星观测和模型在了解淡水方面处于领先地位,可以从近地表到根区再到深层含水层。例如,GRACE 卫星彻底改变了大规模水存储的监测方式,使我们能够测量美国主要含水层的排水和补给情况。美国干旱监测中心使用 GRACE 和其他卫星来评估土壤湿度。