一枚印度製造的名為PSLV-C37的火箭於去年二月升空，進入地球電離層310英里處，併發射了104顆太空衛星，迅速地從兩側釋放出來。這對於印度來說是一項世界紀錄，對於建造了96顆手掌大小的軌道飛行器的美國公司和機構來說，也是一個重要的里程碑。
這一壯舉引起了人們對一場新的太空競賽的關注，這場競賽的主角是微型衛星，它們的大小Roughly相當於半加侖牛奶紙箱，並伸出天線和太陽能電池板。將大量這種衛星送入軌道將使它們的微型感測器能夠以前所未有的精度測量大氣和地球表面的狀況，從而大幅改進未來天氣和氣候變化的預測。
它們已經開始填補地球觀測系統日益增長的空白，目前的觀測系統由更大、更昂貴的政府所有衛星組成，這些衛星最終可能會被淘汰。
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“我的立場是，這對世界來說是一個巨大的勝利，” 亞歷山大·“桑迪”·麥克唐納（Alexander "Sandy" MacDonald）說，他是一位氣象學家，曾任美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的研究實驗室主任。
對於麥克唐納的公司，位於舊金山的Spire Global Inc.來說，這可能也是一場勝利。他是該公司“全球驗證模型”的主管。這項工作的目的是用更便宜的私有系統取代政府建造的衛星系統，後者收集資料並共享資料，而私有系統則反過來收集天氣、氣候和其他種類的所需資訊，並將其出售給世界各地的政府和私人客戶。
Spire的八顆微型“狐猴”（Lemur）衛星是印度火箭發射的衛星之一，使該公司運營衛星的“星群”總數達到52顆。它繼續以每週一顆的速度大規模生產狐猴衛星，當發射200顆衛星時，“我們將看到整個地球的視線，”麥克唐納解釋說。
他的公司在全球範圍內尋找美國、印度、俄羅斯和其他運載火箭上可靠但低成本的運力。
使用小型、相對廉價的衛星來改進天氣和氣候資料的想法是美國政府資助的兩項創新中的第一項，這兩項創新使得這一切成為可能。第二個突破是一種從太空測量大氣狀況的新方法。它被稱為無線電掩星，或“RO”，正如前美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）局長康拉德·勞滕巴赫爾（Conrad Lautenbacher）喜歡稱呼它的那樣。
當喬治·W·布什總統在2001年任命勞滕巴赫爾擔任NOAA局長時，他聽取了關於RO的簡報。科學家們早就注意到，電磁波在穿過地球大氣層時會發生輕微彎曲。到20世紀80年代，地球上的第一批導航衛星，即美國全球定位系統（GPS）的一部分，開始繞地球執行，發出精確的無線電訊號，用於引導軍用艦船和飛機。
大氣層會以不同的程度彎曲或扭曲這些訊號。
科學家們開始意識到，彎曲程度因每個訊號穿過大氣層切片的路徑而異。如果存在攜帶靈敏無線電接收器的小型軌道衛星，可以捕獲來自導航衛星的訊號，那麼這些略微扭曲的訊號將包含一種程式碼。
經過適當的轉換，彎曲角度將揭示大氣密度、壓力、溫度和溼度。這些是氣象學家傳統上使用地面站、高塔、無線電探空氣球和傳統空間感測器收集的資料，以制定準確的天氣預報。
隨著GPS衛星在地平線以下下降，跟蹤它們的軌道接收器可以觀察到它們不斷變化的無線電訊號。這些訊號建立了一個精確資訊的輪廓，天基接收器可以記錄並傳輸到地球。
在第一次聽取關於RO的簡報後，勞滕巴赫爾就被迷住了。“我認為這真的很棒。我喜歡這個想法，”他回憶道。但NOAA的預算很緊張，他需要的是一種新型的小型衛星和一種廉價的發射方式。
當時，這似乎是不可能完成的任務。傳統的Weather衛星是單獨建造的，開發和發射成本可能高達30億至50億美元。
但勞滕巴赫爾後來了解到，其他人也對RO抱有同樣的熱情。美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室的工程師托馬斯·雲克（Thomas Yunck）早在幾年前就撰寫了第一份提案，利用RO從GPS訊號中開發天氣和氣候資訊。隨後，JPL開始建造和測試一種儀器的原型，該儀器可以安裝在直徑約3英尺的衛星中。
大學大氣研究公司（UCAR）的研究人員尋找一種低成本的方式來建造和發射它，UCAR由大學聯盟和國家科學基金會支援。1997年，UCAR與臺灣國家太空中心簽署了合作協議，後者正在籌備一項太空發射計劃。它需要客戶，並同意支付美國專案80%的費用，總計1億美元。在NOAA和美國空軍的幫助下，該專案被命名為COSMIC，於2006年4月發射了六顆衛星。
這是一個近乎即時的成功，它收集了世界上一些最偏遠地區的大氣資料，並在三個小時內分發出去。其統計資料被77個國家的氣象科學家使用。第二階段的計劃已經制定，稱為COSMIC-2，原計劃發射12顆衛星。該系統可以覆蓋全球，併產生四倍以上的科學資料。
“正是COSMIC-1的成功開始讓其他人思考新的未來，”勞滕巴赫爾回憶道。到2006年，小型化已經達到了這樣的程度：工程師們開始設計基於一種非常小的標準化模組的衛星，即4英寸的立方體，因此得名：“CubeSats”（立方體衛星）。
它們的經濟性極具誘惑力。“我們今天發射的Weather衛星耗資數十億美元。Cosmic-1衛星耗資數百萬美元。當您將尺寸縮小到CubeSats時，您談論的是數十萬美元。可以在裝配線上快速且廉價地完成建造，”勞滕巴赫爾解釋說。
在2008年布什政府官員離任幾年後，勞滕巴赫爾成為加利福尼亞州帕薩迪納市一家名為GeoOptics的公司的執行長。該公司由NASA工程師雲克創立，他最初提出了RO。他們已經開始發射自己新開發的RO衛星，目標是最初由24顆衛星組成的星群，名為CICERO。
這使得GeoOptics與Spire正面競爭，爭奪首個在太空開展業務的私營衛星系統。這場競賽的最終贏家將不得而知，直到NOAA和世界各地的其他天氣機構購買和使用這些資料，或者如果他們這樣做的話。
勞滕巴赫爾認為，屆時“長長的”私人客戶名單也可能開始從太空購買私人資料。他預測，生產這些資料可能會更便宜，並且對各種私人企業具有吸引力，包括保險、建築、農業和運輸。
“世界依賴於天氣，”他說。
Spire和GeoOptics都計劃擴大其全球覆蓋範圍，不僅依靠GPS訊號，還依靠跟蹤來自中國、俄羅斯和歐盟運營的其他三個政府衛星導航系統的訊號。
目前，Spire在這場競賽中處於領先地位。其衛星最初配備用於監測世界各地海洋中的大型船舶。國際海事組織要求這些船舶廣播無線電訊號，披露其位置和航向，狐猴衛星配備了收集這些訊號的裝置。然後，Spire將生成的資料出售給各種對航運模式、漁業法規和海盜行為感興趣的公司和其他組織。
國際民用航空組織即將組織一個類似的系統，要求商用飛機發出訊號報告其位置，Spire將使用其衛星星座來收集和出售這些資料。
勞滕巴赫爾和麥克唐納都預計會有其他私人競爭者。
數百甚至數千顆新的微型軌道衛星是否會造成太空碎片問題？不會，麥克唐納斷言。它們在高度較低的大氣層中飛行，兩三年後，它們會因重力拉扯而燃燒殆盡，因此需要發射更多的衛星。“它們只會返回大氣層並自行處理掉。”
Spire和GeoOptics的計劃也使它們與COSMIC-2展開競爭。UCAR和NASA領導的該計劃的首批六顆衛星的發射已被推遲。在國會，一些共和黨人強烈支援私人競爭，最近取消了為發射另外六顆衛星提供資金的計劃，這些衛星本可以使Cosmic-2獲得全球視野。
負責UCAR的COSMIC-2專案的航空航天工程師威廉·施賴納（William Schreiner）表示，至少在理論上，公共和私人軌道飛行器將有充足的空間。目前，每天僅從大氣中收集約2000個“探測”或資料。他說，研究表明，每天多達10萬次的探測可以改善天氣和氣候模型，這將使政府和行業受益。
“存在許多問題，”施賴納很快補充道。“成本是一個問題。我們不希望只有一個供應商生產資料。政府只能負擔得起購買這麼多，”他解釋說，並指出私人供應商之間更多的競爭將有助於降低成本。
私人供應商的資料質量是另一個令人擔憂的問題，他指出。政府是否可以依賴這些資料，以及收集和處理資料的細節是否被披露“並以足夠的細節記錄下來”，以便可靠地為天氣和氣候模型捕獲新的科學成果，這將非常重要。
最後，NOAA和大多數其他美國航天機構的傳統一直是“自由和開放的資料共享政策”。正如他解釋的那樣，“找到一種經濟高效的方式來購買天氣資料，然後共享這些資料將具有挑戰性。”
施賴納認為，進入這個新太空時代的最佳途徑是國會恢復對COSMIC-2發射完成的資助。
“我認為我們應該擁有一個以機構為主導的更核心的觀測系統，然後您始終可以在該核心系統之上納入來自商業來源的觀測結果，”他說。
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