قمر صناعي لأبحاث الغلاف الجوي العلوي

كان جهاز CLAES مطيافًا يحدد تركيزات وتوزيعات مركبات النيتروجين والكلور ، والأوزون ، وبخار الماء ، والميثان . وقد أنتجت هذه المنصة أولى الخرائط العالمية للمركبات المكلورة المستنفدة للأوزون. ^{[ 5 ]} وقد تم ذلك عن طريق استنتاج كمية الغازات في الغلاف الجوي من خلال قياس البصمة الطيفية الفريدة لكل غاز في نطاق الأشعة تحت الحمراء . ^{[ 6 ]}

لتمييز البصمة الضعيفة نسبيًا للغازات النزرة عن الإشعاع الخلفي في الغلاف الجوي، كان لا بد لجهاز CLAES من أن يتمتع بدقة وحساسية عاليتين. ولتحقيق ذلك، جمع الجهاز بين تلسكوب ومطياف يعمل بالأشعة تحت الحمراء. تم تبريد الجهاز بالكامل تبريدًا فائقًا لمنع تداخل حرارته مع القراءات. يتكون نظام التبريد الفائق من خزان داخلي من غاز النيون الصلب عند درجة حرارة -257 درجة مئوية (-430  درجة فهرنهايت) وخزان خارجي من ثاني أكسيد الكربون الصلب عند درجة حرارة -150 درجة مئوية (-238  درجة فهرنهايت). ومع تبخر النيون وثاني أكسيد الكربون، حافظا على برودة الجهاز لمدة 19 شهرًا كما هو مخطط لها. ^{[ 6 ]} تبخرت المواد المبردة النهائية من الجهاز في 5 مايو 1993، وارتفعت درجة حرارة الجهاز، منهيًا بذلك عمره الافتراضي.

صُمم الجهاز بحيث ينظر جانبياً من منصة UARS ليتمكن من الرؤية عبر طبقة الستراتوسفير والطبقة المتوسطة السفلى . وقد أنتج مشروع CLAES قاعدة بيانات عالمية لمدة 19 شهراً تُظهر التوزيعات الرأسية لغازات طبقة الأوزون المهمة في الستراتوسفير وتغيراتها مع الوقت من اليوم والفصل وخط العرض وخط الطول.

جهاز ISAMS هو مقياس إشعاع بالأشعة تحت الحمراء لقياس الانبعاث الحراري من حافة الأرض (خط الأفق كما يُرى من مركبة UARS الفضائية)، على جانبي المركبة. يستخدم الجهاز تقنية تعديل الضغط للحصول على دقة طيفية عالية، ومبردات مبتكرة تعمل بدورة ستيرلينغ لتحقيق حساسية عالية للكاشف. يستخدم ISAMS سبع خلايا غازية لستة غازات مختلفة: _ثاني أكسيد الكربون (مرتين)، وأول أكسيد الكربون، والميثان _، وأكسيد _{النيتروز} ، _{وثاني أكسيد} ^{النيتروجين} _، والماء . كما تسمح خلايا _ثاني أكسيد الكربون بقياس الأوزون _، وحمض النيتريك _، وخامس أكسيد _{النيتروجين} . ^[ ₇ ^]

كانت الأهداف المحددة لمشروع ISAMS كما يلي: (1) الحصول على قياسات لدرجة حرارة الغلاف الجوي كدالة للضغط، من التروبوبوز إلى الميزوبوز ، بدقة عالية ووضوح مكاني ممتاز، وبالتالي دراسة بنية المنطقة وديناميكيتها، (2) دراسة توزيع بخار الماء وتغيراته في الغلاف الجوي الأوسط، وتحديد دوره في الدوران العام للغلاف الجوي، ومصادره ومصارفه في الغلاف الجوي الأوسط، (3) قياس التوزيع العالمي لأكاسيد النيتروجين، وبالتالي دراسة أصولها ودورها في الدورات التحفيزية التي تتحكم في كمية الأوزون في طبقة الأوزون الستراتوسفيرية. كما أجرى المشروع رصدًا مكثفًا للهباء الجوي البركاني والسحب الستراتوسفيرية القطبية في الغلاف الجوي الأوسط. وقد عمل الجهاز من سبتمبر 1991 إلى يوليو 1992. ^{[ 8 ]}

رصد جهاز MLS الانبعاثات الحرارية الميكروية الطبيعية من حافة الأرض لإنشاء بيانات رأسية عن الغازات الجوية ودرجة الحرارة والضغط وجليد السحب. وينظر جهاز MLS بزاوية 90 درجة من زاوية مدار المركبة الفضائية UARS. ^{[ 9 ]}

يدخل الإشعاع الحراري إلى الجهاز عبر نظام هوائي ثلاثي المرايا. يقوم الهوائي بمسح الغلاف الجوي ميكانيكيًا في المستوى الرأسي كل 65.5  ثانية. يغطي المسح نطاق ارتفاع من السطح يصل إلى 90 كيلومترًا (55  ميلًا). عند دخول الإشارة من الهوائي إلى الجهاز، تُفصل إلى ثلاث إشارات لمعالجتها بواسطة مقاييس إشعاع مختلفة. يقيس مقياس الإشعاع بتردد 63 جيجاهرتز درجة الحرارة والضغط. ويقيس مقياس الإشعاع بتردد 183 جيجاهرتز بخار الماء والأوزون. أما مقياس الإشعاع بتردد 205 جيجاهرتز فيقيس ثاني أكسيد الكلور والأوزون وثاني أكسيد الكبريت وحمض النيتريك وبخار الماء. ^{[ 9 ]}

وحتى شهر يونيو 2005،  ظلت أجهزة قياس الإشعاع بتردد 63 و205 جيجاهرتز تعمل، لكن  جهاز قياس الإشعاع بتردد 183 جيجاهرتز تعطل بعد 19 شهرًا من التشغيل.

يستخدم جهاز HALOE تقنية الاحتجاب الشمسي لقياس التوزيعات الرأسية المتزامنة للأوزون (O3 ₎ ، وكلوريد الهيدروجين (HCl)، وفلوريد الهيدروجين (HF)، والميثان (CH4 ₎ ، وبخار الماء (H2O ₎ ، وأكسيد النيتريك (NO)، وثاني أكسيد النيتروجين (NO2 )، ودرجة الحرارة، وامتصاص الهباء الجوي، وتكوين الهباء الجوي وتوزيع حجمه، وذلك مقابل الضغط الجوي عند حافة الأرض. تُجرى القياسات عند ثمانية أطوال موجية مختلفة من الأشعة تحت الحمراء عبر مجال رؤية _{يبلغ عرضه} 1.6 كيلومتر (0.99 ميل) لحافة الأرض. ^{[ 10 ]}  

تم الحصول على مسح رأسي للغلاف الجوي من خلال تتبع الشمس أثناء الاحتجاب. سيقيس هذا المسح كمية الطاقة الشمسية التي تمتصها الغازات في الغلاف الجوي.

لدعم عملية المسح، يتكون الجهاز من جزأين: وحدة بصرية مثبتة على محورين، ووحدة إلكترونية ثابتة. تحتوي الوحدة البصرية على تلسكوب يجمع الطاقة الشمسية، بالإضافة إلى كاشفات الغاز. أما الوحدة الإلكترونية فتتولى معالجة البيانات، والتحكم في المحركات، وتوفير الطاقة للجهاز.

رصد جهاز HRDI خطوط انبعاث وامتصاص الأكسجين الجزيئي فوق حافة الأرض، ويستخدم انزياح دوبلر للخطوط لتحديد الرياح الأفقية، ويستخدم أشكال الخطوط وقوتها للحصول على معلومات حول درجة الحرارة وتكوين الغلاف الجوي. ^{[ 11 ]}

يتكون الجهاز من جزأين، التلسكوب ومقياس التداخل الذي يتكون من منصة بصرية وإلكترونيات داعمة.

استخدم التلسكوب مجال رؤية ضيقًا لمنع تغير إزاحة دوبلر عبر مجال الرؤية من تشويه النتائج. ويتم تغذية المعالج بالبيانات الواردة من التلسكوب عبر كابل ألياف بصرية .

أجرى معهد أبحاث الموارد البشرية عمليات علمية من نوفمبر 1991 حتى أبريل 2005. ^{[ 11 ]}

قاس جهاز WINDII سرعة الرياح ودرجة الحرارة ومعدل انبعاث الضوء من الغلاف الجوي والشفق القطبي . ورصد الجهاز حافة الأرض من زاويتين مختلفتين، 45 درجة و135 درجة عن زاوية حركة المركبة الفضائية. وقد مكّن هذا الجهاز من قراءة نفس المناطق من السماء من زاويتين مختلفتين في غضون دقائق قليلة من القراءة السابقة. ^{[ 12 ]}

يتكون الجهاز من مقياس تداخل يغذي كاميرا CCD . ويحتوي كل من التلسكوبين (بزاوية 45 درجة و135 درجة) على أنبوب حاجب بطول متر واحد لتقليل الضوء المتناثر أثناء الرصد النهاري. ويتم وضع مدخلات التلسكوبين جنبًا إلى جنب على كاميرا CCD بحيث يتم تصوير كلا المشهدين في وقت واحد.

قاس جهاز SUSIM انبعاثات الأشعة فوق البنفسجية من الشمس. أُجريت عمليات الرصد من خلال الفراغ ومن خلال حجب الشمس عبر الغلاف الجوي. وقد أتاح ذلك مقارنة كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى الأرض والكمية التي يمتصها الغلاف الجوي العلوي. ^{[ 13 ]}

بسبب طاقة الأشعة فوق البنفسجية، يُعدّ تدهور أداء الجهاز مشكلةً رئيسية. وللتغلب على هذه المشكلة، احتوى الجهاز على مطيافين متطابقين. استُخدم أحدهما بشكل شبه متواصل خلال فترة النهار من مدار مركبة UARS، بينما استُخدم الثاني على فترات متباعدة للتحقق من حساسية الأول.

صُممت تجربة مقارنة الإشعاع الشمسي النجمي لقياس الإشعاع الشمسي. استخدم الجهاز نهجًا مبتكرًا للمعايرة: فبدلًا من المعايرة باستخدام مصباح مرجعي داخلي، كان الجهاز يقيس بانتظام سطوع النجوم الزرقاء الساطعة، التي تتميز نظريًا بانبعاثات مستقرة للغاية على مدى فترات زمنية تُقارب عمر تشغيل المركبة الفضائية. وكان بالإمكان ضبط فتحة إدخال الجهاز لأنماط الإشعاع الشمسي أو النجمي، وذلك لمراعاة الاختلاف الكبير في سطوع الأهداف. إضافةً إلى النجوم، أجرى جهاز SOLSTICE أيضًا قياسات عرضية لأهداف أخرى متاحة، بما في ذلك القمر وأجرام أخرى في النظام الشمسي .

قام جهاز ACRIM2 على متن القمر الصناعي UARS بقياس إجمالي الإشعاع الشمسي (TSI)، أي إجمالي الطاقة الإشعاعية الشمسية التي تصل إلى الأرض، مواصلاً بذلك قاعدة بيانات تغير المناخ التي بدأها عام 1980 تجربة ACRIM1 على متن مهمة ذروة النشاط الشمسي (SMM). ^{[ 14 ]} وقد قدمت نتائج تجربة ACRIM1 أولى الاكتشافات للتغيرات الجوهرية في إجمالي الإشعاع الشمسي وعلاقتها بظواهر النشاط المغناطيسي الشمسي. ^{[ 15 ]} وأكدت تجارب ACRIM أن تغير إجمالي الإشعاع الشمسي يحدث على جميع النطاقات الزمنية تقريبًا، بدءًا من وتيرة رصدها التي تبلغ دقيقتين وصولًا إلى سجلات إجمالي الإشعاع الشمسي الممتدة لعقود حتى الآن. ^{[ 16 ]} إن المعرفة الدقيقة بإجمالي الإشعاع الشمسي وتغيراته مع مرور الوقت ضرورية لفهم تغير المناخ. وتشير النتائج الحديثة إلى أن التغيرات الجوهرية في إجمالي الإشعاع الشمسي كان لها دور أكبر بكثير (يصل إلى 50%) في ظاهرة الاحتباس الحراري خلال العصر الصناعي مما تنبأت به نماذج الدوران العالمي (GCMs) سابقًا. ^{[ 17 ]} إنّ الآثار الاجتماعية والاقتصادية العميقة لفهم المساهمات النسبية للعوامل الطبيعية والبشرية في تغير المناخ تجعل من الضروري الحفاظ على قاعدة بيانات مؤشر الإشعاع الشمسي الكلي (TSI)، وهي عنصر أساسي في أبحاث تغير المناخ، بشكل دقيق في المستقبل المنظور. وقد شكّلت تجربة UARS/ACRIM2 جزءًا مهمًا من توفير قاعدة بيانات مؤشر الإشعاع الشمسي الكلي (TSI) طويلة الأجل.