美国国家航空航天局（NASA）已将其AtmOCube任务纳入“H-FORT”计划。在这一计划框架下，NASA将通过小型卫星支持高效的研究与技术任务。AtmOCube任务由波恩大学与于利希研究中心共同参与，并联合科罗拉多大学等合作伙伴，旨在研究大气层上部及电离层底部的物理过程，从而提升对卫星运行、通信与导航系统的预测能力。该任务计划于2029年发射。
项目采用AI生成的16U立方体卫星搭载AtmOCube有效载荷的示意图：AtmOCube以16U立方体卫星作为光学有效载荷的平台。任务中，这颗小型卫星将被发射至约500公里高度的轨道。// 图片来源：Martin Kaufmann，由ChatGPT/OpenAI生成
波恩大学凭借其在大气研究方面的长期积累——包括机载测量、实验室分析与仪器研发——正与于利希研究中心及科罗拉多大学的团队紧密合作，将研究视野从近地面扩展至中高层大气乃至太空。在AtmOCube任务中，波恩大学与于利希研究中心共同负责研发卫星的光学有效载荷，该载荷用于测量大气自然的红外辐射，是卫星的核心科学仪器。大学团队在仪器设计、实验室校准与数据解析方面贡献了丰富经验。
AtmOCube的科学意义
电离层是从约80公里高度开始的大气区域，太阳辐射使部分气体电离，形成带电粒子。该层与下方的中性大气紧密耦合，并受到低层大气上传过程的显著影响。其中的扰动可能干扰卫星轨道，并影响通信与导航信号（如GPS）的传输。这类扰动的主要来源之一是大气重力波——它们形成于大气低层，并将能量与动量向上传递至高空。
“NASA的遴选是我们团队与合作伙伴的重要里程碑。AtmOCube融合了创新测量技术与社会实际需求：我们希望能更深入理解大气过程如何影响近地空间环境，”波恩大学大气物理学家、于利希研究中心气候与能源系统研究所主任Michaela I. Hegglin Shepherd教授表示。“科学数据不仅有助于为未来卫星运行提供可靠预报，也与气候变化密切相关。随着低层大气变暖，天气与环流模式发生改变——这些效应可能通过波动上传至近地空间，并引发干扰，”Martin Kaufmann博士补充道。他担任AtmOCube的项目管理，并协调由波恩大学与于利希研究中心在伍珀塔尔共同设立的AtmoLab实验室联盟。“AtmOCube标志着我们合作发展的新高度。”
观测原理概述
“卫星进入轨道后，将以略向下倾的视角沿飞行反向对目标高度层进行连续观测。这种设计使数据具备优异的高度分辨率，”Kaufmann解释道。
AtmOCube通过监测大气中氧气的自然红外辐射来反演温度剖面。基于这些数据，可进一步推导重力波的传播特性、空间结构及其能量与动量通量，从而揭示重力波如何驱动高层大气流动，并引发大气与电离层中的波动式扰动。
从CRISTA到AtmOCube的传承
AtmOCube延续了该团队早期的成功经验：始于CRISTA太空实验，并于约十年前与于利希研究中心重新展开合作。此后，双方共同完成了多项火箭与卫星项目，并积极吸纳学生参与科研实践。
随着任务入选，AtmOCube已进入为期六个月的概念设计与规划阶段。该阶段将进一步细化任务要求与实施方案，并整合评估反馈。阶段结束后，NASA将根据评审结果决定后续资助与执行计划。
