Dutch follows English

SPEXone is a concept satellite instrument that will measure the characteristics of aerosols in the earth’s atmosphere with unparalleled accuracy for the purpose of climate and air quality research. SPEXone is developed by a consortium consisting of SRON and Airbus Defence and Space NL, supported by unique expertise from partner TNO. This initiative is a public-private partnership.

Science Case

The research that will be made possible using the SPEXone instrument addresses one of our biggest knowledge gaps in the area of climate and air quality. According to the latest report (2013) by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), aerosols represent the biggest uncertainty in the understanding of radiative forcing caused by human activity (cooling versus warming). Furthermore, this missing knowledge has important and yet unknown consequences for the interaction between air quality and climate under the conditions of a changing climate and changing emissions.

With the signing of the Paris Agreement in 2015, the international community has recognized that climate change forms a global threat to societies and our planet and that urgent action is needed. Countries that are signatories to the agreement will together work on finding an effective answer to this problem with the aim of reducing emissions.

Besides the climate, emissions from fuels also have a major impact on our living environment; each year, half a million Europeans die prematurely due to particulate matter. These societal themes are reflected in the Dutch National Research Agenda. The many questions concerning climate that were posed by Dutch citizens during the compilation of the agenda have, for example, been consolidated in questions 7, 8, 9 and 119 of the Dutch National Research Agenda and connect with the themes people, environment and economy, and society and technology.

Laboratory, field and airplane tests have demonstrated that the measurement data SPEXone can collect will be of a world-class scientific quality and an order of magnitude more accurate than those of existing satellite instruments. This will make SPEXone an important addition to worldwide research into the climate and air quality.

Instrument concept

SPEXone is an evolution of the SPEXlite instrument concept that was originally provided as part of the NASA PACE mission. SPEXlite is a spectro-polarimeter instrument that combines the high polarimetric accuracy (by means of the spectral modulation technology) of SPEX airborne with a large viewing angle and with high spatial resolution based on SPECTROlite airborne (which in turn has been derived from TROPOMI).

SPEXone takes the principles of SPEXlite and translates the original concept, which consists of five optical modules, into a single compact instrument with five viewing angles and two polarizations projected on a single detector. As a result of this, the viewing angle is reduced to 100 km, without any further concessions being made to the instrument’s performance, making SPEXone a research instrument for groundbreaking aerosol climate research and a demonstration for groundbreaking aerosol air quality research.

Applications

SPEXone is an instrument that will provide experimental data aimed mainly at acquiring new knowledge about the fundamental aspects of aerosols and the effect these have on climate and health, without the intention of realizing a direct commercial application or a direct commercial use. In this way the consortium will acquire the necessary insights that are important for taking the next step towards producing an application in the future.

NASA PACE mission

Recently, NASA Goddard Space Flight Centre asked the Netherlands to contribute to the PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem) mission by means of SPEXone. The SPEXone measuring instrument can be launched as part of NASA’s PACE observatory. It could then fulfill the “A” in PACE. NASA will cover the costs of the satellite platform, special provisions for placing the SPEXone instrument on the satellite platform, launching, and ground segment infrastructure.

Funding

The Dutch consortium is investing in the development of SPEXone. SRON does this by contributing man-hours and with the help of NWO funding earmarked for public-private partnerships. In addition, funding has been requested from the Dutch government for the realization of SPEXone. A Dutch investment in this instrument will have a considerable multiplier effect for Dutch science. With this investment, the Netherlands will be an important partner in the satellite mission with a total mission budget of 805 million USD and will thus also acquire significant political credit for its climate policy.

The technology that will be realized with this instrument for the scientific-societal NASA PACE mission could also serve as a basis for the growing demand from government and non-government bodies for reliable air quality information. In the next development stage, this will deliver concrete possibilities for commercial applications (valorization).

[separator]

SPEXone veelbelovend instrument voor aerosolmeting

SPEXone is een concept satelliet instrument dat met ongeëvenaarde nauwkeurigheid aerosol eigenschappen in de aardatmosfeer zal kunnen meten ten behoeve van onderzoek naar klimaat en luchtkwaliteit. SPEXone wordt ontwikkeld door een consortium bestaande uit SRON en Airbus Defence and Space NL ondersteund met unieke expertise door partner TNO. Deze onderneming is een publiek private samenwerking.

Science Case

Het onderzoek dat met het SPEXone instrument kan worden gedaan adresseert een van de grootste hiaten in onze kennis op het gebied van klimaat en luchtkwaliteit. Volgens het laatste rapport (2013) van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), vertegenwoordigt aerosol de grootste onzekerheid op gebied van door de mens veroorzaakte stralingsforcering (koeling versus verwarming). Deze ontbrekende kennis heeft bovendien belangrijke en vooralsnog onbekende gevolgen voor de wisselwerking tussen luchtkwaliteit en klimaat in een veranderend klimaat en veranderende emissies.

De internationale gemeenschap heeft in 2015 met het verdrag van Parijs onderkend dat klimaatverandering een bedreiging vormt voor samenlevingen wereldwijd en voor onze planeet en actie urgent is. De ondertekenende landen zegden toe samen te gaan werken om een effectief antwoord te geven met als doel uitstoot te verminderen.

Behalve op het klimaat heeft uitstoot uit brandstoffen een grote impact op onze leefomgeving; jaarlijks gaat een half miljoen Europeanen vroegtijdig dood door fijnstof. Deze maatschappelijke thema’s komen terug in de Nationale Wetenschapsagenda (NWA). De vele vragen omtrent klimaat die door Nederlanders zijn gesteld zijn onder andere samengebald in vragen 7, 8, 9 en 119 van de NWA en sluiten aan bij de thema’s mens, milieu en economie, en maatschappij en technologie.

Op basis van laboratorium-, veld- en vliegtuig-tests is aangetoond dat de wetenschappelijke kwaliteit van de meetgegevens die met SPEXone kunnen worden verzameld wereldwijd onderscheidend zal zijn en dat die gegevens een orde van grootte nauwkeuriger zullen zijn dan die van bestaande satellietinstrumenten. Hiermee vormt SPEXone een belangrijke toevoeging voor wereldwijd onderzoek naar klimaat en luchtkwaliteit.

Instrument concept

SPEXone is een evolutie van het SPEXlite instrument concept dat oorspronkelijk was voorzien als onderdeel van de NASA PACE missie. SPEXlite is een spectro-polarimeter instrument dat de hoge polarimetrische nauwkeurigheid (d.m.v. de spectrale modulatie technologie) van SPEX airborne combineert met een grote kijkhoek en met hoge spatiale resolutie gebaseerd op SPECTROlite airborne (welke weer is afgeleid van TROPOMI).

SPEXone neemt de principes van SPEXlite over, echter vertaalt het oorspronkelijke concept, bestaande uit 5 optische modules, naar een enkel compact instrument met vijf kijkhoeken en twee polarisaties geprojecteerd op een enkele detector. Hierdoor wordt ten opzichte van SPEXlite de kijkhoek gereduceerd tot 100 km, zonder verdere concessies te doen aan prestaties van het instrument. Daarmee is SPEXone een research instrument voor baanbrekend aerosol klimaatonderzoek en een demonstratie voor baanbrekend aerosol luchtkwaliteitsonderzoek.

Toepassingen

SPEXone is een instrument dat experimentele gegevens zal aanleveren die voornamelijk zijn gericht op het verwerven van nieuwe kennis over de fundamentele aspecten van aerosol en de rol voor klimaat en gezondheid, zonder dat hiermee een rechtstreekse commerciële toepassing of een rechtstreeks commercieel gebruik wordt beoogd. Het consortium verwerft zo de nodige inzichten die van belang zijn om in de toekomst de volgende stap op weg naar toepassing te maken.

NASA PACE missie

Recent heeft NASA Goddard Space Flight Centre Nederland gevraagd om middels SPEXone bij te dragen aan de PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem) missie. Het SPEXone meetinstrument kan worden gelanceerd op het PACE-observatorium van NASA. Het zal dan de “A” in PACE kunnen invullen. De NASA zal de kosten voor satellietplatform, speciale provisies voor plaatsing van het SPEXone instrument op het satellietplatform, lancering en grondsegment-infrastructuur voor haar rekening nemen.

Subsidie

Het Nederlandse consortium investeert in de ontwikkeling van SPEXone. SRON doet dat met menskracht en met behulp van NWO gelden, geoormerkt voor publiek private samenwerking. In aanvulling is bij de overheid subsidie aangevraagd voor de realisatie van SPEXone. Een Nederlandse investering in dit instrument geeft een enorme multiplier voor de Nederlandse wetenschap. Met deze investering wordt Nederland een belangrijke partner in een satellietmissie met een totale missieomvang van 805 M$. Nederland krijgt hiermee ook belangrijke politieke credit voor haar klimaatbeleid.

De technologie die met dit instrument voor de wetenschappelijk-maatschappelijke NASA PACE missie tot stand komt, kan tevens als basis dienen voor de groeiende behoefte aan betrouwbare luchtkwaliteitsinformatie bij overheids- en niet-overheidsinstanties. Dit levert, in een volgende ontwikkelingsstap, concrete mogelijkheden tot commerciële toepassingen (valorisatie).