一枚印度制造的名为PSLV-C37的火箭于去年二月升空，进入地球电离层310英里处，并发射了104颗太空卫星，迅速地从两侧释放出来。这对于印度来说是一项世界纪录，对于建造了96颗手掌大小的轨道飞行器的美国公司和机构来说，也是一个重要的里程碑。
这一壮举引起了人们对一场新的太空竞赛的关注，这场竞赛的主角是微型卫星，它们的大小Roughly相当于半加仑牛奶纸箱，并伸出天线和太阳能电池板。将大量这种卫星送入轨道将使它们的微型传感器能够以前所未有的精度测量大气和地球表面的状况，从而大幅改进未来天气和气候变化的预测。
它们已经开始填补地球观测系统日益增长的空白，目前的观测系统由更大、更昂贵的政府所有卫星组成，这些卫星最终可能会被淘汰。
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“我的立场是，这对世界来说是一个巨大的胜利，” 亚历山大·“桑迪”·麦克唐纳（Alexander "Sandy" MacDonald）说，他是一位气象学家，曾任美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的研究实验室主任。
对于麦克唐纳的公司，位于旧金山的Spire Global Inc.来说，这可能也是一场胜利。他是该公司“全球验证模型”的主管。这项工作的目的是用更便宜的私有系统取代政府建造的卫星系统，后者收集数据并共享数据，而私有系统则反过来收集天气、气候和其他种类的所需信息，并将其出售给世界各地的政府和私人客户。
Spire的八颗微型“狐猴”（Lemur）卫星是印度火箭发射的卫星之一，使该公司运营卫星的“星群”总数达到52颗。它继续以每周一颗的速度大规模生产狐猴卫星，当发射200颗卫星时，“我们将看到整个地球的视线，”麦克唐纳解释说。
他的公司在全球范围内寻找美国、印度、俄罗斯和其他运载火箭上可靠但低成本的运力。
使用小型、相对廉价的卫星来改进天气和气候数据的想法是美国政府资助的两项创新中的第一项，这两项创新使得这一切成为可能。第二个突破是一种从太空测量大气状况的新方法。它被称为无线电掩星，或“RO”，正如前美国国家海洋和大气管理局（NOAA）局长康拉德·劳滕巴赫尔（Conrad Lautenbacher）喜欢称呼它的那样。
当乔治·W·布什总统在2001年任命劳滕巴赫尔担任NOAA局长时，他听取了关于RO的简报。科学家们早就注意到，电磁波在穿过地球大气层时会发生轻微弯曲。到20世纪80年代，地球上的第一批导航卫星，即美国全球定位系统（GPS）的一部分，开始绕地球运行，发出精确的无线电信号，用于引导军用舰船和飞机。
大气层会以不同的程度弯曲或扭曲这些信号。
科学家们开始意识到，弯曲程度因每个信号穿过大气层切片的路径而异。如果存在携带灵敏无线电接收器的小型轨道卫星，可以捕获来自导航卫星的信号，那么这些略微扭曲的信号将包含一种代码。
经过适当的转换，弯曲角度将揭示大气密度、压力、温度和湿度。这些是气象学家传统上使用地面站、高塔、无线电探空气球和传统空间传感器收集的数据，以制定准确的天气预报。
随着GPS卫星在地平线以下下降，跟踪它们的轨道接收器可以观察到它们不断变化的无线电信号。这些信号创建了一个精确信息的轮廓，天基接收器可以记录并传输到地球。
在第一次听取关于RO的简报后，劳滕巴赫尔就被迷住了。“我认为这真的很棒。我喜欢这个想法，”他回忆道。但NOAA的预算很紧张，他需要的是一种新型的小型卫星和一种廉价的发射方式。
当时，这似乎是不可能完成的任务。传统的Weather卫星是单独建造的，开发和发射成本可能高达30亿至50亿美元。
但劳滕巴赫尔后来了解到，其他人也对RO抱有同样的热情。美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室的工程师托马斯·云克（Thomas Yunck）早在几年前就撰写了第一份提案，利用RO从GPS信号中开发天气和气候信息。随后，JPL开始建造和测试一种仪器的原型，该仪器可以安装在直径约3英尺的卫星中。
大学大气研究公司（UCAR）的研究人员寻找一种低成本的方式来建造和发射它，UCAR由大学联盟和国家科学基金会支持。1997年，UCAR与台湾国家太空中心签署了合作协议，后者正在筹备一项太空发射计划。它需要客户，并同意支付美国项目80%的费用，总计1亿美元。在NOAA和美国空军的帮助下，该项目被命名为COSMIC，于2006年4月发射了六颗卫星。
这是一个近乎即时的成功，它收集了世界上一些最偏远地区的大气数据，并在三个小时内分发出去。其统计数据被77个国家的气象科学家使用。第二阶段的计划已经制定，称为COSMIC-2，原计划发射12颗卫星。该系统可以覆盖全球，并产生四倍以上的科学数据。
“正是COSMIC-1的成功开始让其他人思考新的未来，”劳滕巴赫尔回忆道。到2006年，小型化已经达到了这样的程度：工程师们开始设计基于一种非常小的标准化模块的卫星，即4英寸的立方体，因此得名：“CubeSats”（立方体卫星）。
它们的经济性极具诱惑力。“我们今天发射的Weather卫星耗资数十亿美元。Cosmic-1卫星耗资数百万美元。当您将尺寸缩小到CubeSats时，您谈论的是数十万美元。可以在装配线上快速且廉价地完成建造，”劳滕巴赫尔解释说。
在2008年布什政府官员离任几年后，劳滕巴赫尔成为加利福尼亚州帕萨迪纳市一家名为GeoOptics的公司的首席执行官。该公司由NASA工程师云克创立，他最初提出了RO。他们已经开始发射自己新开发的RO卫星，目标是最初由24颗卫星组成的星群，名为CICERO。
这使得GeoOptics与Spire正面竞争，争夺首个在太空开展业务的私营卫星系统。这场竞赛的最终赢家将不得而知，直到NOAA和世界各地的其他天气机构购买和使用这些数据，或者如果他们这样做的话。
劳滕巴赫尔认为，届时“长长的”私人客户名单也可能开始从太空购买私人数据。他预测，生产这些数据可能会更便宜，并且对各种私人企业具有吸引力，包括保险、建筑、农业和运输。
“世界依赖于天气，”他说。
Spire和GeoOptics都计划扩大其全球覆盖范围，不仅依靠GPS信号，还依靠跟踪来自中国、俄罗斯和欧盟运营的其他三个政府卫星导航系统的信号。
目前，Spire在这场竞赛中处于领先地位。其卫星最初配备用于监测世界各地海洋中的大型船舶。国际海事组织要求这些船舶广播无线电信号，披露其位置和航向，狐猴卫星配备了收集这些信号的设备。然后，Spire将生成的数据出售给各种对航运模式、渔业法规和海盗行为感兴趣的公司和其他组织。
国际民用航空组织即将组织一个类似的系统，要求商用飞机发出信号报告其位置，Spire将使用其卫星星座来收集和出售这些数据。
劳滕巴赫尔和麦克唐纳都预计会有其他私人竞争者。
数百甚至数千颗新的微型轨道卫星是否会造成太空碎片问题？不会，麦克唐纳断言。它们在高度较低的大气层中飞行，两三年后，它们会因重力拉扯而燃烧殆尽，因此需要发射更多的卫星。“它们只会返回大气层并自行处理掉。”
Spire和GeoOptics的计划也使它们与COSMIC-2展开竞争。UCAR和NASA领导的该计划的首批六颗卫星的发射已被推迟。在国会，一些共和党人强烈支持私人竞争，最近取消了为发射另外六颗卫星提供资金的计划，这些卫星本可以使Cosmic-2获得全球视野。
负责UCAR的COSMIC-2项目的航空航天工程师威廉·施赖纳（William Schreiner）表示，至少在理论上，公共和私人轨道飞行器将有充足的空间。目前，每天仅从大气中收集约2000个“探测”或数据。他说，研究表明，每天多达10万次的探测可以改善天气和气候模型，这将使政府和行业受益。
“存在许多问题，”施赖纳很快补充道。“成本是一个问题。我们不希望只有一个供应商生产数据。政府只能负担得起购买这么多，”他解释说，并指出私人供应商之间更多的竞争将有助于降低成本。
私人供应商的数据质量是另一个令人担忧的问题，他指出。政府是否可以依赖这些数据，以及收集和处理数据的细节是否被披露“并以足够的细节记录下来”，以便可靠地为天气和气候模型捕获新的科学成果，这将非常重要。
最后，NOAA和大多数其他美国航天机构的传统一直是“自由和开放的数据共享政策”。正如他解释的那样，“找到一种经济高效的方式来购买天气数据，然后共享这些数据将具有挑战性。”
施赖纳认为，进入这个新太空时代的最佳途径是国会恢复对COSMIC-2发射完成的资助。
“我认为我们应该拥有一个以机构为主导的更核心的观测系统，然后您始终可以在该核心系统之上纳入来自商业来源的观测结果，”他说。
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