Vrijeme - skup relativno kratkotrajnih atmosferskih pojava - teško je predvidjeti zbog velikog broja čimbenika koji na njega utječu i varijabilnosti njihovog utjecaja. Zemljina atmosfera je složen dinamički sustav, stoga je za poboljšanje točnosti prognoze potrebno u svakom trenutku uzeti u obzir njezino stanje u različitim regijama. Već nekoliko desetljeća meteorološki sateliti su neophodan alat za provođenje istraživanja atmosfere na globalnoj razini.
Početak promatranja svemirskog vremena
Satelit koji je pokazao temeljnu prikladnost letjelice za meteorološka promatranja bio je američki TIROS-1, lansiran 1. travnja 1960.
Satelit je prenio prvu televizijsku sliku našeg planeta iz svemira. Naknadno je na temelju uređaja ovog tipa stvoren istoimeni globalni meteorološki satelit.sustav.
Prvi meteorološki satelit SSSR-a, Cosmos-122, lansiran je 25. lipnja 1966. godine. Imao je opremu za snimanje u optičkom i infracrvenom rasponu, omogućio je proučavanje distribucije oblaka, ledenih polja i snježnog pokrivača, kao i mjerenje temperaturnih karakteristika atmosfere na dnevnoj i noćnoj strani Zemlje. Od 1967. u SSSR-u je počeo funkcionirati sustav Meteor, koji je činio osnovu naknadno razvijenih meteoroloških sustava za različite namjene.
Satelitski vremenski sustavi različitih zemalja
Nekoliko serija satelita, kao što su Meteor-Nature, Meteor-2 i Meteor-3, kao i uređaji serije Resurs, postali su nasljednici Meteora. Od početka 2000-ih nastavljeno je stvaranje kompleksa Meteor-3M. Osim toga, broj meteoroloških satelita Rusije uključivao je dva satelita kompleksa Electro-L. S prvim od njih, koji je u orbiti radio 5 godina i 8 mjeseci, veza je izgubljena 2016. godine, drugi nastavlja s radom. Planirano je lansiranje trećeg satelita ove serije.
U SAD-u su, osim sustava TIROS, razvijene i korištene letjelice serije Nimbus, ESSA, NOAA, GOES. Trenutno je u upotrebi nekoliko serija NOAA i GOES.
Europske satelitske vremenske sustave predstavljaju dvije generacije Meteosata, MetOp, kao i ukinuti ERS i Envisat - jedan od najvećih uređaja koje je u nisku Zemljinu orbitu lansirala Europska svemirska agencija.
Japan ("Himawari"), Kina ("Fengyun"), Indija (INSAT-3DR) i neke druge zemlje imaju svoje meteorološke satelite.
Vrste satelita
Svemirske letjelice uključene u meteorološke komplekse podijeljene su u dvije vrste prema parametrima orbite i, sukladno tome, po namjeni:
- Geostacionarni sateliti. Lansiraju se u ekvatorijalnoj ravnini, u smjeru Zemljine rotacije, na visinu od 36.786 km nadmorske visine. Njihova kutna brzina odgovara brzini rotacije planeta. S takvim orbitalnim karakteristikama sateliti ovog tipa uvijek su iznad iste točke, ako se ne uzmu u obzir fluktuacije i "drift" uzrokovani greškama u orbiti i gravitacijskim anomalijama. Stalno promatraju jedno područje, a to je oko 42% zemljine površine – nešto manje od hemisfere. Ovi sateliti ne dopuštaju promatranje područja najviših zemljopisnih širina i ne daju detaljnu sliku, ali daju mogućnost kontinuiranog praćenja situacije u velikim regijama.
- Polarni sateliti. Vozila ovog tipa kreću se u znatno nižim orbitama - od 850 do 1000 km, zbog čega ne pružaju široku pokrivenost promatranog teritorija. Međutim, njihove orbite nužno prolaze preko polova Zemlje, a jedan satelit ove vrste sposoban je "ukloniti" cijelu površinu planeta u uskim (oko 2500 km) pojasevima s dobrom razlučivosti u određenom broju orbita. Uz istovremeni rad dvaju satelita smještenih u Sunčevo sinkronim polarnim orbitama, svaka regija se istražuje odinterval od 6 sati.
Opći opis i karakteristike meteoroloških satelita
Svemirska letjelica dizajnirana za meteorološka promatranja sastoji se od dva modula: servisnog modula (satelitska platforma) i nosača tereta (instrumenata). U servisnom pretincu nalazi se energetska oprema koja osigurava energiju iz solarnih panela postavljenih na njega zajedno s radijatorom i pogonskim sustavom. Na radni modul spojen je radiotehnički kompleks opremljen s nekoliko antena i senzora za praćenje heliofizičke situacije.
Težina lansiranja takvih uređaja obično doseže nekoliko tona, nosivost je od jedne do dvije tone. Rekorder među meteorološkim satelitima - europski Envisat - imao je lansirnu težinu od preko 8 tona, koristan - više od 2 tone s dimenzijama 10 × 2,5 × 5 m. S postavljenim pločama njegova širina dosegla je 26 metara. Dimenzije američkog GOES-R-a su 6,1 × 5,6 × 3,9 m s gotovo 5200 kg lansirne težine i 2860 kg suhe težine. Ruski Meteor-M br. 2 ima promjer tijela 2,5 m, dužinu 5 m, širinu s raspoređenim solarnim panelima od 14 m. Nosivost satelita je oko 1200 kg, težina lansiranja bila je nešto manja od 2800 kg. Ispod je fotografija meteorološkog satelita "Meteor-M" br. 2.
Znanstvena satelitska oprema
U pravilu, vremenski sateliti nose dvije vrste instrumenata kao dio svoje opreme:
- Pregled. Uz njihovu pomoć dobivaju se televizijske i fotografske slike površine kopna i oceana, oblaka, snijega i ledenog pokrivača. Među tim uređajima su najmanje dva uređaja za snimanje u više zona u različitim spektralnim rasponima (vidljivi, mikrovalni, infracrveni). Snimaju u različitim rezolucijama. Sateliti su također opremljeni uređajem za skeniranje radarske površine.
- Mjerenje. Pomoću instrumenata ovog tipa satelit prikuplja kvantitativne karakteristike koje odražavaju stanje atmosfere, hidrosfere i magnetosfere. Takve karakteristike uključuju temperaturu, vlažnost, uvjete zračenja, trenutne parametre geomagnetskog polja, itd.
Meteorološki satelit također uključuje ugrađeni sustav za prikupljanje i prijenos podataka.
Primanje i obrada podataka na Zemlji
Satelit može raditi i u načinu pohranjivanja informacija s naknadnim prijenosom paketa podataka na zemaljski prijemni i obradni kompleks, te provoditi izravni izravni prijenos. Satelitski podaci koje prima zemaljski kompleks podvrgavaju se dekodiranju, tijekom kojeg se informacije povezuju vremenskim i kartografskim koordinatama. Zatim se podaci iz različitih svemirskih letjelica kombiniraju i dalje obrađuju kako bi se stvorile vizualno uočljive slike.
Svjetska meteorološka organizacija usvojila je koncept "otvorenog neba", proglasivši slobodan pristup meteorološkim informacijama - nekriptiranimpodaci u stvarnom vremenu sa satelita. Da biste to učinili, morate imati odgovarajuću opremu i softver za primanje.
Međunarodni meteorološki sustav promatranja
Budući da postoji samo jedna geostacionarna orbita, njezino korištenje zahtijeva koordinaciju između svemirskih agencija i meteoroloških (kao i drugih zainteresiranih) službi različitih zemalja. Da, i pri odabiru niskih polarnih orbita u ovom trenutku nemoguće je bez koordinacije. Osim toga, satelitsko praćenje opasnih vremenskih pojava (kao što su tajfuni) zahtijeva udruživanje napora hidrometeoroloških službi i razmjenu relevantnih informacija, budući da vrijeme ne poznaje državne granice.
Usklađivanje međunarodnih pitanja koja se odnose na primjenu svemirskih sustava u vremenskoj prognozi odgovornost je Koordinacijske skupine za meteorološke satelite unutar WMO-a. Dijeljenje satelitskih vremenskih sustava počelo je još 1970-ih. Koordinacija u ovom području sada je posebno važna. Uostalom, međunarodna konstelacija meteoroloških satelita postavljenih u geostacionarnu orbitu uključuje letjelice iz mnogih zemalja: Sjedinjenih Država, europskih zemalja, Rusije, Indije, Kine, Japana i Južne Koreje.
Izgledi za svemirsku tehnologiju u meteorologiji
Moderni vremenski sateliti dio su globalnog sustava daljinskog otkrivanja Zemlje i kao takvi imaju ozbiljne izglede za razvoj.
Prvo, planira se proširiti njihovo sudjelovanje u praćenju prirodnih opasnosti, prirodnih katastrofa, opasnih pojava, u prognoziranju dugoročnih klimatskih promjena. Drugo, meteorološki sateliti Zemlje, naravno, trebali bi se sve više koristiti kao alati za stjecanje znanja o procesima u atmosferi i hidrosferi, kao io stanju geomagnetskog polja, kako primijenjene tako i temeljne znanstvene vrijednosti.
