Az időjárást - viszonylag rövid távú légköri jelenségek összességét - az azt befolyásoló tényezők nagy száma és hatásuk változékonysága miatt nehéz megjósolni. A Föld légköre összetett dinamikus rendszer, ezért az előrejelzés pontosságának javítása érdekében minden pillanatban figyelembe kell venni annak állapotát a különböző régiókban. A meteorológiai műholdak immár több évtizede a globális szintű légköri kutatások szükséges eszközei.
Az űridőjárási megfigyelések kezdete
Az 1960. április 1-jén felbocsátott amerikai TIROS-1 műhold, amely megmutatta az űrhajók alapvető alkalmasságát meteorológiai megfigyelésekre.
A műhold sugározta bolygónk első televíziós képét az űrből. Ezt követően az ilyen típusú eszközök alapján létrehozták az azonos nevű globális meteorológiai műholdat.rendszer.
A Szovjetunió első meteorológiai műholdját, a Cosmos-122-t 1966. június 25-én bocsátották fel. Fedélzetében volt optikai és infravörös lőtávolságra alkalmas felszerelés, lehetővé tette a felhőzet, jégmezők és hótakaró eloszlásának tanulmányozását, valamint a légkör hőmérsékleti jellemzőinek mérését a Föld nappali és éjszakai oldalán. 1967 óta a Meteor rendszer kezdett működni a Szovjetunióban, amely a később kifejlesztett meteorológiai rendszerek alapját képezte különféle célokra.
Különböző országok műholdas időjárási rendszerei
Számos műholdsorozat, mint például a Meteor-Nature, Meteor-2 és Meteor-3, valamint a Resurs sorozat eszközei lettek a Meteor örökösei. A 2000-es évek eleje óta folytatódott a Meteor-3M komplexum létrehozása. Ezenkívül Oroszország meteorológiai műholdai közé tartozott az Electro-L komplexum két műholdja is. Közülük az elsővel, amely 5 év 8 hónapig dolgozott pályán, 2016-ban megszakadt a kapcsolat, a második tovább működik. A sorozat harmadik műholdjának felbocsátását tervezik.
Az USA-ban a TIROS rendszer mellett a Nimbus, ESSA, NOAA, GOES sorozatú űrhajókat fejlesztették ki és használták. Jelenleg számos NOAA és GOES sorozat üzemel.
Az európai műholdas meteorológiai rendszereket a Meteosat két generációja képviseli, a MetOp, valamint a megszűnt ERS és Envisat – az egyik legnagyobb eszköz, amelyet az Európai Űrügynökség bocsátott alacsony Föld körüli pályára.
Japán ("Himawari"), Kína ("Fengyun"), India (INSAT-3DR) és néhány más ország rendelkezik saját meteorológiai műholddal.
Műholdak típusai
A meteorológiai komplexumokba tartozó űrhajókat a pálya paraméterei és ennek megfelelően céljuk szerint két típusra osztják:
- Geostacionárius műholdak. Az egyenlítői síkban, a Föld forgási irányában, 36 786 km tengerszint feletti magasságba indulnak. Szögsebességük megfelel a bolygó forgási sebességének. Ilyen pályajellemzőkkel az ilyen típusú műholdak mindig ugyanazon pont felett vannak, ha nem vesszük figyelembe a keringési hibák és a gravitációs anomáliák okozta fluktuációkat és "sodródást". Folyamatosan megfigyelnek egy területet, ami a Föld felszínének körülbelül 42%-a – valamivel kevesebb, mint egy félgömb. Ezek a műholdak nem teszik lehetővé a legmagasabb szélességi körök megfigyelését és nem adnak részletes képet, de lehetőséget adnak a helyzet folyamatos megfigyelésére nagy régiókban.
- Polar műholdak. Az ilyen típusú járművek sokkal alacsonyabb pályákon mozognak - 850 és 1000 km között, aminek következtében nem biztosítják a megfigyelt terület széles körű lefedettségét. Pályájuk azonban szükségszerűen áthalad a Föld pólusai felett, és egy ilyen típusú műhold bizonyos számú pályán képes szűk (kb. 2500 km-es) sávokban jó felbontással „eltávolítani” a bolygó teljes felületét. Két, napszinkron poláris pályán elhelyezkedő műhold egyidejű működésével az egyes régiók felmérése6 órás intervallum.
A meteorológiai műholdak általános leírása és jellemzői
A meteorológiai megfigyelésekre tervezett űrhajó két modulból áll: egy szolgáltatási modulból (műholdas platform) és egy rakományhordozóból (műszerek). A szervizrekeszben olyan elektromos berendezések találhatók, amelyek a rászerelt napelemekből biztosítják az áramot a radiátorral és a meghajtórendszerrel együtt. A munkamodulhoz több antennával és érzékelővel felszerelt rádiótechnikai komplexum csatlakozik a heliofizikai helyzet figyelésére.
Az ilyen eszközök kilövési tömege általában eléri a több tonnát, a hasznos teher 1-2 tonna. A meteorológiai műholdak rekorderének, az európai Envisatnak a kilövési súlya meghaladta a 8 tonnát, a hasznosé több mint 2 tonna, méretei 10 × 2,5 × 5 m. A kihelyezett panelekkel a szélessége elérte a 26 métert. Az amerikai GOES-R méretei: 6,1 × 5,6 × 3,9 m, csaknem 5200 kg kilövés és 2860 kg száraz tömeg mellett. Az orosz Meteor-M No. 2 testátmérője 2,5 m, hossza 5 m, szélessége kihelyezett napelemekkel 14 m. A műhold hasznos teherbírása körülbelül 1200 kg, kilövési súlya valamivel kevesebb, mint 2800 kg. Az alábbiakban a "Meteor-M" 2. számú meteorológiai műhold fotója látható.
Tudományos műholdberendezések
Az időjárási műholdak általában kétféle műszert hordoznak felszerelésük részeként:
- Áttekintés. Segítségükkel televíziós és fényképes képeket készítenek a föld és az óceánok felszínéről, a felhőkről, a hó- és jégtakaróról. Ezen eszközök között van legalább két többzónás képalkotó eszköz, amelyek különböző spektrális tartományban vannak (látható, mikrohullámú, infravörös). Különböző felbontásban forgatnak. A műholdak radarfelület-letapogatási lehetőséggel is fel vannak szerelve.
- Mérés. Az ilyen típusú műszerek segítségével a műhold összegyűjti a légkör, a hidroszféra és a magnetoszféra állapotát tükröző mennyiségi jellemzőket. Ilyen jellemzők a hőmérséklet, páratartalom, sugárzási feltételek, a geomágneses mező aktuális paraméterei stb.
A meteorológiai műhold hasznos rakománya fedélzeti adatgyűjtő és átviteli rendszert is tartalmaz.
Adatok fogadása és feldolgozása a Földön
A műhold egyaránt működhet információ tárolási módban, majd egy adatcsomagnak a földi vevő- és feldolgozó komplexumba történő továbbításával, és közvetlen közvetlen átvitelt is végezhet. A földi komplexum által vett műholdadatokat dekódolásnak vetik alá, melynek során az információkat idő és térképészeti koordináták kötik össze. Ezután a különböző űrhajók adatait kombinálják és tovább dolgozzák fel, hogy vizuálisan érzékelhető képeket hozzanak létre.
A Meteorológiai Világszervezet elfogadta a „nyílt égbolt” koncepcióját, és kinyilvánította a meteorológiai információkhoz való szabad hozzáférést – titkosítás nélkülvalós idejű adatok műholdakról. Ehhez rendelkeznie kell a megfelelő vevőberendezéssel és szoftverrel.
Nemzetközi Meteorológiai Megfigyelő Rendszer
Mivel csak egy geostacionárius pálya létezik, használatához a különböző országok űrügynökségei és meteorológiai (valamint egyéb érdekelt) szolgálatai közötti koordináció szükséges. Igen, és amikor jelenleg alacsony poláris pályákat választunk, lehetetlen koordináció nélkül. Ezenkívül a veszélyes időjárási események (például tájfunok) műholdas megfigyelése szükségessé teszi a hidrometeorológiai szolgálatok erőfeszítéseinek összefogását és a vonatkozó információk cseréjét, mivel az időjárás nem ismer államhatárokat.
Az űrrendszerek időjárás-előrejelzésben való alkalmazásával kapcsolatos nemzetközi kérdések harmonizálása a WMO-n belüli Meteorológiai Műholdak Koordinációs Csoportjának feladata. A műholdas időjárási rendszerek megosztása már az 1970-es években elkezdődött. Ezen a területen most különösen fontos a koordináció. Végül is a geostacionárius pályára állított meteorológiai műholdak nemzetközi konstellációjában számos ország űrhajója található: az Egyesült Államokból, európai országokból, Oroszországból, Indiából, Kínából, Japánból és Dél-Koreából.
Az űrtechnológia kilátásai a meteorológiában
A modern időjárási műholdak a globális Föld távérzékelési rendszer részét képezik, és mint ilyenek, komoly fejlődési kilátásokkal rendelkeznek.
Először is a természeti veszélyek, természeti katasztrófák, veszélyes jelenségek monitorozásában, a klímaváltozás hosszú távú előrejelzésében tervezik kiterjeszteni részvételüket. Másodszor, a Föld meteorológiai műholdait természetesen egyre gyakrabban kell felhasználni a légkörben és a hidroszférában zajló folyamatokról, valamint a geomágneses tér állapotáról szóló ismeretek megszerzésére, mind alkalmazott, mind tudományos alapértékekkel.
