Laikapstākļus - relatīvi īslaicīgu atmosfēras parādību kopumu - ir grūti prognozēt to ietekmējošo faktoru lielā skaita un to ietekmes mainīguma dēļ. Zemes atmosfēra ir sarežģīta dinamiska sistēma, tāpēc, lai uzlabotu prognozēšanas precizitāti, ik brīdi ir jāņem vērā tās stāvoklis dažādos reģionos. Jau vairākus gadu desmitus meteoroloģiskie pavadoņi ir bijuši nepieciešami instrumenti, lai veiktu atmosfēras pētījumus globālā mērogā.
Kosmosa laikapstākļu novērojumu sākums
Satelīts, kas parādīja kosmosa kuģu būtisku piemērotību meteoroloģiskiem novērojumiem, bija amerikāņu TIROS-1, kas tika palaists 1960. gada 1. aprīlī.
Satelīts pārraidīja pirmo mūsu planētas televīzijas attēlu no kosmosa. Pēc tam, pamatojoties uz šāda veida ierīcēm, tika izveidots globālais meteoroloģiskais satelīts ar tādu pašu nosaukumu.sistēma.
Pirmais PSRS meteoroloģiskais pavadonis Cosmos-122 tika palaists 1966. gada 25. jūnijā. Tajā bija aprīkojums šaušanai optiskajā un infrasarkanajā diapazonā, ļāva izpētīt mākoņu, ledus lauku un sniega segas izplatību, kā arī izmērīt atmosfēras temperatūras raksturlielumus Zemes dienas un nakts pusēs. Kopš 1967. gada PSRS sāka darboties Meteor sistēma, kas veidoja pamatu vēlāk izstrādātām meteoroloģiskajām sistēmām dažādiem mērķiem.
Dažādu valstu satelītu laikapstākļu sistēmas
Vairākas satelītu sērijas, piemēram, Meteor-Nature, Meteor-2 un Meteor-3, kā arī Resurs sērijas ierīces kļuva par Meteor mantiniekiem. Kopš 2000. gadu sākuma ir turpinājusies kompleksa Meteor-3M izveide. Turklāt Krievijas meteoroloģisko satelītu skaitā bija divi Electro-L kompleksa satelīti. Ar pirmo no tiem, kas orbītā nostrādāja 5 gadus un 8 mēnešus, 2016. gadā pārtrūka savienojums, otrais turpina darboties. Ir plānota šīs sērijas trešā satelīta palaišana.
ASV papildus TIROS sistēmai tika izstrādāti un izmantoti Nimbus, ESSA, NOAA, GOES sērijas kosmosa kuģi. Pašlaik tiek izmantotas vairākas NOAA un GOES sērijas.
Eiropas satelītu laikapstākļu sistēmas pārstāv divas paaudzes Meteosat, MetOp, kā arī pārtrauktās ERS un Envisat - viena no lielākajām ierīcēm, ko zemajā Zemes orbītā palaidusi Eiropas Kosmosa aģentūra.
Japānai ("Himawari"), Ķīnai ("Fengyun"), Indijai (INSAT-3DR) un dažām citām valstīm ir savi meteoroloģiskie pavadoņi.
Satelītu veidi
Meteoroloģiskajos kompleksos iekļautie kosmosa kuģi ir sadalīti divos veidos pēc orbītas parametriem un attiecīgi pēc mērķa:
- Ģeostacionārie satelīti. Tie tiek palaisti ekvatoriālajā plaknē, Zemes griešanās virzienā, 36 786 km augstumā virs jūras līmeņa. To leņķiskais ātrums atbilst planētas rotācijas ātrumam. Ar šādiem orbītas raksturlielumiem šāda veida satelīti vienmēr atrodas virs viena punkta, ja neņem vērā svārstības un "drift", ko izraisa kļūdas orbītā un gravitācijas anomālijas. Viņi pastāvīgi novēro vienu apgabalu, kas ir aptuveni 42% no zemes virsmas - nedaudz mazāk par puslodi. Šie satelīti neļauj novērot augstāko platuma grādu reģionus un nesniedz detalizētu attēlu, taču tie nodrošina iespēju nepārtraukti uzraudzīt situāciju lielos reģionos.
- Polārie satelīti. Šāda veida transportlīdzekļi pārvietojas pa daudz zemākām orbītām - no 850 līdz 1000 km, kā rezultātā tie nenodrošina plašu novērojamās teritorijas pārklājumu. Tomēr to orbītas noteikti iet pāri Zemes poliem, un viens šāda veida satelīts spēj “noņemt” visu planētas virsmu šaurās (apmēram 2500 km) joslās ar labu izšķirtspēju noteiktā skaitā orbītu. Vienlaicīgi darbojoties diviem satelītiem, kas atrodas saules sinhronās polārajās orbītās, katrs reģions tiek apsekots no plkst.6 stundu intervāls.
Meteoroloģisko pavadoņu vispārīgs apraksts un raksturojums
Kosmosa kuģis, kas paredzēts meteoroloģiskiem novērojumiem, sastāv no diviem moduļiem: apkalpošanas moduļa (satelīta platforma) un kravas nesēja (instrumenti). Servisa nodalījumā atrodas barošanas iekārtas, kas nodrošina enerģiju no uz tā uzstādītajiem saules paneļiem, kā arī radiatoru un piedziņas sistēmu. Darba modulim ir pievienots radiotehnikas komplekss, kas aprīkots ar vairākām antenām un sensoriem heliofizikālās situācijas uzraudzībai.
Šādu ierīču palaišanas svars parasti sasniedz vairākas tonnas, kravnesība ir no vienas līdz divām tonnām. Meteoroloģisko pavadoņu rekordista - Eiropas Envisat - palaišanas svars pārsniedza 8 tonnas, bet noderīgais - vairāk nekā 2 tonnas ar izmēriem 10 × 2,5 × 5 m. Ar izvietotiem paneļiem tā platums sasniedza 26 metrus. Amerikāņu GOES-R izmēri ir 6,1 × 5,6 × 3,9 m ar gandrīz 5200 kg palaišanas svaru un 2860 kg sausā svara. Krievijas Meteor-M Nr.2 korpusa diametrs ir 2,5 m, garums 5 m, platums ar izvietotiem saules paneļiem 14 m. Satelīta lietderīgā slodze ir aptuveni 1200 kg, palaišanas svars bija nedaudz mazāks par 2800 Kilograms. Zemāk ir meteoroloģiskā pavadoņa "Meteor-M" Nr.2 fotogrāfija.
Zinātniskais satelītu aprīkojums
Parasti laikapstākļu satelītu aprīkojumā ir divu veidu instrumenti:
- Pārskats. Ar viņu palīdzību tiek iegūti zemes un okeānu virsmas televīzijas un foto attēli, mākoņi, sniegs un ledus sega. Starp šīm ierīcēm ir vismaz divas vairāku zonu attēlveidošanas ierīces dažādos spektra diapazonos (redzams, mikroviļņu, infrasarkanais). Viņi fotografē ar dažādu izšķirtspēju. Satelīti ir aprīkoti arī ar radara virsmas skenēšanas iekārtu.
- Mērīšana. Izmantojot šāda veida instrumentus, satelīts savāc kvantitatīvos raksturlielumus, kas atspoguļo atmosfēras, hidrosfēras un magnetosfēras stāvokli. Šādi raksturlielumi ietver temperatūru, mitrumu, starojuma apstākļus, pašreizējos ģeomagnētiskā lauka parametrus utt.
Meteoroloģiskā satelīta kravnesībā ir iekļauta arī iebūvēta datu iegūšanas un pārraides sistēma.
Datu saņemšana un apstrāde uz Zemes
Satelīts var darboties gan informācijas glabāšanas režīmā ar sekojošu datu paketes pārsūtīšanu uz zemes uztveršanas un apstrādes kompleksu, gan veikt tiešu tiešu pārraidi. Zemes kompleksa saņemtie satelīta dati tiek pakļauti dekodēšanai, kuras laikā informācija tiek sasaistīta pēc laika un kartogrāfiskajām koordinātām. Pēc tam dati no dažādiem kosmosa kuģiem tiek apvienoti un tālāk apstrādāti, lai izveidotu vizuāli uztveramus attēlus.
Pasaules Meteoroloģijas organizācija pieņēma jēdzienu "atvērtās debesis", paziņojot par brīvu piekļuvi meteoroloģiskajai informācijai - nešifrētaireāllaika dati no satelītiem. Lai to izdarītu, jums ir jābūt atbilstošam uztveršanas aprīkojumam un programmatūrai.
Starptautiskā meteoroloģisko novērošanas sistēma
Tā kā ir tikai viena ģeostacionārā orbīta, tās izmantošanai nepieciešama koordinācija starp kosmosa aģentūrām un dažādu valstu meteoroloģiskajiem (kā arī citiem ieinteresētajiem) dienestiem. Jā, un šobrīd izvēloties zemās polārās orbītas, bez saskaņošanas nevar iztikt. Turklāt bīstamu laikapstākļu (piemēram, taifūnu) satelītnovērošana liek apvienot hidrometeoroloģisko dienestu spēkus un apmainīties ar attiecīgo informāciju, jo laikapstākļi nepazīst valsts robežas.
Starptautisko jautājumu saskaņošana saistībā ar kosmosa sistēmu izmantošanu laika prognozēšanā ir PMO meteoroloģisko satelītu koordinācijas grupa. Satelītu laikapstākļu sistēmu koplietošana sākās jau pagājušā gadsimta 70. gados. Koordinācija šajā jomā šobrīd ir īpaši svarīga. Galu galā starptautiskajā ģeostacionārajā orbītā novietoto meteoroloģisko satelītu konstelācijā ietilpst daudzu valstu kosmosa kuģi: ASV, Eiropas valstis, Krievija, Indija, Ķīna, Japāna un Dienvidkoreja.
Kosmosa tehnoloģiju izredzes meteoroloģijā
Mūsdienu laikapstākļu satelīti ir daļa no globālās Zemes attālās uzrādes sistēmas, un tādēļ tiem ir nopietnas attīstības perspektīvas.
Pirmkārt, plānots paplašināt viņu līdzdalību dabas apdraudējumu, dabas katastrofu, bīstamu parādību monitoringā, ilgtermiņa klimata pārmaiņu prognozēšanā. Otrkārt, Zemes meteoroloģiskie pavadoņi, protams, arvien vairāk jāizmanto kā instrumenti zināšanu iegūšanai par procesiem atmosfērā un hidrosfērā, kā arī par ģeomagnētiskā lauka stāvokli, gan lietišķo, gan fundamentālo zinātnisko vērtību.
