Ο καιρός - ένα σύνολο σχετικά βραχυπρόθεσμων ατμοσφαιρικών φαινομένων - είναι δύσκολο να προβλεφθεί λόγω του μεγάλου αριθμού παραγόντων που τον επηρεάζουν και της μεταβλητότητας των επιπτώσεών τους. Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ένα πολύπλοκο δυναμικό σύστημα, επομένως, για να βελτιωθεί η ακρίβεια της πρόβλεψης, είναι απαραίτητο να λαμβάνεται υπόψη η κατάστασή της σε διαφορετικές περιοχές κάθε στιγμή. Εδώ και αρκετές δεκαετίες, οι μετεωρολογικοί δορυφόροι αποτελούν απαραίτητο εργαλείο για τη διεξαγωγή ατμοσφαιρικών ερευνών σε παγκόσμια κλίμακα.
Έναρξη παρατηρήσεων καιρού στο διάστημα
Ο δορυφόρος που έδειξε τη θεμελιώδη καταλληλότητα των διαστημικών σκαφών για μετεωρολογικές παρατηρήσεις ήταν ο αμερικανικός TIROS-1, που εκτοξεύτηκε την 1η Απριλίου 1960.
Ο δορυφόρος μετέδωσε την πρώτη τηλεοπτική εικόνα του πλανήτη μας από το διάστημα. Στη συνέχεια, με βάση συσκευές αυτού του τύπου, δημιουργήθηκε ο παγκόσμιος μετεωρολογικός δορυφόρος με το ίδιο όνομα.σύστημα.
Ο πρώτος μετεωρολογικός δορυφόρος της ΕΣΣΔ, Cosmos-122, εκτοξεύτηκε στις 25 Ιουνίου 1966. Διέθετε εξοπλισμό για σκοποβολή στο οπτικό και υπέρυθρο φάσμα, κατέστησε δυνατή τη μελέτη της κατανομής των νεφών, των πεδίων πάγου και της χιονοκάλυψης, καθώς και τη μέτρηση των χαρακτηριστικών θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας στις πλευρές της ημέρας και της νύχτας της Γης. Από το 1967, το σύστημα Meteor άρχισε να λειτουργεί στην ΕΣΣΔ, το οποίο αποτέλεσε τη βάση των μετεωρολογικών συστημάτων που αναπτύχθηκαν στη συνέχεια για διάφορους σκοπούς.
Δορυφορικά καιρικά συστήματα διαφορετικών χωρών
Διάφορες σειρές δορυφόρων, όπως οι Meteor-Nature, Meteor-2 και Meteor-3, καθώς και συσκευές της σειράς Resurs, έγιναν οι κληρονόμοι του Meteor. Από τις αρχές της δεκαετίας του 2000 συνεχίστηκε η δημιουργία του συγκροτήματος Meteor-3M. Επιπλέον, ο αριθμός των μετεωρολογικών δορυφόρων της Ρωσίας περιελάμβανε δύο δορυφόρους του συμπλέγματος Electro-L. Με το πρώτο από αυτά, που λειτούργησε σε τροχιά για 5 χρόνια και 8 μήνες, η σύνδεση χάθηκε το 2016, το δεύτερο συνεχίζει να λειτουργεί. Σχεδιάζεται η εκτόξευση του τρίτου δορυφόρου αυτής της σειράς.
Στις ΗΠΑ, εκτός από το σύστημα TIROS, αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν διαστημόπλοια των σειρών Nimbus, ESSA, NOAA, GOES. Αρκετές σειρές NOAA και GOES είναι επί του παρόντος σε υπηρεσία.
Τα ευρωπαϊκά δορυφορικά μετεωρολογικά συστήματα αντιπροσωπεύονται από δύο γενιές Meteosat, το MetOp, καθώς και από τα ERS και Envisat που καταργήθηκαν - μία από τις μεγαλύτερες συσκευές που εκτοξεύτηκαν σε χαμηλή τροχιά της Γης από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος.
Η Ιαπωνία ("Himawari"), η Κίνα ("Fengyun"), η Ινδία (INSAT-3DR) και ορισμένες άλλες χώρες έχουν τους δικούς τους μετεωρολογικούς δορυφόρους.
Τύποι δορυφόρων
Τα διαστημικά σκάφη που περιλαμβάνονται στα μετεωρολογικά συγκροτήματα χωρίζονται σε δύο τύπους ανάλογα με τις παραμέτρους της τροχιάς και, κατά συνέπεια, κατά σκοπό:
- Γεωστατικοί δορυφόροι. Εκτοξεύονται στο ισημερινό επίπεδο, προς την κατεύθυνση της περιστροφής της Γης, σε ύψος 36.786 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Η γωνιακή τους ταχύτητα αντιστοιχεί στην ταχύτητα περιστροφής του πλανήτη. Με τέτοια τροχιακά χαρακτηριστικά, οι δορυφόροι αυτού του τύπου βρίσκονται πάντα πάνω από το ίδιο σημείο, αν δεν ληφθούν υπόψη οι διακυμάνσεις και η «μετακίνηση» που προκαλούνται από σφάλματα στην τροχιά και τις βαρυτικές ανωμαλίες. Παρατηρούν συνεχώς μια περιοχή, η οποία είναι περίπου το 42% της επιφάνειας της γης - λίγο λιγότερο από ένα ημισφαίριο. Αυτοί οι δορυφόροι δεν επιτρέπουν την παρατήρηση των περιοχών με τα υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη και δεν παρέχουν λεπτομερή εικόνα, αλλά παρέχουν τη δυνατότητα συνεχούς παρακολούθησης της κατάστασης σε μεγάλες περιοχές.
- Πολικοί δορυφόροι. Οχήματα αυτού του τύπου κινούνται σε πολύ χαμηλότερες τροχιές - από 850 έως 1000 km, με αποτέλεσμα να μην παρέχουν ευρεία κάλυψη της παρατηρούμενης περιοχής. Ωστόσο, οι τροχιές τους περνούν αναγκαστικά πάνω από τους πόλους της Γης και ένας δορυφόρος αυτού του τύπου είναι ικανός να «αφαιρεί» ολόκληρη την επιφάνεια του πλανήτη σε στενές (περίπου 2500 km) ζώνες με καλή ανάλυση σε συγκεκριμένο αριθμό τροχιών. Με την ταυτόχρονη λειτουργία δύο δορυφόρων που βρίσκονται σε ηλιακές-σύγχρονες πολικές τροχιές, κάθε περιοχή ερευνάται απόδιάστημα 6 ωρών.
Γενική περιγραφή και χαρακτηριστικά μετεωρολογικών δορυφόρων
Ένα διαστημόπλοιο σχεδιασμένο για μετεωρολογικές παρατηρήσεις αποτελείται από δύο ενότητες: μια μονάδα εξυπηρέτησης (δορυφορική πλατφόρμα) και ένα φορέα ωφέλιμου φορτίου (όργανα). Το διαμέρισμα σέρβις φιλοξενεί εξοπλισμό ισχύος που παρέχει ενέργεια από ηλιακούς συλλέκτες που είναι τοποθετημένοι σε αυτό μαζί με ψυγείο και σύστημα πρόωσης. Ένα συγκρότημα ραδιομηχανικής εξοπλισμένο με πολλές κεραίες και αισθητήρες για την παρακολούθηση της ηλιοφυσικής κατάστασης είναι συνδεδεμένο στη μονάδα εργασίας.
Το βάρος εκτόξευσης τέτοιων συσκευών φτάνει συνήθως αρκετούς τόνους, το ωφέλιμο φορτίο είναι από έναν έως δύο τόνους. Ο κάτοχος ρεκόρ μεταξύ μετεωρολογικών δορυφόρων - ο Ευρωπαϊκός Envisat - είχε βάρος εκτόξευσης πάνω από 8 τόνους, χρήσιμο - περισσότερους από 2 τόνους με διαστάσεις 10 × 2,5 × 5 μ. Με αναπτυγμένους πίνακες, το πλάτος του έφτασε τα 26 μέτρα. Οι διαστάσεις του αμερικανικού GOES-R είναι 6,1 × 5,6 × 3,9 m με σχεδόν 5200 kg βάρος εκτόξευσης και 2860 kg ξηρό βάρος. Το Russian Meteor-M No. 2 έχει διάμετρο σώματος 2,5 m, μήκος 5 m, πλάτος με αναπτυγμένους ηλιακούς συλλέκτες 14 m. Το ωφέλιμο φορτίο του δορυφόρου είναι περίπου 1200 kg, το βάρος εκτόξευσης ήταν ελαφρώς μικρότερο από 2800 κιλό. Παρακάτω είναι μια φωτογραφία του μετεωρολογικού δορυφόρου "Meteor-M" Νο. 2.
Επιστημονικός δορυφορικός εξοπλισμός
Κατά κανόνα, οι μετεωρολογικοί δορυφόροι φέρουν δύο τύπους οργάνων ως μέρος του εξοπλισμού τους:
- Επισκόπηση. Με τη βοήθειά τους λαμβάνονται τηλεοπτικές και φωτογραφικές εικόνες της επιφάνειας της γης και των ωκεανών, των νεφών, του χιονιού και του πάγου. Μεταξύ αυτών των συσκευών περιλαμβάνονται τουλάχιστον δύο συσκευές απεικόνισης πολλαπλών ζωνών σε διαφορετικές φασματικές περιοχές (ορατό, μικροκύματα, υπέρυθρες). Πυροβολούν σε διαφορετικές αναλύσεις. Οι δορυφόροι είναι επίσης εξοπλισμένοι με μια εγκατάσταση σάρωσης επιφάνειας ραντάρ.
- Μέτρηση. Μέσω οργάνων αυτού του τύπου, ο δορυφόρος συλλέγει ποσοτικά χαρακτηριστικά που αντανακλούν την κατάσταση της ατμόσφαιρας, της υδρόσφαιρας και της μαγνητόσφαιρας. Τέτοια χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία, την υγρασία, τις συνθήκες ακτινοβολίας, τις τρέχουσες παραμέτρους του γεωμαγνητικού πεδίου κ.λπ.
Το μετεωρολογικό δορυφορικό ωφέλιμο φορτίο περιλαμβάνει επίσης ένα ενσωματωμένο σύστημα λήψης και μετάδοσης δεδομένων.
Λήψη και επεξεργασία δεδομένων στη Γη
Ο δορυφόρος μπορεί να λειτουργήσει τόσο στον τρόπο αποθήκευσης πληροφοριών με επακόλουθη μετάδοση ενός πακέτου δεδομένων σε ένα επίγειο συγκρότημα λήψης και επεξεργασίας, όσο και σε απευθείας μετάδοση. Τα δορυφορικά δεδομένα που λαμβάνονται από το επίγειο συγκρότημα υποβάλλονται σε αποκωδικοποίηση, κατά την οποία οι πληροφορίες συνδέονται με χρόνο και χαρτογραφικές συντεταγμένες. Στη συνέχεια, δεδομένα από διαφορετικά διαστημόπλοια συνδυάζονται και υποβάλλονται σε περαιτέρω επεξεργασία για τη δημιουργία οπτικά αντιληπτών εικόνων.
Ο Παγκόσμιος Μετεωρολογικός Οργανισμός υιοθέτησε την έννοια των «ανοιχτών ουρανών», δηλώνοντας ελεύθερη πρόσβαση σε μετεωρολογικές πληροφορίες - μη κρυπτογραφημένηδεδομένα σε πραγματικό χρόνο από δορυφόρους. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να έχετε τον κατάλληλο εξοπλισμό λήψης και λογισμικό.
Διεθνές Μετεωρολογικό Σύστημα Παρατήρησης
Επειδή υπάρχει μόνο μία γεωστατική τροχιά, η χρήση της απαιτεί συντονισμό μεταξύ διαστημικών υπηρεσιών και μετεωρολογικών (καθώς και άλλων ενδιαφερόμενων) υπηρεσιών διαφορετικών χωρών. Ναι, και όταν επιλέγετε χαμηλές πολικές τροχιές αυτή τη στιγμή, είναι αδύνατο να γίνει χωρίς συντονισμό. Επιπλέον, η δορυφορική παρακολούθηση επικίνδυνων καιρικών φαινομένων (όπως οι τυφώνες) καθιστά απαραίτητη τη συνένωση των προσπαθειών των υδρομετεωρολογικών υπηρεσιών και την ανταλλαγή σχετικών πληροφοριών, καθώς ο καιρός δεν γνωρίζει κρατικά σύνορα.
Η εναρμόνιση διεθνών θεμάτων που σχετίζονται με την εφαρμογή διαστημικών συστημάτων στην πρόγνωση καιρού είναι ευθύνη της Συντονιστικής Ομάδας για Μετεωρολογικούς Δορυφόρους εντός του WMO. Η κοινή χρήση δορυφορικών μετεωρολογικών συστημάτων ξεκίνησε ήδη από τη δεκαετία του 1970. Ο συντονισμός σε αυτόν τον τομέα είναι ιδιαίτερα σημαντικός τώρα. Εξάλλου, ο διεθνής αστερισμός μετεωρολογικών δορυφόρων που τοποθετούνται σε γεωστατική τροχιά περιλαμβάνει διαστημόπλοια από πολλές χώρες: τις Ηνωμένες Πολιτείες, τις ευρωπαϊκές χώρες, τη Ρωσία, την Ινδία, την Κίνα, την Ιαπωνία και τη Νότια Κορέα.
Προοπτικές για διαστημική τεχνολογία στη μετεωρολογία
Οι σύγχρονοι μετεωρολογικοί δορυφόροι αποτελούν μέρος του παγκόσμιου συστήματος τηλεπισκόπησης της Γης και ως εκ τούτου έχουν σοβαρές προοπτικές ανάπτυξης.
Πρώτον, σχεδιάζεται η επέκταση της συμμετοχής τους στην παρακολούθηση φυσικών κινδύνων, φυσικών καταστροφών, επικίνδυνων φαινομένων, στην πρόβλεψη μακροπρόθεσμης κλιματικής αλλαγής. Δεύτερον, οι μετεωρολογικοί δορυφόροι της Γης, φυσικά, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο ως εργαλεία για την απόκτηση γνώσεων για τις διεργασίες στην ατμόσφαιρα και την υδρόσφαιρα, καθώς και για την κατάσταση του γεωμαγνητικού πεδίου, τόσο εφαρμοσμένης όσο και θεμελιώδης επιστημονικής αξίας.
