Времето - съвкупност от относително краткотрайни атмосферни явления - е трудно да се предвиди поради големия брой фактори, които го влияят, и променливостта на тяхното въздействие. Земната атмосфера е сложна динамична система, следователно, за да се подобри точността на прогнозата, е необходимо да се вземе предвид нейното състояние в различни региони във всеки момент. Вече няколко десетилетия метеорологичните спътници са необходимо средство за провеждане на атмосферни изследвания в глобален мащаб.
Начало на наблюденията за космическото време
Спътникът, който показа основната годност на космическия кораб за метеорологични наблюдения, беше американският TIROS-1, изстрелян на 1 април 1960 г.
Спътникът предаде първото телевизионно изображение на нашата планета от космоса. Впоследствие на базата на устройства от този тип е създаден глобалният метеорологичен спътник със същото име.система.
Първият метеорологичен спътник на СССР, Космос-122, беше изстрелян на 25 юни 1966 г. Той разполагаше с бордово оборудване за стрелба в оптичния и инфрачервения диапазон, позволяваше да се изследва разпределението на облаците, ледените полета и снежната покривка, както и да се измерват температурните характеристики на атмосферата от дневната и нощната страна на Земята. От 1967 г. системата Метеор започва да функционира в СССР, която формира основата на впоследствие разработените метеорологични системи за различни цели.
Сателитни метеорологични системи на различни държави
Няколко серии спътници, като Meteor-Nature, Meteor-2 и Meteor-3, както и устройства от серията Resurs, станаха наследници на Meteor. От началото на 2000-те години продължава създаването на комплекса Метеор-3М. В допълнение, броят на метеорологичните спътници на Русия включваше два спътника на комплекса Electro-L. С първия от тях, който работи в орбита 5 години и 8 месеца, връзката е загубена през 2016 г., вторият продължава да работи. Планирано е изстрелването на третия сателит от тази серия.
В САЩ, в допълнение към системата TIROS, бяха разработени и използвани космически кораби от сериите Nimbus, ESSA, NOAA, GOES. Няколко серии NOAA и GOES в момента са в експлоатация.
Европейските сателитни метеорологични системи са представени от две поколения Meteosat, MetOp, както и спрените от производство ERS и Envisat - едно от най-големите устройства, изстреляни в ниска околоземна орбита от Европейската космическа агенция.
Япония ("Himawari"), Китай ("Fengyun"), Индия (INSAT-3DR) и някои други страни имат свои собствени метеорологични спътници.
Видове сателити
Космически кораби, включени в метеорологичните комплекси, са разделени на два вида според параметрите на орбитата и съответно по предназначение:
- Геостационарни спътници. Изстрелват се в екваториалната равнина, по посока на въртенето на Земята, на височина от 36 786 км над морското равнище. Тяхната ъглова скорост съответства на скоростта на въртене на планетата. С такива орбитални характеристики спътниците от този тип винаги са над една и съща точка, ако не се вземат предвид флуктуациите и "дрифта", причинени от грешки в орбитата и гравитационни аномалии. Те постоянно наблюдават една област, която е около 42% от земната повърхност – малко по-малко от полукълбо. Тези спътници не позволяват наблюдение на районите с най-високи географски ширини и не предоставят детайлно изображение, но осигуряват възможност за непрекъснато наблюдение на ситуацията в големи региони.
- Полярни сателити. Превозните средства от този тип се движат по много по-ниски орбити – от 850 до 1000 км, в резултат на което не осигуряват широко покритие на наблюдаваната територия. Въпреки това, техните орбити задължително преминават над полюсите на Земята и един спътник от този тип е в състояние да „отстрани“цялата повърхност на планетата в тесни (около 2500 km) ленти с добра разделителна способност в определен брой орбити. С едновременната работа на два спътника, разположени в слънчеви синхронни полярни орбити, всеки регион се изследва отинтервал от 6 часа.
Общо описание и характеристики на метеорологичните спътници
Космически кораб, предназначен за метеорологични наблюдения, се състои от два модула: обслужващ модул (сателитна платформа) и носител на полезен товар (инструменти). Сервизното отделение съдържа енергийно оборудване, което осигурява енергия от монтирани върху него слънчеви панели, заедно с радиатор и задвижваща система. Към работния модул е свързан радиотехнически комплекс, оборудван с няколко антени и сензори за наблюдение на хелиофизичната обстановка.
Изстрелваното тегло на такива устройства обикновено достига няколко тона, полезният товар е от един до два тона. Рекордьорът сред метеорологичните спътници - европейският Envisat - имаше изстрелно тегло над 8 тона, полезен - повече от 2 тона с размери 10 × 2,5 × 5 м. С разгърнати панели ширината му достигна 26 метра. Размерите на американския GOES-R са 6,1 × 5,6 × 3,9 м с почти 5200 кг стартово тегло и 2860 кг сухо тегло. Руският Метеор-М № 2 има диаметър на тялото 2,5 м, дължина 5 м, ширина с разгърнати слънчеви панели 14 м. Полезният товар на спътника е около 1200 кг, теглото на изстрелването е малко по-малко от 2800 килограма. По-долу е снимка на метеорологичния спътник "Метеор-М" № 2.
Научно сателитно оборудване
По правило метеорологичните спътници носят два вида инструменти като част от оборудването си:
- Преглед. С тяхна помощ се получават телевизионни и фотографски изображения на повърхността на сушата и океаните, облаците, снежната и ледената покривка. Сред тези устройства има поне две многозонови устройства за изобразяване в различни спектрални диапазони (видими, микровълнови, инфрачервени). Те снимат на различни резолюции. Сателитите също са оборудвани с радарно устройство за сканиране на повърхността.
- Измерване. С помощта на инструменти от този тип спътникът събира количествени характеристики, отразяващи състоянието на атмосферата, хидросферата и магнитосферата. Такива характеристики включват температура, влажност, радиационни условия, текущи параметри на геомагнитното поле и др.
Полезният товар на метеорологичния сателит също включва бордова система за събиране и предаване на данни.
Получаване и обработка на данни на Земята
Сателитът може да работи както в режим на съхранение на информация с последващо предаване на пакет данни към наземен приемно-обработващ комплекс, така и да провежда директно директно предаване. Спътниковите данни, получени от наземния комплекс, се подлагат на декодиране, по време на което информацията се свързва по време и картографски координати. След това данните от различни космически кораби се комбинират и допълнително се обработват за създаване на визуално забележими изображения.
Световната метеорологична организация прие концепцията за "отворено небе", декларирайки свободен достъп до метеорологична информация - некриптиранаданни в реално време от спътници. За да направите това, трябва да имате подходящо оборудване и софтуер.
Международна система за метеорологично наблюдение
Тъй като има само една геостационарна орбита, нейното използване изисква координация между космическите агенции и метеорологичните (както и други заинтересовани) служби на различни държави. Да, и при избора на ниски полярни орбити в момента е невъзможно да се направи без координация. Освен това, сателитното наблюдение на опасни метеорологични явления (като тайфуни) налага обединяването на усилията на хидрометеорологичните служби и обмен на подходяща информация, тъй като времето не познава държавни граници.
Хармонизирането на международните въпроси, свързани с прилагането на космически системи при прогнозиране на времето, е отговорност на Координационната група за метеорологични спътници в рамките на СМО. Споделянето на сателитни метеорологични системи започва още през 70-те години на миналия век. Координацията в тази област е особено важна сега. В крайна сметка международната констелация от метеорологични спътници, поставени в геостационарна орбита, включва космически кораби от много страни: САЩ, европейски страни, Русия, Индия, Китай, Япония и Южна Корея.
Перспективи за космически технологии в метеорологията
Съвременните метеорологични спътници са част от глобалната система за дистанционно наблюдение на Земята и като такива имат сериозни перспективи за развитие.
На първо място се планира разширяване на участието им в наблюдението на природни бедствия, природни бедствия, опасни явления, в прогнозирането на дългосрочни климатични промени. Второ, метеорологичните спътници на Земята, разбира се, трябва все повече да се използват като инструменти за получаване на знания за процесите в атмосферата и хидросферата, както и за състоянието на геомагнитното поле, както приложна, така и фундаментална научна стойност.
