Как мир следит за погодой с космоса?

Ни для кого сейчас не секрет, что большую часть поверхности земли занимает океан. Это самое изменчивое звено в тепловой машине земли. Спутники анализируют океаническую топографию с учетом уровня соли в воде и скорости ветра. Отмечается малейшее движение воды в Мировом океане и изменение его уровня. Весь этот спектр возможностей на сегодня поражает воображение, мог ли кто-то подумать чуть больше 50 лет назад, что такое станет доступно человечеству? Как начинались и развивались исследования земного климата с помощью спутниковых систем?

Начало космических наблюдений погоды

«ТИРОС-1» был первым американским спутником, который в принципе показал возможности космических аппаратов в деле исследования климата. Американские исследователи запустили его 1 апреля в далеком 1960-м году, не догадываясь до конца о значении этого открытия. Впрочем, осознание происходящего пришло довольно быстро ко всему миру. Но именно этот спутник первым передал изображение планеты из космоса на телевизоры Земли, и уже на базе этого спутника была создана первая метеорологическая спутниковая система.

СССР тоже старалась не отставать, запустив свой спутник уже в июне 1966, что для проекта подобной сложности достойно уважения. «Космос-122» мог снимать не только в оптическом, но и инфракрасном диапазоне, уже тогда исследуя ледяные поля и снежный покров. Он мог измерять температуру атмосферы и следить за тем, как распределяется облачность. Всего год спустя ученые СССР создали систему «Метеор», которая стала основой для многих систем в дальнейшем. Более подробно о советских исследованиях можно прочитать в статье «Интересные факты об исследованиях космоса в СССР».

Спутниковые метеосистемы разных стран

После появления «Метеора» начался самый настоящий бум развития спутников целыми сериями. Например, «Метеор-природа» и все спутники из серии «Ресурс» были собраны примерно по тому же принципу. Современные комплексы, которые создавались с начала 2000-х годов, тоже имели в основе черты «Метеора». Российские комплексы «Электро-Л» с таким прочным фундаментом работают до сих пор. Только один потерял связь с орбитой в 2016, а второй продолжает трудиться до сих пор. Вскоре планируется запустить еще как минимум один спутник этой серии.

США тоже стараются не отставать в проектировании и запуске космических аппаратов. Помимо уже упомянутого ТИРОСА, космос бороздят американские Nimbus, ESSA, NOAA, GOES. Летательные аппараты из серии NOAA и GOES исправно работают и по сей день. Европа тоже включилась в эту гонку и запустила несколько спутниковых систем. Например, запущенный европейскими странами Envisat до сих пор считается одним из самых крупных аппаратов, которые когда-либо выводились на орбиту. Реализацией этих систем со стороны Европы занимается непосредственно европейское космическое агентство.

Общее описание и характеристики

Конструкция космических аппаратов достаточно сложная, но понять общий принцип все-таки можно. В аппарате есть два основных модуля:

• дополнительный модуль для оборудования;
• базовая спутниковая платформа.

На платформе размещается все самое сложное оборудование, обеспечивающее работу всех основных функций спутника, начиная от питания от солнечных батарей и заканчивая двигательной системой. Вся аппаратура по мониторингу и датчики для метеорологических исследований располагаются в свою очередь на дополнительном модуле. В результате вес у аппаратов получается достаточно внушительным. Например, у европейского Envisat он составлял целых 10 тонн и имел ширину до 26 метров включительно. Для сравнения российский «Метеор-М» имеет 2 с половиной метра в длину и 5 в ширину, а его общий вес равен всего лишь 4000 килограмм. Американский спутник GOES-R чуть больше российского по длине и имеет общий вес в 8060 килограммов.

Типы спутников

Спутники, запускаемые в космос для метео исследований, могут быть разными по назначению, и, соответственно, своим характеристикам и функционалу. В основном аппараты делятся на две категории:

• геостанции;
• полярные.

Геостанции работают на высоте почти 37 тысяч километров над уровнем моря и легко сопровождают нашу планету с учетом скорости ее вращения. Благодаря этому они практически всегда находятся в конкретном месте, коррективы вносят только погрешности в виде гравитационных аномалий и отклонений при выводе на орбиту. Но в целом такие спутники используют для наблюдения за конкретным полушарием. Пусть без детального изображения, но отслеживать климатическую обстановку на огромной площади с их помощью вполне возможно.

Полярные спутники работают на орбите до 1000 километров, и имеют меньший охват наблюдения, но у них и другая задача по сравнению с гео станциями. Их запускают прямо над полюсами земли, и съемка поверхности идет в очень хорошем качестве узкими участками. Каждый участок фиксируется в среднем за 6 часов работы, благодаря чему такие спутники могут запросто за полдня показать отличную «картинку» происходящего на разных полушариях.

Научное оборудование спутников

Оборудование спутников может быть обзорным и измерительным. С помощью обзорного получают конкретную «картинку» происходящего в нескольких диапазонах с разным разрешением. Дополнительно поверхность анализируют с помощью радарного сканирования. Измерительные приборы фиксируют более конкретные характеристики, чтобы исследовать состояние атмосферы на всех уровнях, начиная от температуры и влажности и заканчивая магнитными полями. На Землю исследователям информация поступает с помощью специальной бортовой системы для систематизации и отправки данных.

Прием и обработка данных на Земле

Как только данные получены, начинается следующий этап работы. Информацию расшифровывают и развертывают по координатам и времени, после этого данные объединяют по группам и анализируют наглядно, используя также переданные изображения. На сегодняшний день было принято решение, что все незашифрованные данные со спутников может получить любой человек в реальном времени, если имеет для работы подходящее оборудование. Это дает гораздо больше интересных возможностей для всех любителей космических исследований.

Международная система метеорологических наблюдений

Орбита, как и планета, для всего мира общие, так что все мировые метеорологические исследования скоординированы между собой службами разных стран соответственно. Даже при выборе орбиты перед запуском спутника нужно согласовываться с остальными исследователями. Практически в этом случае службы разных стран должны работать вместе, чтобы каждый мог исследовать погоду. И в этом случае государственные границы частично размываются.

Эта практика началась еще в 1970-х годах, на самом старте космических исследований и продолжается до сих пор. В состав исследователей входят почти все страны мира и взаимодействуют друг с другом, что сложно представить в рамках какой-либо другой области.

Перспективы в будущем

Метеорологические спутники Земли имеют уже очень много возможностей для наблюдения за погодой, но это далеко не предел. Планируется изучать и мониторить стихийные бедствия и долговременные климатические изменения. Все опасные явления и природные угрозы будут фиксироваться. Не говоря уже о постоянных изменениях в атмосфере и магнитном поле. Наука становится не только фундаментальной, но и более прочно имеет влияние на все отрасли нашей жизни, что может принести еще больше открытий в ближайшем будущем.