Погода — вид из космоса: как работают метеоспутники

Если вы сегодня смотрели прогноз погоды, значит, метеоспутники вам уже пригодились. Они позволяют получать точные метеоданные и стихийные бедствия на планете — пожары, засухи, наводнения. Разбираемся, как устроена эта технология.

Homo Science

Когда люди начали наблюдать за погодой из космоса?

До появления метеоспутников люди пытались предсказывать погоду с Земли. Для этого они измеряли разные параметры (температуру, давление, силу и направление ветра), обменивались ими на расстоянии и записывали историю наблюдений. В 1930 году советский ученый Павел Александрович Молчанов запустил первый в мире радиозонд, который поднялся почти на 8 км от поверхности Земли. Летательный аппарат состоял из шара с легким газом водородом и аппарата, который измерял температуру и передавал информацию на земную станцию. Радиозонды используются до сих пор, работают по тому же принципу и измеряют гораздо больше параметров атмосферы.

Идея наблюдения за погодой из космоса появилась в конце 1940-х годов. Однако научные достижения того времени позволяли получать только небольшой объем данных с такого далекого расстояния, а проекты были бы слишком дорогостоящими.

В 1957 году в СССР запустили первый в мире спутник. Его назвали «Спутник-1», на нем проверили основные расчеты и сделали экспериментальные измерения, а главное, показали, что человечество может дальше исследовать космос.

Первые прототипы метеоспутников появились в 1958 году, и 1 апреля 1960 года NASA успешно запустили аппарат TIROS-1 с двумя телекамерами на борту.

Данные с этого и следующих спутников TIROS передавали информацию об облачности на Земле и были полезны для принятия решений об эвакуации жителей при приближающихся ураганах. Так, в 1961 году TIROS-3 заметил начинающийся ураган «Эстер», и были спасены военно-морские корабли и самолеты, которые улетели дальше от побережья.

В СССР отдельные устройства для передачи метеорологических данных испытывали c 1963 года. Первым полноценным советским метеоспутником стал «Космос-122», который запустили в 1966 году. Этот аппарат был одним из целой серии спутников, которая называлась «Метеор». Они передавали людям информацию о погоде, возможном сходе снежных лавин в горах и помогали продумывать маршруты кораблей в обход штормов и скоплений льда.

В те годы в СССР начинали осваивать морские пути в Северном Ледовитом океане, и метеоспутники были полезны, чтобы продумывать маршруты кораблей в обход штормов и скоплений льда.

Например, в 1983 году тяжелые льдины перекрыли морской путь на севере Чукотки, и там застрял целый караван судов. Тогда снимки со спутника «Космос-1500» показали, как можно выбраться из ледовой ловушки, и помогли спасти 22 корабля. Впоследствии спутники «Метеор» часто использовали, чтобы заранее оценить разные маршруты морских судов и избежать катастроф. Спутники этой серии также могли дать информацию о приземных ядерных взрывах с точностью до нескольких километров.

Как работают современные спутники?

Сегодня метеорологические спутники активно используются для наблюдения за погодой на Земле. Их собирают из таких же элементов, что и телекоммуникационные или GPS-спутники, а отличаются они тем, что несут на себе камеры высокого разрешения, способные снимать не только в видимом, но и в инфракрасном диапазоне, для сканирования поверхности планеты, атмосферы и облаков.

Земля получает электромагнитное излучение от Солнца и отражает его обратно в космос. Это отраженное излучение метеоспутники улавливают и затем измеряют его яркость и количество. Обычному человеку наиболее заметна их работа с той частью излучения, которое воспринимается как видимый свет. Однако есть и другие части излучения, которые человеческий глаз не видит, но которые тоже детектируются камерой на метеоспутниках, например инфракрасное излучение. Для метеорологов оно несет наибольший объем информации, так как показывает, сколько тепла исходит от поверхности суши и воды. Эти данные позволяют значительно повысить точность формируемых метеопрогнозов.

Информация со спутников передается с помощью радиосигнала на наземную станцию, где компьютеры расшифровывают ее и строят понятные изображения. На таких изображениях можно увидеть скопления облаков, ветра, приближающиеся штормы или водовороты в океане. Для удобства на изображения можно нанести границы между странами и областями.

Каких видов бывают спутники?

Метеоспутники бывают нескольких типов.

Геостационарные метеоспутники вращаются над экватором на высоте 35 880 км и постоянно находятся над одной точкой планеты. Их скорость движения по геостационарной орбите рассчитана так, чтобы она совпадала с угловой скоростью вращения Земли и они могли «зависнуть» над одной точкой планеты.

То, что спутник неподвижен над одним местом, позволяет непрерывно передавать информацию об изменениях на одном и том же участке. Фотографии и видео Земли из космоса, которые мы видим в прогнозах погоды, часто сделаны геостационарными спутниками.

Спутники с круговой солнечно-синхронной орбитой находятся ниже, на высоте 850 км. Они двигаются с севера на юг или с юга на север и проходят над любой точкой на своем пути в одно и то же местное время каждый день. Эти спутники могут наблюдать за любым местом на обоих полушариях и передают изображения с более высоким разрешением, чем геостационарные метеоспутники. Однако, в отличие от геостационарных, спутники с круговой солнечно-синхронной орбитой не передают информацию о конкретной точке на Земле непрерывно, а сканируют каждое место раз в 12 часов, когда пролетают над ним.

Метеоспутник из серии «Арктика-М»

Источник фото: НПО им. Лавочкина


Какие спутники запускают сейчас в России?

Российские космические аппараты разрабатывают и используют для прогноза погоды внутри страны, а также для участия в наблюдении за погодой и природными явлениями на международном уровне. Например, российские спутники являются частью большой международной поисково-спасательной системы Коспас-Сарсат. За создание и запуск отвечает корпорация Роскосмос.

К разработке метеоспутников Роскосмос привлекает предприятия Росатома. В частности, Московское опытно-конструкторское бюро «Марс» создает бортовые комплексы управления для космических аппаратов серии «Арктика-М». На орбите уже трудится один аппарат «Арктика-М», до 2030 года будет запущено еще как минимум три космических аппарата из этой серии.

Аппараты предназначены для функционирования на высокоэллиптической орбите типа «Молния», проходящей над полюсами нашей планеты, и будут полезны для получения информации о состоянии северной территории России и морей Северного Ледовитого океана. С помощью них также можно будет передавать сигналы поиска и спасения.

В рамках федеральной космической программы МОКБ «Марс» также разрабатывает и производит бортовые комплексы управления и для метеоспутников серии «Электро-Л», которые предназначены для функционирования на геостационарной орбите. К настоящему времени уже запущено три аппарата этой серии, а в ближайшие годы планируется запустить еще два.

Совместное использование спутников «Арктика-М» и «Электро-Л» позволит получать данные о погоде в масштабе планеты.

А что еще могут метеоспутники?

Помимо прогнозирования погоды и неблагоприятных природных явлений, они также могут отслеживать озоновые дыры, загрязнения, рост городов, извержения вулканов, изменения в ледовом покрове и течениях. Тепловые инфракрасные сканеры на их борту могут показать потенциальные источники пожара и вероятное направление ветра, который может распространить огонь. С помощью метеоспутников можно также наблюдать за изменением климата и растительным покровом Земли. Это очень высокотехнологичные и многозадачные аппараты, и ученые продолжают их улучшать.

На сегодняшний день российская группировка спутников метеорологического и природно-ресурсного назначения включает в себя одиннадцать космических аппаратов: два геостационарных спутника «Электро-Л» №2 и «Электро-Л» №3 (бортовой комплекс управления для космических аппаратов разработан предприятием Росатома — Московским опытно-конструкторским бюро «Марс»), восемь полярно-орбитальных спутников «Метеор-М» №2, «Метеор-М» №2-2«Канопус-В-ИК», «Канопус-В» №3, №4, №5 и №6, «Аист-2Д» и один спутник на высокоэллиптической орбите «Арктика-М» №1 (бортовой комплекс управления для космического аппарата разработан предприятием Росатома — Московским опытно-конструкторским бюро «Марс»).


http://planet.rssi.ru/index.php?page_type=sat_systems&page=satellites&lang=ru

Комментарии 0
Авторизуйтесь , чтобы оставить комментарий

Стань частью сообщества Homo Science!

Зарегистрируйся чтобы получить 350 приветственных
баллов и открыть полный доступ к курсам,
тренажерам и конкурсам.