Počasí – soubor relativně krátkodobých atmosférických jevů – je obtížné předvídat kvůli velkému množství faktorů, které jej ovlivňují, a proměnlivosti jejich vlivu. Atmosféra Země je komplexní dynamický systém, proto je pro zlepšení přesnosti předpovědí nutné brát v úvahu její stav v různých regionech v každém okamžiku. Již několik desetiletí jsou meteorologické družice nezbytným nástrojem pro provádění atmosférického výzkumu v globálním měřítku.
Začátek pozorování vesmírného počasí
Satelit, který ukázal zásadní vhodnost kosmických lodí pro meteorologická pozorování, byl americký TIROS-1, vypuštěný 1. dubna 1960.
Satelit vyslal první televizní snímek naší planety z vesmíru. Následně na základě přístrojů tohoto typu vznikla stejnojmenná globální meteorologická družice.systém.
První meteorologická družice SSSR, Cosmos-122, byla vypuštěna 25. června 1966. Měl na palubě zařízení pro střelbu v optické a infračervené oblasti, umožňoval studovat rozložení oblačnosti, ledových polí a sněhové pokrývky a také měřit teplotní charakteristiky atmosféry na denní a noční straně Země. Od roku 1967 začal v SSSR fungovat systém Meteor, který tvořil základ následně vyvinutých meteorologických systémů pro různé účely.
Satelitní meteorologické systémy různých zemí
Dědicem Meteoru se stalo několik sérií satelitů, jako je Meteor-Nature, Meteor-2 a Meteor-3, stejně jako zařízení řady Resurs. Od začátku roku 2000 pokračuje vytváření komplexu Meteor-3M. Kromě toho počet meteorologických satelitů Ruska zahrnoval dva satelity komplexu Electro-L. S prvním z nich, který fungoval na oběžné dráze 5 let a 8 měsíců, se spojení v roce 2016 přerušilo, druhý funguje dál. Plánuje se vypuštění třetí družice této série.
V USA byly kromě systému TIROS vyvinuty a používány i kosmické lodě řad Nimbus, ESSA, NOAA, GOES. V současné době je v provozu několik sérií NOAA a GOES.
Evropské satelitní meteorologické systémy jsou zastoupeny dvěma generacemi Meteosatu, MetOp a také ukončeným ERS a Envisatem – jedním z největších zařízení vypuštěných na nízkou oběžnou dráhu Země Evropskou kosmickou agenturou.
Japonsko („Himawari“), Čína („Fengyun“), Indie (INSAT-3DR) a některé další země mají své vlastní meteorologické satelity.
Typy satelitů
Kosmické lodě zahrnuté v meteorologických komplexech se dělí na dva typy podle parametrů oběžné dráhy a podle toho podle účelu:
- Geostacionární satelity. Jsou vypuštěny v rovníkové rovině, ve směru rotace Země, do výšky 36 786 km nad mořem. Jejich úhlová rychlost odpovídá rychlosti rotace planety. S takovými orbitálními charakteristikami jsou satelity tohoto typu vždy nad stejným bodem, pokud neberete v úvahu výkyvy a "drift" způsobené chybami na oběžné dráze a gravitačními anomáliemi. Neustále pozorují jednu oblast, což je asi 42 % zemského povrchu – o něco méně než polokoule. Tyto satelity neumožňují pozorování oblastí nejvyšších zeměpisných šířek a neposkytují detailní snímek, ale poskytují možnost nepřetržitého sledování situace ve velkých regionech.
- Polární satelity. Vozidla tohoto typu se pohybují na mnohem nižších drahách – od 850 do 1000 km, v důsledku čehož nezabezpečují široké pokrytí pozorovaného území. Jejich dráhy však nutně procházejí nad póly Země a jedna družice tohoto typu je schopna při určitém počtu oběhů „odebrat“celý povrch planety v úzkých (asi 2500 km) pásmech s dobrým rozlišením. Při současném provozu dvou satelitů umístěných na slunečních synchronních polárních drahách je každá oblast sledována zinterval 6 hodin.
Obecný popis a charakteristiky meteorologických družic
Kosmická loď určená pro meteorologická pozorování se skládá ze dvou modulů: servisního modulu (platforma satelitu) a nosiče užitečného zatížení (přístroje). V servisním prostoru je umístěno energetické zařízení, které dodává energii ze solárních panelů namontovaných na něm spolu s radiátorem a pohonným systémem. K pracovnímu modulu je připojen radiotechnický komplex vybavený několika anténami a senzory pro monitorování heliofyzikální situace.
Spouštěcí hmotnost takových zařízení obvykle dosahuje několika tun, užitečné zatížení je od jedné do dvou tun. Rekordman mezi meteorologickými družicemi - evropský Envisat - měl startovací hmotnost přes 8 tun, užitečný - více než 2 tuny o rozměrech 10 × 2,5 × 5 m. S rozmístěnými panely dosahovala jeho šířka 26 metrů. Rozměry amerického GOES-R jsou 6,1 × 5,6 × 3,9 m s téměř 5200 kg startovací hmotnosti a 2860 kg suché hmotnosti. Ruský Meteor-M č. 2 má průměr těla 2,5 m, délku 5 m, šířku s rozmístěnými solárními panely 14 m. Užitečná hmotnost družice je cca 1200 kg, startovací hmotnost byla o něco menší než 2800 kg. Níže je fotografie meteorologické družice "Meteor-M" č. 2.
Vědecké satelitní vybavení
Meteorologické družice jako součást svého vybavení zpravidla nesou dva typy přístrojů:
- Přehled. S jejich pomocí se získávají televizní a fotografické snímky povrchu země a oceánů, mraků, sněhu a ledové pokrývky. Mezi těmito zařízeními jsou alespoň dvě vícezónová zobrazovací zařízení v různých spektrálních rozsazích (viditelné, mikrovlnné, infračervené). Střílí v různých rozlišeních. Satelity jsou také vybaveny radarovým povrchovým skenovacím zařízením.
- Měření. Pomocí přístrojů tohoto typu družice sbírá kvantitativní charakteristiky odrážející stav atmosféry, hydrosféry a magnetosféry. Mezi takové charakteristiky patří teplota, vlhkost, radiační podmínky, aktuální parametry geomagnetického pole atd.
Meteorologická družice zahrnuje také palubní systém pro sběr a přenos dat.
Příjem a zpracování dat na Zemi
Družice může pracovat jak v režimu ukládání informací s následným přenosem datového paketu do pozemního přijímacího a zpracovacího komplexu, tak provádět přímý přímý přenos. Satelitní data přijímaná pozemním komplexem jsou podrobena dekódování, během kterého jsou informace propojeny časovými a kartografickými souřadnicemi. Poté jsou data z různých kosmických lodí kombinována a dále zpracovávána za účelem vytvoření vizuálně vnímatelných snímků.
Světová meteorologická organizace přijala koncept „otevřeného nebe“a deklarovala volný přístup k meteorologickým informacím – nešifrovanédata ze satelitů v reálném čase. K tomu musíte mít příslušné přijímací zařízení a software.
Mezinárodní meteorologický pozorovací systém
Protože existuje pouze jedna geostacionární dráha, její použití vyžaduje koordinaci mezi vesmírnými agenturami a meteorologickými (i dalšími zainteresovanými) službami různých zemí. Ano, a při volbě nízkých polárních drah v současné době se to bez koordinace neobejde. Satelitní sledování nebezpečných povětrnostních jevů (jako jsou tajfuny) navíc vyžaduje sjednocení úsilí hydrometeorologických služeb a výměnu relevantních informací, protože počasí nezná státní hranice.
Harmonizace mezinárodních otázek souvisejících s aplikací vesmírných systémů v předpovědi počasí je odpovědností Koordinační skupiny pro meteorologické družice v rámci WMO. Sdílení satelitních meteorologických systémů začalo již v 70. letech 20. století. Koordinace v této oblasti je nyní obzvláště důležitá. Ostatně mezinárodní konstelace meteorologických družic umístěných na geostacionární oběžné dráze zahrnuje kosmické lodě z mnoha zemí: Spojených států, evropských zemí, Ruska, Indie, Číny, Japonska a Jižní Koreje.
Vyhlídky pro vesmírné technologie v meteorologii
Moderní meteorologické družice jsou součástí globálního systému dálkového průzkumu Země a jako takové mají vážné vyhlídky na rozvoj.
Zaprvé se plánuje rozšířit jejich účast na monitorování přírodních rizik, přírodních katastrof, nebezpečných jevů, na předpovídání dlouhodobých klimatických změn. Za druhé, meteorologické družice Země by samozřejmě měly být stále více využívány jako nástroje pro získávání znalostí o procesech v atmosféře a hydrosféře a také o stavu geomagnetického pole, a to jak aplikované, tak základní vědecké hodnoty.
