Ilma – suhteliselt lühiajaliste atmosfäärinähtuste kogum – on seda mõjutavate tegurite suure hulga ja nende mõju varieeruvuse tõttu raske ennustada. Maa atmosfäär on keeruline dünaamiline süsteem, mistõttu on prognoosimise täpsuse parandamiseks vaja igal hetkel arvestada selle olekuga erinevates piirkondades. Meteoroloogilised satelliidid on juba mitu aastakümmet olnud ülemaailmse mastaabiga atmosfääriuuringute läbiviimiseks vajalik vahend.
Kosmoseilmavaatluste algus
Satelliit, mis näitas kosmoselaevade fundamentaalset sobivust meteoroloogilisteks vaatlusteks, oli Ameerika TIROS-1, mis saadeti orbiidile 1. aprillil 1960.
Satelliit edastas kosmosest esimese telepildi meie planeedist. Seejärel loodi seda tüüpi seadmete põhjal samanimeline ülemaailmne meteoroloogiline satelliit.süsteem.
NSVL esimene meteoroloogiline satelliit Cosmos-122 lasti orbiidile 25. juunil 1966. aastal. Selle pardal oli optilises ja infrapunavahemikus laskmise varustus, mis võimaldas uurida pilvede, jääväljade ja lumikatte levikut ning mõõta atmosfääri temperatuuriomadusi Maa päeval ja öösel. Alates 1967. aastast hakkas NSV Liidus toimima meteoroloogiliste süsteemide süsteem, mis oli hiljem erinevatel eesmärkidel välja töötatud meteoroloogiliste süsteemide aluseks.
Erinevate riikide satelliitilmasüsteemid
Mitmed satelliidisarjad, nagu Meteor-Nature, Meteor-2 ja Meteor-3, ning Resursi seeria seadmed said Meteori pärijateks. Alates 2000. aastate algusest on Meteor-3M kompleksi loomine jätkunud. Lisaks hõlmas Venemaa meteoroloogiliste satelliitide hulka kaks Electro-L kompleksi satelliiti. Neist esimesega, mis töötas orbiidil 5 aastat ja 8 kuud, katkes ühendus 2016. aastal, teine töötab edasi. Plaanis on selle seeria kolmanda satelliidi start.
USA-s töötati välja ja kasutati lisaks TIROS-süsteemile seeriate Nimbus, ESSA, NOAA, GOES kosmoseaparaate. Praegu on kasutusel mitu NOAA ja GOES seeriat.
Euroopa satelliidiilmasüsteeme esindavad kaks põlvkonda Meteosat, MetOp, samuti tootmisest loobutud ERS ja Envisat – üks suurimaid Euroopa Kosmoseagentuuri poolt madalale Maa orbiidile saadetud seadmeid.
Jaapanil ("Himawari"), Hiinal ("Fengyun"), Indial (INSAT-3DR) ja mõnel teisel riigil on oma meteoroloogilised satelliidid.
Satelliitide tüübid
Meteoroloogilistesse kompleksidesse kuuluvad kosmoseaparaadid jagunevad vastav alt orbiidi parameetritele ja vastav alt otstarbele kahte tüüpi:
- Geostatsionaarsed satelliidid. Need lastakse välja ekvaatoritasapinnal, Maa pöörlemissuunas, 36 786 km kõrgusele merepinnast. Nende nurkkiirus vastab planeedi pöörlemiskiirusele. Selliste orbiidiomadustega on seda tüüpi satelliidid alati samast punktist kõrgemal, kui mitte arvestada orbiidi vigadest ja gravitatsioonianomaaliatest põhjustatud kõikumisi ja "triivi". Nad jälgivad pidev alt üht ala, mis moodustab umbes 42% maakera pinnast – veidi vähem kui poolkera. Need satelliidid ei võimalda vaadelda kõrgeimate laiuskraadide piirkondi ega anna üksikasjalikku pilti, kuid võimaldavad pidev alt jälgida olukorda suurtes piirkondades.
- Poolaarsatelliidid. Seda tüüpi sõidukid liiguvad palju madalamatel orbiitidel - 850–1000 km, mistõttu ei paku nad vaadeldavale territooriumile laialdast katvust. Kuid nende orbiidid läbivad tingimata üle Maa pooluste ja üks seda tüüpi satelliit suudab teatud arvul orbiitidel hea eraldusvõimega kitsastes (umbes 2500 km) ribades kogu planeedi pinna "eemaldada". Kahe päikesega sünkroonsetel polaarorbiitidel paikneva satelliidi samaaegsel tööl uuritakse iga piirkonda alatesintervall 6 tundi.
Meteoroloogiliste satelliitide üldkirjeldus ja omadused
Meteoroloogilisteks vaatlusteks loodud kosmoselaev koosneb kahest moodulist: teenindusmoodulist (satelliitplatvorm) ja kandeseadmest (instrumendid). Teenindussektsioonis on elektriseadmed, mis annavad toite sellele paigaldatud päikesepaneelidelt koos radiaatori ja jõusüsteemiga. Töömooduliga on ühendatud mitme antenni ja heliofüüsikalise olukorra jälgimiseks mõeldud anduritega varustatud raadiotehnika kompleks.
Selliste seadmete stardikaal ulatub tavaliselt mitme tonnini, kandevõime on üks kuni kaks tonni. Meteoroloogiliste satelliitide rekordiomaniku – Euroopa Envisati – stardikaal oli üle 8 tonni, kasulik – üle 2 tonni mõõtmetega 10 × 2,5 × 5 m. Paneelide kasutuselevõtuga ulatus selle laius 26 meetrini. Ameerika GOES-R mõõtmed on 6,1 × 5,6 × 3,9 m, stardimass on peaaegu 5200 kg ja kuivkaal 2860 kg. Vene Meteor-M nr 2 kere läbimõõt on 2,5 m, pikkus 5 m, laius koos paigaldatud päikesepaneelidega 14 m. Satelliidi kandevõime on umbes 1200 kg, stardi kaal oli veidi alla 2800 kg. Allpool on foto meteoroloogilisest satelliidist "Meteor-M" nr 2.
Teaduslikud satelliidiseadmed
Reeglina kannavad ilmasatelliidid oma varustusena kahte tüüpi instrumente:
- Ülevaade. Nende abiga saadakse tele- ja fotopildid maapinnast ja ookeanidest, pilvedest, lumest ja jääkattest. Nende seadmete hulgas on vähem alt kaks mitmetsoonilist pildiseadet erinevates spektrivahemikes (nähtav, mikrolaineahi, infrapuna). Nad pildistavad erineva eraldusvõimega. Satelliidid on varustatud ka radari pinna skaneerimise seadmega.
- Mõõtmine. Seda tüüpi instrumentide abil kogub satelliit kvantitatiivseid omadusi, mis kajastavad atmosfääri, hüdrosfääri ja magnetosfääri seisundit. Sellised omadused hõlmavad temperatuuri, niiskust, kiirgustingimusi, geomagnetvälja praeguseid parameetreid jne.
Meteoroloogilise satelliidi kasulik koormus sisaldab ka pardal olevat andmete kogumise ja edastamise süsteemi.
Andmete vastuvõtmine ja töötlemine Maal
Satelliit võib töötada nii teabe salvestamise režiimis, millele järgneb andmepaketi edastamine maapealsele vastuvõtu- ja töötlemiskompleksile, kui ka teha otsest otseedastust. Maapealse kompleksi poolt vastuvõetud satelliidiandmed allutatakse dekodeerimisele, mille käigus informatsioon seotakse aja ja kartograafiliste koordinaatidega. Seejärel kombineeritakse erinevate kosmoselaevade andmed ja neid töödeldakse edasi, et luua visuaalselt tajutavaid pilte.
Maailma meteoroloogiaorganisatsioon võttis kasutusele "avatud taeva" kontseptsiooni, kuulutades vaba juurdepääsu meteoroloogilisele teabele – krüpteerimatareaalajas andmed satelliitidelt. Selleks peab teil olema vastav vastuvõtuseade ja tarkvara.
Rahvusvaheline meteoroloogiavaatlussüsteem
Kuna on ainult üks geostatsionaarne orbiit, siis selle kasutamine eeldab koordineerimist erinevate riikide kosmoseagentuuride ja meteoroloogia- (ja ka teiste huvitatud) teenistuste vahel. Jah, ja praegusel ajal madalate polaarorbiitide valimisel ei saa ilma koordineerimiseta hakkama. Lisaks on ohtlike ilmastikunähtuste (nt taifuunid) satelliitseire tõttu vaja ühendada hüdrometeoroloogiateenistuste jõupingutused ja vahetada asjakohast teavet, kuna ilm ei tunne riigipiire.
Kosmosesüsteemide ilmaennustuses rakendamisega seotud rahvusvaheliste küsimuste ühtlustamise eest vastutab WMO meteoroloogiliste satelliitide koordineerimisrühm. Satelliitilmasüsteemide jagamine algas juba 1970. aastatel. Koordineerimine selles valdkonnas on praegu eriti oluline. Lõppude lõpuks kuulub geostatsionaarsele orbiidile paigutatud meteoroloogiliste satelliitide rahvusvahelisse tähtkuju paljude riikide kosmoseaparaate: Ameerika Ühendriigid, Euroopa riigid, Venemaa, India, Hiina, Jaapan ja Lõuna-Korea.
Kosmosetehnoloogia väljavaated meteoroloogias
Kaasaegsed ilmasatelliidid on osa ülemaailmsest Maa kaugseiresüsteemist ja seetõttu on neil tõsised arenguväljavaated.
Esiteks on kavas laiendada nende osalust loodusõnnetuste, loodusõnnetuste, ohtlike nähtuste seires, pikaajaliste kliimamuutuste prognoosimisel. Teiseks tuleks mõistagi üha enam kasutada Maa meteoroloogilisi satelliite, et saada teadmisi atmosfääris ja hüdrosfääris toimuvate protsesside ning geomagnetvälja oleku kohta, nii rakendusliku kui ka fundamentaalse teadusliku väärtuse kohta.
