آب و هوا - مجموعه ای از پدیده های جوی نسبتاً کوتاه مدت - به دلیل تعداد زیاد عوامل مؤثر بر آن و تغییرپذیری تأثیر آنها دشوار است. جو زمین یک سیستم دینامیکی پیچیده است، بنابراین برای بهبود دقت پیش‌بینی، لازم است هر لحظه وضعیت آن در مناطق مختلف در نظر گرفته شود. چندین دهه است که ماهواره های هواشناسی ابزاری ضروری برای انجام تحقیقات جوی در مقیاس جهانی هستند.
آغاز مشاهدات آب و هوای فضا
ماهواره ای که شایستگی اساسی فضاپیما را برای مشاهدات هواشناسی نشان داد، TIROS-1 آمریکایی بود که در 1 آوریل 1960 به فضا پرتاب شد.
ماهواره اولین تصویر تلویزیونی سیاره ما را از فضا مخابره کرد. پس از آن، بر اساس دستگاه هایی از این نوع، ماهواره جهانی هواشناسی به همین نام ایجاد شد.سیستم.
اولین ماهواره هواشناسی اتحاد جماهیر شوروی، کیهان-122، در 25 ژوئن 1966 به فضا پرتاب شد. این هواپیما دارای تجهیزاتی برای تیراندازی در محدوده نوری و مادون قرمز بود که امکان مطالعه توزیع ابرها، میدان‌های یخی و پوشش برف و همچنین اندازه‌گیری ویژگی‌های دمایی جو در دو طرف روز و شب زمین را فراهم می‌کرد. از سال 1967، سیستم Meteor در اتحاد جماهیر شوروی شروع به کار کرد، که اساس سیستم های هواشناسی توسعه یافته بعدی را برای اهداف مختلف تشکیل داد.
سیستم های هواشناسی ماهواره ای کشورهای مختلف
چندین سری از ماهواره ها، مانند Meteor-Nature، Meteor-2 و Meteor-3، و همچنین دستگاه های سری Resurs، وارثان Meteor شدند. از آغاز دهه 2000، ایجاد مجموعه Meteor-3M ادامه یافت. علاوه بر این، تعداد ماهواره های هواشناسی روسیه شامل دو ماهواره از مجموعه Electro-L بود. با اولین آنها که به مدت 5 سال و 8 ماه در مدار کار کرد، اتصال در سال 2016 قطع شد، دومی به کار خود ادامه می دهد. پرتاب سومین ماهواره از این مجموعه برنامه ریزی شده است.
در ایالات متحده آمریکا علاوه بر سیستم TIROS، فضاپیماهای سری Nimbus، ESSA، NOAA، GOES توسعه و استفاده شد. چندین سری NOAA و GOES در حال حاضر در خدمت هستند.
سیستم‌های هواشناسی ماهواره‌ای اروپایی با دو نسل Meteosat، MetOp، و همچنین ERS و Envisat متوقف‌شده - یکی از بزرگترین دستگاه‌هایی که توسط آژانس فضایی اروپا به مدار پایین زمین پرتاب شد، نشان داده می‌شوند.
ژاپن ("Himawari")، چین ("Fengyun")، هند (INSAT-3DR) و برخی کشورهای دیگر ماهواره های هواشناسی خود را دارند.
انواع ماهواره
فضاپیماهای موجود در مجموعه های هواشناسی با توجه به پارامترهای مدار و بر این اساس بر اساس هدف به دو نوع تقسیم می شوند:
- ماهواره های زمین ثابت. آنها در صفحه استوایی، در جهت چرخش زمین، به ارتفاع 36786 کیلومتر از سطح دریا پرتاب می شوند. سرعت زاویه ای آنها با سرعت چرخش سیاره مطابقت دارد. با چنین ویژگی های مداری، اگر نوسانات و "رانش" ناشی از اشتباهات در مدار و ناهنجاری های گرانشی را در نظر نگیرید، ماهواره های این نوع همیشه بالاتر از یک نقطه قرار دارند. آنها دائماً یک منطقه را مشاهده می کنند که حدود 42٪ از سطح زمین است - کمی کمتر از یک نیمکره. این ماهواره ها اجازه رصد مناطق بالاترین عرض های جغرافیایی را نمی دهند و تصویر دقیقی ارائه نمی دهند، اما امکان رصد مستمر وضعیت در مناطق وسیع را فراهم می کنند.
- ماهواره های قطبی. وسایل نقلیه از این نوع در مدارهای بسیار پایین تر حرکت می کنند - از 850 تا 1000 کیلومتر، در نتیجه آنها پوشش گسترده ای از قلمرو مشاهده شده را ارائه نمی دهند. با این حال، مدار آنها لزوماً از روی قطب های زمین می گذرد و یک ماهواره از این نوع قادر است کل سطح سیاره را در نوارهای باریک (حدود 2500 کیلومتر) با وضوح خوب در تعداد معینی از مدارها "حذف" کند. با عملکرد همزمان دو ماهواره واقع در مدارهای قطبی همزمان خورشید، هر منطقه ازفاصله 6 ساعته.
شرح و مشخصات کلی ماهواره های هواشناسی
یک فضاپیمای طراحی شده برای مشاهدات هواشناسی از دو ماژول تشکیل شده است: یک ماژول خدماتی (سکوی ماهواره ای) و یک حامل بار (ابزار). محفظه خدمات تجهیزات نیرو را در خود جای داده است که انرژی را از پنل های خورشیدی نصب شده روی آن به همراه رادیاتور و سیستم محرکه تامین می کند. یک مجتمع مهندسی رادیویی مجهز به چندین آنتن و سنسور برای نظارت بر وضعیت هلیوفیزیک به ماژول کار متصل است.
وزن پرتاب چنین وسایلی معمولاً به چندین تن می رسد، محموله آن از یک تا دو تن است. دارنده رکورد در میان ماهواره های هواشناسی - اروپایی Envisat - وزن پرتاب بیش از 8 تن داشت، یک وزن مفید - بیش از 2 تن با ابعاد 10 × 2.5 × 5 متر. با پانل های مستقر، عرض آن به 26 متر رسید. ابعاد GOES-R آمریکایی 6.1 × 5.6 × 3.9 متر با تقریباً 5200 کیلوگرم وزن پرتاب و 2860 کیلوگرم وزن خشک است. شهاب روسی-M شماره 2 دارای قطر بدنه 2.5 متر، طول 5 متر، عرض با پانل های خورشیدی مستقر 14 متر است. محموله ماهواره حدود 1200 کیلوگرم است، وزن پرتاب کمی کمتر از 2800 است. کیلوگرم. در زیر عکسی از ماهواره هواشناسی "Meteor-M" شماره 2 آمده است.
تجهیزات علمی ماهواره
به عنوان یک قاعده، ماهواره های هواشناسی دو نوع ابزار را به عنوان بخشی از تجهیزات خود حمل می کنند:
- نمای کلی. با کمک آنها تصاویر تلویزیونی و عکاسی از سطح زمین و اقیانوس ها، ابرها، برف و پوشش یخی به دست می آید. در میان این دستگاه ها حداقل دو دستگاه تصویربرداری چند منطقه ای در محدوده های طیفی مختلف (مرئی، مایکروویو، مادون قرمز) وجود دارد. آنها با وضوح های مختلف شلیک می کنند. این ماهواره‌ها همچنین به یک رادار اسکن سطح مجهز هستند.
- اندازه گیری. با استفاده از ابزارهایی از این نوع، ماهواره ویژگی های کمی را جمع آوری می کند که منعکس کننده وضعیت جو، هیدروسفر و مگنتوسفر است. چنین ویژگی هایی شامل دما، رطوبت، شرایط تابش، پارامترهای جریان میدان ژئومغناطیسی و غیره است.
محموله ماهواره‌های هواشناسی همچنین شامل یک سیستم جمع‌آوری و انتقال داده در داخل هواپیما است.
دریافت و پردازش داده ها در زمین
ماهواره می تواند هم در حالت ذخیره اطلاعات با ارسال بعدی یک بسته داده به مجتمع دریافت و پردازش زمینی عمل کند و هم یک انتقال مستقیم مستقیم را انجام دهد. داده های ماهواره ای دریافت شده توسط مجموعه زمینی در معرض رمزگشایی قرار می گیرند که در طی آن اطلاعات با زمان و مختصات کارتوگرافی به هم مرتبط می شوند. سپس داده‌های فضاپیماهای مختلف با هم ترکیب می‌شوند و بیشتر پردازش می‌شوند تا تصاویر قابل درک بصری ایجاد شود.
سازمان جهانی هواشناسی مفهوم "آسمان های باز" را پذیرفت و دسترسی آزاد به اطلاعات هواشناسی - بدون رمز را اعلام کرد.داده های بلادرنگ از ماهواره ها برای این کار باید تجهیزات و نرم افزار دریافت مناسب را داشته باشید.
سامانه بین المللی رصد هواشناسی
از آنجایی که تنها یک مدار زمین ثابت وجود دارد، استفاده از آن مستلزم هماهنگی بین آژانس های فضایی و خدمات هواشناسی (و همچنین سایر علاقمندان) کشورهای مختلف است. بله، و هنگام انتخاب مدارهای قطبی پایین در حال حاضر، انجام آن بدون هماهنگی غیرممکن است. علاوه بر این، نظارت ماهواره‌ای بر رویدادهای خطرناک آب‌وهوا (مانند طوفان) اتحاد تلاش‌های خدمات آب‌وهواشناسی و تبادل اطلاعات مرتبط را ضروری می‌سازد، زیرا آب و هوا هیچ مرز دولتی نمی‌شناسد.
هماهنگ سازی مسائل بین المللی مربوط به کاربرد سیستم های فضایی در پیش بینی آب و هوا بر عهده گروه هماهنگ کننده ماهواره های هواشناسی در WMO است. به اشتراک گذاری سیستم های هواشناسی ماهواره ای از اوایل دهه 1970 آغاز شد. در حال حاضر هماهنگی در این زمینه اهمیت ویژه ای دارد. به هر حال، صورت فلکی بین‌المللی از ماهواره‌های هواشناسی که در مدار زمین ثابت قرار می‌گیرند، فضاپیماهای بسیاری از کشورها را شامل می‌شود: ایالات متحده، کشورهای اروپایی، روسیه، هند، چین، ژاپن و کره جنوبی.
چشم انداز فناوری فضایی در هواشناسی
ماهواره های هواشناسی مدرن بخشی از سیستم سنجش از دور جهانی زمین هستند و به همین دلیل چشم انداز توسعه جدی دارند.
در ابتدا، برنامه ریزی شده است که مشارکت آنها در نظارت بر مخاطرات طبیعی، بلایای طبیعی، پدیده های خطرناک، در پیش بینی تغییرات آب و هوایی طولانی مدت گسترش یابد. ثانیاً، ماهواره های هواشناسی زمین، البته باید به طور فزاینده ای به عنوان ابزاری برای کسب دانش در مورد فرآیندهای جو و هیدروسفر و همچنین در مورد وضعیت میدان ژئومغناطیسی، چه کاربردی و چه ارزش علمی بنیادی، مورد استفاده قرار گیرند.
