מזג האוויר - קבוצה של תופעות אטמוספריות קצרות טווח יחסית - קשה לחזות בשל מספר הגורמים הרב המשפיעים עליו, והשונות בהשפעתם. האטמוספרה של כדור הארץ היא מערכת דינמית מורכבת, לכן, כדי לשפר את דיוק החיזוי, יש צורך לקחת בחשבון את מצבה באזורים שונים בכל רגע. כבר כמה עשורים, לוויינים מטאורולוגיים הם כלי הכרחי לביצוע מחקר אטמוספרי בקנה מידה עולמי.
תחילת תצפיות מזג האוויר בחלל
הלוויין שהראה את ההתאמה הבסיסית של חלליות לתצפיות מטאורולוגיות היה TIROS-1 האמריקאי, ששוגר ב-1 באפריל 1960.
הלוויין שידר את תמונת הטלוויזיה הראשונה של כוכב הלכת שלנו מהחלל. לאחר מכן, על בסיס מכשירים מסוג זה, נוצר הלוויין המטאורולוגי העולמי באותו שם.system.
הלוויין המטאורולוגי הראשון של ברית המועצות, Cosmos-122, שוגר ב-25 ביוני 1966. היה על הסיפון ציוד לירי בטווחים האופטיים והאינפרא אדום, שאפשר לחקור את התפלגות העננים, שדות הקרח וכיסוי השלג, וכן למדוד את מאפייני הטמפרטורה של האטמוספירה בצידי היום והלילה של כדור הארץ. מאז 1967, מערכת המטאור החלה לפעול בברית המועצות, שהיווה את הבסיס למערכות מטאורולוגיות שפותחו לאחר מכן למטרות שונות.
מערכות מזג אוויר לווייניות של מדינות שונות
מספר סדרות של לוויינים, כגון Meteor-Nature, Meteor-2 ו-Meteor-3, כמו גם מכשירים מסדרת Resurs, הפכו ליורשים של Meteor. מתחילת שנות ה-2000 נמשכה יצירת מתחם Meteor-3M. בנוסף, מספר הלוויינים המטאורולוגיים של רוסיה כלל שני לוויינים של מתחם Electro-L. עם הראשון שבהם, שעבד במסלול במשך 5 שנים ו-8 חודשים, הקשר אבד ב-2016, השני ממשיך לעבוד. שיגור הלוויין השלישי בסדרה זו מתוכנן.
בארה ב פותחו והשתמשו, בנוסף למערכת TIROS, חלליות מסדרות Nimbus, ESSA, NOAA, GOES. מספר סדרות NOAA ו-GOES נמצאות כעת בשירות.
מערכות מזג אוויר לווייניות אירופאיות מיוצגות על ידי שני דורות של Meteosat, MetOp, כמו גם ERS ו-Envisat שהופסקו - אחד המכשירים הגדולים ביותר ששוגרו למסלול נמוך על ידי סוכנות החלל האירופית.
יפן ("הימווארי"), לסין ("Fengyun"), להודו (INSAT-3DR) ולכמה מדינות אחרות יש לוויינים מטאורולוגיים משלהן.
סוגי לוויינים
חלליות הכלולות במתחמים המטאורולוגיים מחולקות לשני סוגים לפי פרמטרי המסלול ובהתאם לפי מטרה:
- לוויינים גיאוסטציוניים. הם משוגרים במישור המשווני, בכיוון סיבוב כדור הארץ, לגובה של 36,786 ק"מ מעל פני הים. המהירות הזוויתית שלהם מתאימה למהירות הסיבוב של כוכב הלכת. עם מאפיינים מסלוליים כאלה, לוויינים מסוג זה נמצאים תמיד מעל אותה נקודה, אם לא לוקחים בחשבון את התנודות וה"סחיפה" הנגרמות משגיאות במסלול ואנומליות כבידה. הם צופים כל הזמן באזור אחד, שהוא כ-42% משטח כדור הארץ - קצת פחות מחצי כדור. לוויינים אלו אינם מאפשרים תצפית על אזורי קווי הרוחב הגבוהים ביותר ואינם מספקים תמונה מפורטת, אך הם מספקים אפשרות למעקב רציף אחר המצב באזורים גדולים.
- לווייני קוטב. כלי רכב מסוג זה נעים במסלולים נמוכים בהרבה - מ-850 ל-1000 ק"מ, וכתוצאה מכך הם אינם מספקים כיסוי רחב של השטח הנצפה. עם זאת, מסלוליהם עוברים בהכרח על פני הקטבים של כדור הארץ, ולוויין אחד מסוג זה מסוגל "להסיר" את כל פני הכוכב ברצועות צרות (כ-2500 ק"מ) עם רזולוציה טובה במספר מסוים של מסלולים. עם פעולה בו-זמנית של שני לוויינים הממוקמים במסלולי קוטב סינכרוניים לשמש, כל אזור נסקר ממרווח של 6 שעות.
תיאור כללי ומאפיינים של לוויינים מטאורולוגיים
חללית המיועדת לתצפיות מטאורולוגיות מורכבת משני מודולים: מודול שירות (פלטפורמת לווין) ומנשא מטען (מכשירים). בתא השירות מצויים ציוד חשמל המספק חשמל מפאנלים סולאריים המורכבים עליו יחד עם רדיאטור ומערכת הנעה. מתחם הנדסת רדיו המצויד במספר אנטנות וחיישנים לניטור המצב ההליופיזי מחוברים למודול העבודה.
משקל ההשקה של מכשירים כאלה מגיע בדרך כלל למספר טונות, המטען הוא בין טון אחד לשני. לשיא השיא מבין הלוויינים המטאורולוגיים - ה-Envisat האירופי - היה משקל שיגור של למעלה מ-8 טון, משקל שימושי - יותר מ-2 טון עם ממדים של 10 × 2.5 × 5 מ'. עם לוחות פרוסים, רוחבו הגיע ל-26 מטר. מידות ה-GOES-R האמריקאיות הן 6.1 × 5.6 × 3.9 מ' עם משקל של כמעט 5200 ק"ג ומשקל יבש של 2860 ק"ג. ל-Meteor-M הרוסי מס' 2 קוטר גוף של 2.5 מ', אורך של 5 מ', רוחב עם פאנלים סולאריים פרוסים של 14 מ'. המטען של הלוויין הוא כ-1200 ק"ג, משקל השיגור היה מעט פחות מ-2800 ק"ג. להלן תמונה של הלוויין המטאורולוגי "Meteor-M" מס' 2.
ציוד לווין מדעי
ככלל, לווייני מזג אוויר נושאים שני סוגים של מכשירים כחלק מהציוד שלהם:
- סקירה כללית. בעזרתם מתקבלות תמונות טלוויזיה וצילום של פני הקרקע והאוקיינוסים, עננים, שלג וקרח. בין המכשירים הללו יש לפחות שני מכשירי הדמיה מרובי אזורים בטווחים ספקטרליים שונים (גלוי, מיקרוגל, אינפרא אדום). הם יורים ברזולוציות שונות. הלוויינים מצוידים גם במתקן לסריקת שטח מכ"ם.
- מדידה. באמצעות מכשירים מסוג זה, הלוויין אוסף מאפיינים כמותיים המשקפים את מצב האטמוספירה, ההידרוספירה והמגנטוספירה. מאפיינים כאלה כוללים טמפרטורה, לחות, תנאי קרינה, פרמטרי זרם של השדה הגיאומגנטי וכו'.
מטען הלוויין המטאורולוגי כולל גם מערכת רכישת נתונים ומערכת שידור מובנית.
קבלה ועיבוד נתונים בכדור הארץ
הלוויין יכול לפעול הן במצב של אחסון מידע עם שידור עוקב של חבילת נתונים למתחם קליטה ועיבוד קרקעי, ולנהל שידור ישיר. נתוני הלוויין המתקבלים במתחם הקרקעי נתונים לפענוח, שבמהלכו המידע מקושר על ידי זמן וקואורדינטות קרטוגרפיות. לאחר מכן משולבים נתונים מחלליות שונות ומעובדים עוד יותר ליצירת תמונות הניתנות לתפיסה חזותית.
הארגון המטאורולוגי העולמי אימץ את המושג "שמים פתוחים", והכריז על גישה חופשית למידע מטאורולוגי - לא מוצפןנתונים בזמן אמת מלוויינים. לשם כך, עליך להחזיק בציוד הקבלה והתוכנה המתאימים.
מערכת התצפית המטאורולוגית הבינלאומית
מכיוון שיש רק מסלול גאוסטציונרי אחד, השימוש בו מצריך תיאום בין סוכנויות חלל ושירותים מטאורולוגיים (כמו גם בעלי עניין אחרים) של מדינות שונות. כן, וכאשר בוחרים מסלולי קוטב נמוכים בזמן הנוכחי, אי אפשר לעשות בלי תיאום. בנוסף, ניטור לווייני אחר אירועי מזג אוויר מסוכנים (כגון סופות טייפון) מחייב לאחד את מאמצי השירותים ההידרומטאורולוגיים ולהחליף מידע רלוונטי, שכן מזג האוויר אינו יודע גבולות מדינה.
הרמוניזציה של סוגיות בינלאומיות הנוגעות ליישום מערכות חלל בחיזוי מזג האוויר היא באחריות קבוצת התיאום ללוויינים מטאורולוגיים בתוך WMO. השיתוף של מערכות מזג אוויר לווייניות החל כבר בשנות ה-70. התיאום בתחום זה חשוב במיוחד כעת. אחרי הכל, קבוצת הכוכבים הבינלאומית של לוויינים מטאורולוגיים המוצבים במסלול גיאוסטציונרי כוללת חלליות ממדינות רבות: ארצות הברית, מדינות אירופה, רוסיה, הודו, סין, יפן ודרום קוריאה.
סיכויים לטכנולוגיית חלל במטאורולוגיה
לווייני מזג אוויר מודרניים הם חלק ממערכת החישה מרחוק העולמית של כדור הארץ וככאלה יש להם סיכויי פיתוח רציניים.
ראשית, מתוכנן להרחיב את השתתפותם בניטור מפגעי טבע, אסונות טבע, תופעות מסוכנות, בחיזוי שינויי אקלים ארוכי טווח. שנית, כמובן, יש להשתמש בלוויינים המטאורולוגיים של כדור הארץ יותר ויותר ככלים להשגת ידע על התהליכים באטמוספרה ובהידרוספירה, וכן על מצב השדה הגיאומגנטי, הן ערך יישומי והן בעל ערך מדעי בסיסי.
