Thời tiết - một tập hợp các hiện tượng khí quyển tương đối ngắn hạn - rất khó dự đoán do số lượng lớn các yếu tố ảnh hưởng đến nó và sự thay đổi của tác động của chúng. Bầu khí quyển của Trái đất là một hệ thống động lực phức tạp, do đó, để nâng cao độ chính xác của dự báo, cần phải tính đến trạng thái của nó ở các vùng khác nhau tại mọi thời điểm. Trong vài thập kỷ nay, vệ tinh khí tượng đã là một công cụ cần thiết để tiến hành nghiên cứu khí quyển trên quy mô toàn cầu.
Bắt đầu quan sát thời tiết không gian
Vệ tinh cho thấy sự phù hợp cơ bản của tàu vũ trụ để quan sát khí tượng là TIROS-1 của Mỹ, được phóng vào ngày 1 tháng 4 năm 1960.
Vệ tinh đã truyền hình ảnh truyền hình đầu tiên của hành tinh chúng ta từ không gian. Sau đó, trên cơ sở các thiết bị loại này, vệ tinh khí tượng toàn cầu cùng tên đã được tạo ra.hệ thống.
Vệ tinh khí tượng đầu tiên của Liên Xô, Cosmos-122, được phóng vào ngày 25 tháng 6 năm 1966. Nó có thiết bị trên tàu để chụp ảnh trong phạm vi quang học và hồng ngoại, giúp nó có thể nghiên cứu sự phân bố của các đám mây, trường băng và lớp phủ tuyết, cũng như đo các đặc điểm nhiệt độ của khí quyển ở hai bên ngày và đêm của Trái đất. Kể từ năm 1967, hệ thống Meteor bắt đầu hoạt động ở Liên Xô, tạo thành cơ sở cho các hệ thống khí tượng được phát triển sau đó cho các mục đích khác nhau.
Hệ thống thời tiết vệ tinh của các quốc gia khác nhau
Một số loạt vệ tinh, chẳng hạn như Meteor-Nature, Meteor-2 và Meteor-3, cũng như các thiết bị của loạt Resurs, đã trở thành người thừa kế của Meteor. Kể từ đầu những năm 2000, việc chế tạo tổ hợp Meteor-3M vẫn tiếp tục được tạo ra. Ngoài ra, số vệ tinh khí tượng của Nga còn có hai vệ tinh của tổ hợp Electro-L. Với chiếc đầu tiên đã hoạt động trên quỹ đạo trong 5 năm 8 tháng, kết nối bị mất vào năm 2016, chiếc thứ hai vẫn tiếp tục hoạt động. Việc phóng vệ tinh thứ ba của loạt phim này đã được lên kế hoạch.
Ở Hoa Kỳ, ngoài hệ thống TIROS, các tàu vũ trụ thuộc dòng Nimbus, ESSA, NOAA, GOES đã được phát triển và sử dụng. Một số loạt NOAA và GOES hiện đang được phục vụ.
Hệ thống thời tiết vệ tinh của Châu Âu được đại diện bởi hai thế hệ Meteosat, MetOp, cũng như ERS và Envisat đã ngừng hoạt động - một trong những thiết bị lớn nhất được Cơ quan Vũ trụ Châu Âu phóng lên quỹ đạo Trái đất thấp.
Nhật Bản ("Himawari"), Trung Quốc ("Fengyun"), Ấn Độ (INSAT-3DR) và một số quốc gia khác có vệ tinh khí tượng của riêng họ.
Các loại vệ tinh
Tàu vũ trụ trong tổ hợp khí tượng được chia thành hai loại theo thông số của quỹ đạo và theo mục đích:
- Vệ tinh địa tĩnh. Chúng được phóng trên mặt phẳng xích đạo, theo hướng quay của Trái đất, lên độ cao 36.786 km so với mực nước biển. Vận tốc góc của chúng tương ứng với tốc độ quay của hành tinh. Với đặc điểm quỹ đạo như vậy, các vệ tinh loại này luôn nằm trên cùng một điểm, nếu bạn không tính đến các dao động và "độ trôi" do sai số quỹ đạo và dị thường hấp dẫn gây ra. Họ liên tục quan sát một khu vực, chiếm khoảng 42% bề mặt trái đất - nhỏ hơn một bán cầu một chút. Các vệ tinh này không cho phép quan sát các vùng có vĩ độ cao nhất và không cung cấp hình ảnh chi tiết, nhưng chúng cung cấp khả năng giám sát liên tục tình hình ở các vùng rộng lớn.
- Vệ tinh địa cực. Các phương tiện loại này di chuyển trong quỹ đạo thấp hơn nhiều - từ 850 đến 1000 km, do đó chúng không cung cấp phạm vi bao quát rộng khắp lãnh thổ quan sát. Tuy nhiên, quỹ đạo của chúng nhất thiết phải đi qua các cực của Trái đất và một vệ tinh loại này có khả năng "loại bỏ" toàn bộ bề mặt hành tinh trong các dải hẹp (khoảng 2500 km) với độ phân giải tốt trong một số quỹ đạo nhất định. Với hoạt động đồng thời của hai vệ tinh nằm trong quỹ đạo cực đồng bộ của mặt trời, mỗi khu vực được khảo sát từkhoảng thời gian 6 giờ.
Mô tả chung và đặc điểm của vệ tinh khí tượng
Một tàu vũ trụ được thiết kế để quan sát khí tượng bao gồm hai mô-đun: mô-đun dịch vụ (nền vệ tinh) và mô-đun tải trọng (thiết bị). Khoang dịch vụ chứa thiết bị điện cung cấp năng lượng từ các tấm pin mặt trời gắn trên đó cùng với hệ thống tản nhiệt và đẩy. Một tổ hợp kỹ thuật vô tuyến được trang bị một số ăng-ten và cảm biến để theo dõi tình hình nhật sinh được kết nối với mô-đun làm việc.
Trọng lượng phóng của các thiết bị như vậy thường lên tới vài tấn, trọng tải từ một đến hai tấn. Người giữ kỷ lục trong số các vệ tinh khí tượng - European Envisat - có trọng lượng phóng hơn 8 tấn, một vệ tinh hữu ích - hơn 2 tấn với kích thước 10 × 2,5 × 5 m. Với các tấm được triển khai, chiều rộng của nó đạt 26 mét. Kích thước của American GOES-R là 6,1 × 5,6 × 3,9 m với trọng lượng phóng gần 5200 kg và trọng lượng khô 2860 kg. Meteor-M số 2 của Nga có đường kính thân 2,5 m, dài 5 m, rộng với các tấm pin mặt trời được triển khai là 14 m. Trọng tải của vệ tinh khoảng 1200 kg, trọng lượng phóng nhỏ hơn 2800 một chút. Kilôgam. Dưới đây là ảnh chụp vệ tinh khí tượng "Meteor-M" số 2.
Thiết bị vệ tinh khoa học
Theo quy luật, vệ tinh thời tiết mang hai loại thiết bị như một phần của thiết bị:
- Tổng quan. Với sự giúp đỡ của họ, các hình ảnh truyền hình và nhiếp ảnh về bề mặt đất liền và đại dương, mây, tuyết và băng bao phủ đều thu được. Trong số các thiết bị này có ít nhất hai thiết bị hình ảnh đa vùng ở các dải phổ khác nhau (khả kiến, vi sóng, hồng ngoại). Chúng bắn ở các độ phân giải khác nhau. Các vệ tinh cũng được trang bị thiết bị quét bề mặt radar.
- Đo lường. Bằng các thiết bị loại này, vệ tinh thu thập các đặc điểm định lượng phản ánh trạng thái của khí quyển, thủy quyển và từ quyển. Các đặc điểm đó bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, điều kiện bức xạ, các thông số hiện tại của trường địa từ, v.v.
Trọng tải vệ tinh khí tượng cũng bao gồm một hệ thống thu thập và truyền dữ liệu trên tàu.
Tiếp nhận và xử lý dữ liệu trên Trái đất
Vệ tinh có thể hoạt động ở cả hai chế độ lưu trữ thông tin với việc truyền gói dữ liệu tiếp theo tới một tổ hợp tiếp nhận và xử lý mặt đất, và tiến hành truyền dẫn trực tiếp. Dữ liệu vệ tinh mà tổ hợp mặt đất nhận được phải được giải mã, trong đó thông tin được liên kết theo thời gian và tọa độ bản đồ. Sau đó, dữ liệu từ các tàu vũ trụ khác nhau được kết hợp và xử lý thêm để tạo ra hình ảnh trực quan.
Tổ chức Khí tượng Thế giới đã thông qua khái niệm "bầu trời mở", tuyên bố quyền truy cập miễn phí vào thông tin khí tượng - không được mã hóadữ liệu thời gian thực từ vệ tinh. Để làm được điều này, bạn phải có thiết bị và phần mềm nhận phù hợp.
Hệ thống Quan sát Khí tượng Quốc tế
Vì chỉ có một quỹ đạo địa tĩnh nên việc sử dụng quỹ đạo này cần có sự phối hợp giữa các cơ quan vũ trụ và các dịch vụ khí tượng (cũng như các dịch vụ quan tâm khác) của các quốc gia khác nhau. Đúng, và khi chọn quỹ đạo cực thấp vào thời điểm hiện tại, không thể thực hiện được nếu không có sự phối hợp. Ngoài ra, việc giám sát vệ tinh về các hiện tượng thời tiết nguy hiểm (chẳng hạn như bão) cần phải đoàn kết nỗ lực của các dịch vụ khí tượng thủy văn và trao đổi thông tin liên quan, vì thời tiết không có biên giới của tiểu bang.
Hài hòa các vấn đề quốc tế liên quan đến việc áp dụng các hệ thống vũ trụ trong dự báo thời tiết là trách nhiệm của Nhóm Điều phối Vệ tinh Khí tượng trong WMO. Việc chia sẻ các hệ thống thời tiết vệ tinh bắt đầu từ những năm 1970. Điều phối trong lĩnh vực này là đặc biệt quan trọng hiện nay. Rốt cuộc, chòm sao vệ tinh khí tượng quốc tế được đặt trong quỹ đạo địa tĩnh bao gồm các tàu vũ trụ từ nhiều quốc gia: Hoa Kỳ, các nước châu Âu, Nga, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc.
Triển vọng về công nghệ vũ trụ trong khí tượng học
Các vệ tinh thời tiết hiện đại là một phần của hệ thống viễn thám Trái đất toàn cầu và như vậy có triển vọng phát triển nghiêm túc.
Thứ nhất, có kế hoạch mở rộng sự tham gia của họ trong việc giám sát các thiên tai, thảm họa thiên nhiên, các hiện tượng nguy hiểm, trong dự báo biến đổi khí hậu dài hạn. Thứ hai, các vệ tinh khí tượng của Trái đất, tất nhiên, ngày càng nên được sử dụng như một công cụ để thu thập kiến thức về các quá trình trong khí quyển và thủy quyển, cũng như về trạng thái của trường địa từ, cả giá trị khoa học ứng dụng và cơ bản.
