Суббота, 23 сентября, 2023

16+

Измеритель ветров: чем уникален спутник Aeolus?

Время на чтение 4 мин.

Названный в честь древнегреческого повелителя ветров, Aeolus был первой спутниковой миссией, получившей профили земных ветров в глобальном масштабе. Эти наблюдения улучшили прогнозы погоды и модели климата. На спутнике был установлен только один инструмент (зато какой!) — доплеровский ветровой лидар, который измерял ветры, дующие вокруг нашей планеты. Превзойдя ожидания ученых и превысив запланированный срок службы на орбите, миссия завершилась 28 июля 2023 года. Но даже сход Aeolus с орбиты стал уникальным.

Волшебный лидар ALADIN

ALADIN (Atmospheric Laser Dopler Instrument — атмосферный лазерный доплеровский прибор) представляет собой ультрафиолетовый лазерный лидар прямого обнаружения, состоящий из трех основных элементов: передатчика, комбинированного узла приемника обратного рассеяния Ми и Рэлеевского рассеяния (речь идет о рассеянии волны сферической частицей в случае, если размер частицы намного меньше длины волны) и телескопа Кассегрена (система из гиперболического и параболического зеркал) диаметром 1,5 метра.

Архитектура передатчика основана на импульсном лазере с диодной накачкой мощностью 150 миллиджоулей, частота которого утроена для получения импульсов ультрафиолетового излучения мощностью 60 миллиджоулей на длине волны 355 нанометров. Эта частота была выбрана из-за повышенного рэлеевского рассеяния в ультрафиолетовой области спектра, а также потому, что она безопасна для глаз на расстоянии более нескольких сотен метров. Приемник Ми состоит из интерферометра Физо с разрешением 100 мегагерц.

Полученный сигнал обратного рассеяния создает линейную полосу, положение которой напрямую связано со скоростью ветра: последняя определяется положением центроида полосы.

Обработка сигналов обратного рассеяния позволяет каждые 200 километров получать профили ветров по траектории спутника, по линии прямой видимости над густыми облаками или у поверхности Земли в чистом воздухе. Анализируя данные, метеорологи получили представление и о других явлениях в атмосфере, таких как облака и аэрозоли. Информация со спутника передавалась в основные центры численного прогнозирования погоды в режиме реального времени.

Разработка прибора ALADIN не обошлась без проблем. Ультрафиолетовый лазер повреждал оптические поверхности в вакууме. Ученые ESA обратились к NASA за поддержкой. Однако  американское агентство обладало минимальным опытом работы с лидаром такой конструкции.

В целом, технологии, необходимые для спутника, выходили за рамки тогдашних технологических возможностей. Многие решения приходилось разрабатывать с нуля. Поэтому после завершения разработки ESA попросило Airbus, создателя аппарата, провести дополнительные испытания завершенной модели в вакууме, прежде чем продолжить планирование миссии. Общие сложности, связанные с инструментом ALADIN, привели к повышению окончательной стоимости примерно на 50%.

ESA впервые в истории применило подобный инструмент для спутникового мониторинга, благодаря чему удалось составить первую глобальную карту ветров на Земле. Важность этой работы сложно переоценить. Она не только повысила точность метеопрогнозов, но и уточнила наши представления о климатических процессах на планете.

С небес на Землю

Вход аппарата в атмосферу произошел после серии маневров, произведенных на остатках топлива аппарата. Эти маневры понизили орбиту Aeolus с высоты 320 до всего 120 километров. Но к чему такие сложности?

Эти маневры — первый в истории космонавтики вход в атмосферу с помощью вспомогательного оборудования — расположили Aeolus так, чтобы любые его части, которые не сгорели, попадали в запланированные траектории падения обломков.

Сегодня спутниковые миссии разрабатываются в соответствии с правилами, которые требуют от них минимизировать риск причинения ущерба при возвращении на Землю. Обычно это достигается за счет того, что большая часть спутника сгорает при входе в атмосферу. Однако, когда Aeolus был разработан (в конце 1990-х годов), таких правил не существовало.

Таким образом, после исчерпания топлива и без вмешательства аппарат естественным образом снова вошел бы в атмосферу Земли в течение нескольких недель, но без контроля над тем, где это произойдет.

Спутники и части ракет падают на Землю примерно раз в неделю, а уцелевшие части очень редко наносят какой-либо ущерб, поэтому риск того, что Aeolus причинит вред, был невероятно мал. Тем не менее ESA нашло новый способ, чтобы сделать сведение спутника с обриты еще более безопасным.

Дождь то ли будет, то ли нет

Aeolus был пятым запланированным спутником в программе Live Planet. Основная ее цель заключалась в получении новых знаний об атмосфере Земли и климате на планете. Записывая и отслеживая погоду в разных частях мира, Aeolus позволил ученым создавать сложные модели, которые затем использовались для предсказания того, как атмосферные явления будут вести себя в будущем. Эта информация полезна в краткосрочной перспективе, поскольку их можно применять для численного прогнозирования погоды, чтобы сделать сводки метеорологов более точными. Таким образом, миссия улучшила знания обо всех видах погодных явлений, от глобального потепления до последствий загрязнения воздуха.

Aeolus проложил путь будущим метеорологическим спутникам, предназначенным для изучения профилей ветра на Земле.

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь

Enter Captcha Here : *

Reload Image