Metop ( Met eorological Op eational satellite) — серия из трех полярно-орбитальных метеорологических спутников, разработанных Европейским космическим агентством (ESA) и эксплуатируемых Европейской организацией по эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT). Спутники образуют компонент космического сегмента общей полярной системы EUMETSAT (EPS), которая, в свою очередь, является европейской половиной первоначальной совместной полярной системы EUMETSAT / NOAA (IJPS). Спутники несут полезную нагрузку, состоящую из 11 научных приборов и двух, которые поддерживают поисково-спасательные службы Cospas-Sarsat . Для обеспечения непрерывности данных между Metop и полярными эксплуатационными экологическими спутниками NOAA (POES), на обоих флотах спутников установлено несколько приборов.
Metop-A, запущенный 19 октября 2006 года, был первым в Европе полярно-орбитальным спутником, используемым для оперативной метеорологии. Что касается его основной миссии по предоставлению данных для численного прогнозирования погоды , исследования показали, что данные Metop-A были измерены как имеющие наибольшее влияние любой отдельной спутниковой платформы на сокращение ошибок 24-часового прогнозирования и составили около 25% от общего влияния на глобальное сокращение ошибок прогнозирования по всем источникам данных. [1] Отчет 2023 года обновил эту оценку, заявив, что основной спутник Metop снизился в относительном выражении с 2011 года с 24,5% до 11,15% в метрике FSOI. (Социальные и экономические выгоды EPS-Aeolus и EPS-Sterna). [2]
Первоначально предполагалось, что каждый из трех спутников будет работать последовательно, однако хорошие показатели спутников Metop-A и Metop-B означают, что был период работы всех трех спутников. EUMETSAT снизил орбиту Metop-A и вывел космический аппарат из эксплуатации в ноябре 2021 года [3]
Преемником спутников Metop станет MetOp-SG , в настоящее время ожидается запуск первого спутника MetOp SG-A в 2025 году. [4]
На борту спутников Metop установлены следующие приборы [5] :
На спутниках NPOES, которые являются вкладом США в IJPS, совместно используются следующие приборы:
Следующие приборы устанавливаются исключительно на спутниках Metop:
Metop был разработан как совместный проект Европейского космического агентства (ESA) и Европейской организации по эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT). Признавая растущую важность численного прогнозирования погоды (NWP) в прогнозировании погоды, Metop был разработан с набором инструментов для предоставления моделей NWP с высоким разрешением глобальной атмосферной температуры и структуры влажности. Данные Metop дополнительно используются для атмосферной химии и предоставления долгосрочных наборов данных для климатических записей.
Спутники Metop имеют модульную конструкцию, состоящую из сервисного модуля, модуля полезной нагрузки и набора приборов.
Модуль службы наследия SPOT обеспечивает питание (через солнечную батарею и пять батарей для затмения), ориентацию и управление орбитой , терморегуляцию и отслеживание, телеметрию и управление (TT&C). Модуль полезной нагрузки наследия Envisat обеспечивает общие шины управления и контроля и питания для инструментов, а также сбор и передачу научных данных.
Набор приборов в значительной степени создан на основе предшественников, использовавшихся на европейских спутниках дистанционного зондирования Земли ERS/ Envisat Европейского космического агентства , или представляет собой полностью повторяющиеся устройства, изначально разработанные для серии полярно-орбитальных спутников телевизионного инфракрасного наблюдения NOAA (TIROS) .
За исключением поиска и спасания ( SARSAT ), которая является чисто локальной миссией со своим собственным выделенным передатчиком, все данные с приборов MetOp форматируются и мультиплексируются модулем полезной нагрузки и либо сохраняются на твердотельном регистраторе для последующей передачи через антенну X-диапазона , либо напрямую передаются локальным пользователям через антенну L-диапазона с высокоскоростной передачей изображений (HRPT) .
Главный центр управления и сбора данных (CDA) находится на спутниковой станции Шпицберген в Норвегии. Высокая широта этой станции позволяет сбрасывать глобальные данные, хранящиеся в твердотельном регистраторе каждого спутника, через X-Band один раз за орбиту. Каждый спутник Metop производит около 2 ГБ необработанных данных за орбиту. Кроме того, для повышения своевременности продуктов один из рабочих спутников сбрасывает данные с нисходящей части орбиты над станцией Мак-Мердо в Антарктиде . Затем данные поступают с наземных станций в штаб-квартиру EUMETSAT в Дармштадте , Германия, где они обрабатываются, хранятся и распространяются среди различных агентств и организаций с задержкой около 2 часов без наземной станции Мак-Мердо и 1 час со Шпицбергеном.
HRPT используется для обеспечения прямой локальной миссии считывания в реальном времени через сеть приемников на земле, предоставленных сотрудничающими организациями. Данные с этих станций также передаются в EUMETSAT и перераспределяются для предоставления регионального обслуживания с задержкой около 30 минут. Из-за чувствительности оборудования HRPT к радиации Metop-A HRPT не работает над полярными регионами или Южно-Атлантической аномалией .
Управление и контроль Metop осуществляется из комнаты управления EPS в штаб-квартире EUMETSAT в Дармштадте, Германия. Центр управления подключен к CDA на Шпицбергене, который используется для измерения дальности в S-диапазоне и доплеровских измерений (для определения орбиты), получения в реальном времени телеметрии для ведения домашнего хозяйства и передачи телекоманд вверх. CDA на Шпицбергене, расположенный примерно на 78° северной широты, обеспечивает покрытие TT&C на каждой орбите. Команды для рутинных операций обычно передаются вверх при каждом контакте CDA, примерно за 36 часов до выполнения на борту. Определение орбиты также может выполняться с использованием данных с прибора GNSS Receiver for Atmospheric Sounding (GRAS). Независимый резервный центр управления также находится в Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial , недалеко от Мадрида , Испания.
Спутники Metop и NOAA несут общий набор основных инструментов. Кроме того, Metop несет набор новых европейских инструментов, которые измеряют температуру и влажность воздуха с беспрецедентной точностью, а также профили атмосферного озона и других газовых примесей . Также будут измеряться скорость и направление ветра над океанами. Ожидается, что эти новые инструменты внесут значительный вклад в постоянно растущую потребность в быстрых и точных глобальных данных для улучшения численного прогнозирования погоды. Это, в свою очередь, приведет к более надежным прогнозам погоды и, в долгосрочной перспективе, поможет более точно отслеживать меняющийся климат.
В дополнение к метеорологическим применениям, он будет предоставлять изображения поверхности суши и океана, а также поисково-спасательное оборудование для оказания помощи терпящим бедствие кораблям и самолетам. На борту также имеется система ретрансляции данных, которая подключается к буям и другим устройствам сбора данных.
Metop-A, первый действующий европейский метеорологический спутник на полярной орбите, был успешно запущен 19 октября 2006 года с космодрома Байконур , Казахстан , с помощью ракеты-носителя «Союз-СТ Фрегат » после шести попыток. При весе чуть более 4000 кг и размерах 17,6 × 6,5 × 5,2 метра на орбите Metop является вторым по величине европейским спутником наблюдения за Землей после Envisat , запущенного в 2002 году. [6]
Первый сигнал со спутника был получен в 18:35 BST 20 октября 2006 года, и было подтверждено, что спутник находится на своей номинально правильной орбите с развернутой солнечной панелью. Управление спутником осуществлял Европейский центр космических операций (ESOC — часть ESA), который отвечал за достижение окончательного позиционирования спутника, развертывание всех антенн и окончательную реконфигурацию спутника после необходимых маневров управления орбитой. Спутник был передан операциям EUMETSAT 22 октября 2006 года. Первое изображение было получено в 08:00 UTC 25 октября 2006 года [7] — изображение Скандинавии и Восточной Европы в видимом свете — но прошел шестимесячный период проверки и калибровки спутника и его полезной нагрузки, прежде чем он был объявлен работоспособным. До этого момента Метеобюро получило данные и начало тестировать, а затем использовать их в качестве входных данных для операционных численных прогнозов погоды .
Metop-A был объявлен полностью работоспособным в середине мая 2007 года, и все данные его 11 научных приборов доступны его пользователям в рабочем режиме [8]
В апреле 2013 года Metop-B был объявлен полностью работоспособным и призван заменить Metop-A в качестве «главного оперативного метеорологического спутника EUMETSAT». [9]
Запуск Metop-C был запланирован на конец 2016 года [10] , но затем был отложен до 2017 года [11] и успешно осуществлен 7 ноября 2018 года.
Из-за более длительного, чем ожидалось, нахождения Metop-A и Metop-B на орбите все три космических аппарата Metop работали одновременно до вывода из эксплуатации Metop-A, Metop-B и, в конечном итоге, Metop-C. Космические аппараты Metop будут заменены в своей оперативной роли спутниками MetOp второго поколения . EUMETSAT начал вывод Metop-A с орбиты в ноябре 2021 года [12]
Первые атмосферные вклады Metop-A были сделаны Глобальным экспериментом по мониторингу озона-2 (GOME-2), сканирующим спектрометром на борту спутника. GOME-2, разработанный DLR (Немецким аэрокосмическим центром) и разработанный SELEX Galileo в качестве преемника GOME ERS-2 (1995), обеспечил покрытие большинства областей планеты Земля , измеряя атмосферный озон , распределение поверхностного ультрафиолетового излучения и количество диоксида азота (NO2 ) . [13] Кроме того, с помощью инструмента GOME-2 можно наблюдать флуоресценцию хлорофилла, вызванную солнцем, которая является косвенным показателем валовой первичной продукции . [14] [15] Инструмент GOME-2 является вторым источником наблюдений за озоном, которые дополняют данные с озоновых инструментов SBUV/2 на спутниках NOAA-18 и NOAA-19 , которые являются частью IJPS. [16]
Одним из важнейших приборов на борту Metop является инфракрасный интерферометр зондирования атмосферы (IASI), самый точный интерферометр инфракрасного зондирования, который в настоящее время находится на орбите. IASI наблюдает за атмосферой в инфракрасном диапазоне (3,7–15,5 мкм) по 8461 каналу, что позволяет измерять температуру атмосферы с точностью до 1 °C и относительную влажность в пределах 10% для каждого среза высотой 1 км. Поверхность Земли повторно посещается дважды в день. Сам IASI производит половину всех данных Metop.
Metop-A и Metop-B были запущены соответственно 19 октября 2006 года и 17 сентября 2012 года [17] с космодрома Байконур , а Metop-C был запущен 7 ноября 2018 года с Центра космических исследований Гайаны на космодроме Куру в Гвианском космическом центре [18] .
Первоначально планировалось, что последующие спутники Metop будут запускаться примерно с пятилетним интервалом, каждый из которых будет иметь запланированный срок эксплуатации 5 лет — таким образом, за один раз будет работать только один спутник. Однако, основываясь на хороших показателях работы спутников Metop-A и Metop-B, совет EUMETSAT согласился продлить программу EPS как минимум до 2027 года. [19] Metop-A проработал до 30 ноября 2021 года, и аналогичные продления прогнозируются для Metop-B и Metop-C.
Последний маневр Metop-A Out of Plane был выполнен в августе 2016 года, почти все оставшееся топливо на борту Metop-A было заложено в бюджет для операций по утилизации в конце срока службы, необходимых для вывода Metop-A на орбиту, которая снизится и приведет к повторному входу в атмосферу в течение 25 лет в соответствии с Руководством по предупреждению образования космического мусора ISO 24113. [20] В конце 2022 года тот же процесс резервирования топлива был применен на Metop-B. Подавляющее большинство потребления топлива на этапе эксплуатации необходимо для компенсации дрейфа наклонения и поддержания солнечно-синхронной орбиты (SSO) со средним местным временем восходящего узла (LTAN) 21:30, и предполагается, что платформа может выжить в течение как минимум 5 лет с дрейфующим LTAN. [21] Первоначально эти операции по утилизации отслуживших свой срок объектов не были запланированы, но были признаны необходимыми после того, как столкновение Иридиума и Космоса и испытание противоспутниковой ракеты «Фэнъюнь-1С» значительно ухудшили ситуацию с космическим мусором на низкой околоземной орбите (НОО).
До запуска Metop-C спутники Metop-A и Metop-B работали на копланарной орбите, примерно на пол-орбиты друг от друга. С запуском Metop-C три спутника Metop изначально находились на одной орбите, разделенной примерно третью орбиты, хотя Metop-A дрейфовал в LTAN. Однако после лета 2020 года Metop-C был перемещен примерно на половину орбиты от Metop-B, а Metop-A удерживался между другими Metops в ожидании его утилизации. Высокоскоростная передача изображений Metop-B и Metop-C (HRPT) непрерывно передает данные в реальном времени.
Metop-A снизил свою орбиту, выполнив 23 манёвра апогея, чтобы почти опустошить свои топливные баки, и, как ожидается, снова войдет в атмосферу Земли в течение 25 лет. Metop-A был выведен из эксплуатации 30 ноября 2021 года, после чего только Metop-B и C остаются фазированными примерно на 180 градусов друг от друга. Последний манёвр выхода из плоскости был выполнен на Metop-B в сентябре 2022 года, что означает, что Metop-B следует аналогичной стратегии дрейфа LTAN, что и Metop-A, но на 6 лет позже. Из-за дрейфа LTAN Metop-B покинул наземную траекторию опорной орбиты в октябре 2023 года, чтобы обеспечить разделение фаз с Metop-C. Metops будет перефазирован после запуска первого Metop-SG, так что можно будет выполнить тандемную миссию между Metop-SGA1 и Metop-C для перекрестной калибровки старых и новых приборов. После тандемной миссии все Metops будут сфазированы таким образом, чтобы они находились на расстоянии либо половины, либо четверти орбиты друг от друга.
