Metop ( Метеорологический оперативный спутник) — серия из трех метеорологических спутников на полярной орбите, разработанных Европейским космическим агентством ( ЕКА) и эксплуатируемых Европейской организацией по эксплуатации метеорологических спутников (ЕВМЕТСАТ). Спутники образуют компонент космического сегмента общей полярной системы ЕВМЕТСАТ (EPS), которая, в свою очередь, является европейской половиной Начальной совместной полярной системы ЕВМЕТСАТ / НОАА (IJPS). Спутники несут полезную нагрузку, состоящую из 11 научных приборов и двух, поддерживающих поисково-спасательные службы Коспас-Сарсат . Чтобы обеспечить непрерывность данных между Metop и полярными оперативными спутниками окружающей среды NOAA (POES), на обоих парках спутников имеется несколько приборов.
«Метоп-А», запущенный 19 октября 2006 года, является первым в Европе спутником на полярной орбите, используемым для оперативной метеорологии. Что касается его основной задачи по предоставлению данных для численного прогнозирования погоды , исследования показали, что данные Metop-A , по оценкам, оказывают наибольшее влияние среди любой отдельной спутниковой платформы на сокращение ошибок 24-часового прогнозирования и составляют около 25% всех ошибок 24-часового прогнозирования. общее влияние на глобальное сокращение ошибок прогнозов по всем источникам данных. [1]
Первоначально предполагалось, что каждый из трех спутников будет работать последовательно, однако хорошие характеристики спутников «Метоп-А» и «Метоп-Б» означают, что был период работы всех трех спутников. ЕВМЕТСАТ спустил орбиту «Метоп-А» и вывел космический аппарат из эксплуатации в ноябре 2021 года [2]
Преемником спутников Metop станет MetOp-SG , а запуск первого спутника MetOp SG-A ожидается в 2025 году . [3]
На борту спутников «Метоп» установлены следующие приборы [4] :
Следующие инструменты используются на спутниках NPOES, которые составляют вклад США в IJPS:
Следующие инструменты используются исключительно на спутниках Metop:
Metop был разработан совместно Европейским космическим агентством (ЕКА) и Европейской организацией по эксплуатации метеорологических спутников (ЕВМЕТСАТ). Признавая растущую важность численного прогноза погоды (ЧПП) в прогнозировании погоды, в Metop был разработан набор инструментов, обеспечивающих модели ЧПП с высоким разрешением глобальной атмосферной температуры и структуры влажности. Данные Metop дополнительно используются для анализа химии атмосферы и предоставления наборов долгосрочных данных для климатических записей.
Спутники «Метоп» имеют модульную конструкцию, состоящую из служебного модуля, модуля полезной нагрузки и набора приборов.
Сервисный модуль SPOT Heritage обеспечивает питание (через солнечную батарею и пять батарей для затмения), управление ориентацией и орбитой , терморегулирование, а также отслеживание, телеметрию и управление (TT&C). Модуль полезной нагрузки наследия Envisat обеспечивает общие шины управления и питания для приборов, а также сбор и передачу научных данных.
Набор инструментов во многом заимствован из предшественников, запущенных на спутниках Европейского космического агентства дистанционного зондирования ERS / Envisat , или представляет собой полностью повторяющиеся устройства, первоначально разработанные для серии спутников полярно-орбитального телевизионного спутника инфракрасного наблюдения NOAA (TIROS) .
За исключением миссии поиска и спасения ( SARSAT ), которая является чисто местной миссией со своим собственным выделенным передатчиком, все данные от MetOp Instruments форматируются и мультиплексируются модулем полезной нагрузки и либо сохраняются на твердотельном записывающем устройстве для последующей передачи через антенну X-диапазона или напрямую передаваться местным пользователям через антенну L-диапазона высокоскоростной передачи изображения (HRPT) .
Главный руководитель управления и сбора данных (CDA) расположен на спутниковой станции Шпицберген в Норвегии. Высокая широта этой станции позволяет сбрасывать глобальные данные, хранящиеся в твердотельном самописце каждого спутника, через X-диапазон один раз за орбиту. Каждый спутник Metop производит около 2 ГБ необработанных данных на орбиту. Дополнительно, в целях повышения своевременности продукции, один из действующих спутников сбрасывает данные со нисходящей части орбиты над станцией Мак-Мердо в Антарктиде . Затем данные передаются с наземных станций в штаб-квартиру ЕВМЕТСАТ в Дармштадте , Германия, где они обрабатываются, сохраняются и распространяются среди различных учреждений и организаций с задержкой примерно 2 часа без наземной станции Мак-Мердо и 1 час со Шпицбергеном.
HRPT используется для обеспечения прямого считывания данных в режиме реального времени через сеть наземных приемников, предоставляемых сотрудничающими организациями. Данные с этих станций также передаются в ЕВМЕТСАТ и перераспределяются для предоставления региональных услуг с задержкой примерно 30 минут. Из-за радиационной чувствительности оборудования HRPT Metop-A HRPT не работает над полярными регионами или южноатлантической аномалией .
Управление и управление Metop осуществляется из диспетчерской EPS в штаб-квартире ЕВМЕТСАТ в Дармштадте, Германия. Центр управления подключен к CDA на Шпицбергене, который используется для измерения дальности S-диапазона и доплеровских измерений (для определения орбиты), получения телеметрических данных домашнего хозяйства в реальном времени и передачи телекоманд по восходящей линии связи. CDA на Шпицбергене, расположенный примерно на 78° северной широты, обеспечивает покрытие TT&C на каждой орбите. Команды для рутинных операций обычно передаются по восходящей линии связи при каждом контакте CDA примерно за 36 часов до выполнения на борту. Определение орбиты также может быть выполнено с использованием данных прибора GNSS Приемник для зондирования атмосферы (GRAS). Независимый резервный центр управления также расположен в Национальном институте аэрокосмической техники , недалеко от Мадрида , Испания.
Спутники Metop и NOAA несут общий набор основных инструментов. Кроме того, у Metop есть набор новых европейских приборов, которые с беспрецедентной точностью измеряют температуру и влажность воздуха , а также профили атмосферного озона и других газовых примесей . Также будут измерены 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 изменение климата.
Помимо метеорологических целей, он будет предоставлять изображения поверхности суши и океана, а также использовать поисково-спасательное оборудование для оказания помощи терпящим бедствие судам и самолетам. На борту также имеется система ретрансляции данных, подключающаяся к буям и другим устройствам сбора данных.
«Метоп-А», первый действующий европейский полярно-орбитальный метеорологический спутник, 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 спутником наблюдения Земли в Европе после Envisat , запущенного в 2002 году. [5]
Первый сигнал со спутника был получен в 18:35 по британскому стандартному времени 20 октября 2006 года, и было подтверждено, что спутник находился на номинально правильной орбите с развернутой солнечной панелью. Управление спутником осуществлялось Европейским центром космических операций (ESOC — частью ЕКА), который отвечал за окончательное позиционирование спутника, развертывание всех антенн и окончательную реконфигурацию спутника после необходимых маневров по управлению орбитой. Спутник был передан в эксплуатацию ЕВМЕТСАТ 22 октября 2006 г. Первое изображение было получено в 08:00 UTC 25 октября 2006 г. [6] — изображение Скандинавии и Восточной Европы в видимом свете — но прошел шестимесячный период проверка и калибровка спутника и его приборной нагрузки перед его вводом в эксплуатацию. До этого Метеорологическое бюро получило данные и начало их тестировать, а затем использовать в качестве входных данных для оперативных численных прогнозов погоды .
Метоп-А был объявлен полностью работоспособным в середине мая 2007 года, и полные данные его 11 научных инструментов доступны его пользователям на оперативной основе [7].
В апреле 2013 года Metop-B был объявлен полностью работоспособным и заменил Metop-A в качестве «основного оперативного метеорологического спутника SSO ЕВМЕТСАТ». [8]
Запуск Metop-C был запланирован на конец 2016 года [9] , который был отложен до 2017 года [10] и был успешно запущен 7 ноября 2018 года.
Из-за более длительного, чем ожидалось, пребывания на орбите Метоп-А и Метоп-Б, все три космических корабля Метоп эксплуатировались одновременно до вывода из эксплуатации Метоп-А, Метоп-Б и, в конечном итоге, Метоп-С. На смену космическим кораблям Metop в их оперативной роли придут спутники MetOp второго поколения . ЕВМЕТСАТ начал вывод Метопа-А с орбиты в ноябре 2021 года [11]
Первые исследования атмосферы с помощью Метоп-А были сделаны с помощью Глобального эксперимента по мониторингу озона-2 (GOME-2), сканирующего спектрометра на борту спутника. GOME-2, разработанный DLR (Немецким аэрокосмическим центром) и разработанный SELEX Galileo в качестве преемника GOME ERS-2 (1995 г.), обеспечивал покрытие большинства областей планеты Земля , измеряя атмосферный озон , распределение приземного ультрафиолета. радиация и количество диоксида азота (NO 2 ). [12] Кроме того, с помощью прибора GOME-2 можно наблюдать вызванную солнцем флуоресценцию хлорофилла, показатель валового первичного производства . [13] [14] Прибор GOME-2 обеспечивает второй источник наблюдений за озоном, дополняющий данные озоновых приборов SBUV/2 на спутниках NOAA-18 и NOAA-19 , которые являются частью IJPS. [15]
Одним из наиболее важных приборов, находящихся на борту «Метопа», является инфракрасный интерферометр для зондирования атмосферы (IASI), самый точный интерферометр для инфракрасного зондирования, который в настоящее время находится на орбите. IASI наблюдает за атмосферой в инфракрасном диапазоне (3,7 – 15,5 мкм) по 8461 каналу, позволяя измерять температуру атмосферы с точностью до 1 °С и относительную влажность с точностью до 10% для каждого среза высотой 1 км. Поверхность Земли посещается дважды в день. IASI сам по себе производит половину всех данных Metop.
«Метоп-А» и «Метоп-Б» были запущены соответственно 19 октября 2006 г. и 17 сентября 2012 г. [16] с космодрома Байконур , а запуск «Метоп-С» состоялся 7 ноября 2018 г. из Центра « Пространственные Гайаны» , на космодроме Куру , Гвианский космический центр. . [17]
Первоначально планировалось, что последующие спутники Metop будут запускаться примерно с пятилетним интервалом, каждый из которых будет иметь запланированный срок эксплуатации 5 лет - поэтому одновременно будет работать только один спутник. Однако, учитывая хорошие характеристики спутников Metop-A и Metop-B, совет ЕВМЕТСАТ согласился продлить программу EPS как минимум до 2027 года. [18] Metop-A эксплуатировался до 30 ноября 2021 года, и прогнозируются аналогичные продления. для Метоп-Б и Метоп-С.
Последний маневр выхода Метоп-А из самолета был выполнен в августе 2016 года, почти все оставшееся топливо на борту Метоп-А было заложено в бюджет для операций по утилизации по окончании срока службы, необходимых для вывода Метоп-А на орбиту, которая распадется и вызовет повторный запуск. въезд в течение 25 лет в соответствии с Руководством по предотвращению образования космического мусора ISO 24113. [19] В конце 2022 года тот же процесс резервирования топлива был введен в действие на Метоп-Б. Подавляющая часть расхода топлива на этапе эксплуатации необходима для компенсации дрейфа наклонения и поддержания солнечно-синхронной орбиты (SSO) со средним местным временем восходящего узла (LTAN) 21:30, и, по оценкам, платформа может прожить не менее 5 лет с дрейфующим ЛТАН. [20] Эти операции по утилизации по окончании срока службы изначально были незапланированными, но были признаны необходимыми после того, как столкновение «Иридиум» с «Космосом» и противоспутниковые испытания «Фэнъюнь-1C» значительно ухудшили ситуацию с космическим мусором на низкой околоземной орбите (НОО).
До запуска «Метоп-С» «Метоп-А» и «Метоп-Б» работали на копланарной орбите, находящейся примерно на половине орбиты друг от друга. После запуска Metop-C три спутника Metop первоначально находились на одной и той же орбите, разделенной примерно третью орбиты, хотя Metop-A дрейфовал в LTAN. Однако после лета 2020 года Метоп-С был перемещен примерно на половину орбиты от Метоп-Б, а Метоп-А находился между другими Метопами в рамках подготовки к его утилизации. Высокоскоростная передача изображения Metop-B и Metop-C (HRPT) непрерывно передает данные в реальном времени.
Орбиту Метоп-А понизили, выполнив 23 апогейных маневра, чтобы почти опустошить топливные баки, и ожидается, что он снова войдет в атмосферу Земли в течение 25 лет. «Метоп-А» был выведен из эксплуатации 30 ноября 2021 года, после чего только «Метоп-Б» и «С» остаются сдвинутыми по фазе примерно на 180 градусов друг от друга. Последний маневр выхода из плоскости был выполнен на Metop-B в сентябре 2022 года. Это означает, что Metop-B следует той же стратегии дрейфа LTAN, что и Metop-A, но 6 лет спустя. Из-за дрейфа LTAN Metop-B покинул наземную траекторию опорной орбиты в октябре 2023 года, чтобы обеспечить разделение фаз с Metop-C. После запуска первого Metop-SG будет обновлена фаза работы Metops, так что можно будет выполнить тандемную миссию для перекрестной калибровки старых и новых инструментов. После тандемной миссии все Метопы будут расположены так, чтобы они находились на расстоянии половины или четверти орбиты друг от друга.
