Sentinel Blog - Oldal 52 a 52-ből

A műholdradar árnyoldala

Bár a műholdradaros földmegfigyelés igen hasznos dolog, egy sor fontos alkalmazással, létezik olyan terület, ahol nem feltétlenül örömmel gondolnak rá. Ráadásul a földtudományokkal kapcsolatos területről van szó, ahol ugyancsak a centiméteres hullámhosszú rádiótartományban szeretnének dolgozni – ha tudnak…

A nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) egy az 1960-as évek végén, eredetileg rádiócsillagászati célra kidolgozott megfigyelési technika. Azon alapul, hogy ugyanazt a rádiósugárzó égitestet több, egymástól távoli antennával figyelik meg ugyanabban az időben. Ezeknek az adatait kombinálják, így létrehozva egy olyan „virtuális rádióteleszkópot”, amelynek a felbontását nem az egyedi antennák átmérője, hanem a hálózat antennái között mért legnagyobb távolság (bázisvonal) hossza határozza meg. A csillagászokat maguknak az égitesteknek – például távoli aktív galaxismagoknak, kvazároknak – a nagyfelbontású feltérképezése érdekli. De hamar kiderült, hogy a VLBI technikát másra is lehet használni: a Föld forgásának, a forgástengely térbeli helyzetének, a tektonikus lemezek mozgásának mérésére. A földkéregre rögzített antennák pozíciójának pontos meghatározásához a külső vonatkoztatási rendszert maguk a kompakt, nagyon távoli, és így lényegében mozdulatlannak tekinthető kvazárok szolgáltatják. Nem ez az egyetlen pontos űrgeodéziai technika az emberiség kezében, de a többi – például a rádiós alapú műholdas helymehgatározás (GNSS, GPS) vagy a műholdakra végzett lézeres távmérés – mind híján van a külső referenciának, amit a VLBI számára a kvazárok égi „hálózata” biztosít. Így a rendszeres VLBI mérések elengedhetetlenek, hiszen közvetve ezek útján biztosítható hosszabb távon a többi technika pontosságának alapja – leegyszerűsítve, a GPS vevőink által adott koordináták rövid idő után „elmásznának”, ha nem folynának szolgálatszerű VLBI mérések a Föld mint bolygó térbeli helyzetéről és forgásáról.

vlbi-radar — Fantáziarajz a VLBI állomás fölött áthaladó, a vevőberendezést erős sugárzásával „leégető” radarműholdról. (Kép: IVS Newsletter No. 45)

Ezeket a méréseket a Nemzetközi VLBI Szolgálat (International VLBI Service for Geodesy and Astrometry, IVS) koordinálja. A szervezet 2016. augusztusi hírlevelében jelent meg egy cikk, amely a radaros műholdak okozta veszélyekre hívja fel a figyelmet, és intézkedéseket sürget. A problémát a használt rádiós (mikrohullámú) frekvenciák átfedése okozza. A VLBI méréseket korábban olyan szűk sávokban végezték, amelyek védelem alatt állnak. A frekvenciák használatát az ENSZ szakosított szervezete, a Nemzetközi Távközlési Unió (International Telecommunications Union, ITU) szabályozza. Talán mondani sem kell, mekkora érték egy-egy frekvenciasáv, a civilizációnak annyi minden vívmánya használ rádióhullámokat. A VLBI számára korábban elegendőnek bizonyultak a viszonylag keskeny, de a tudományos mérések számára érinetlenül hagyott sávok. Azonban az új generációs geodéziai VLBI mérések pontosságának további javítása érdekében nagyobb sávszélességre volt célszerű áttérni. Az újonnan épített rádióteleszkópok olyan vevőberendezéssel vannak (vagy lesznek rövidesen) felszerelve, amelyek a teljes 2–14 GHz között tartományban érzékenyek. Az égi rádióforrások távolságuk miatt meglehetősen halványak, a műholdak – és persze a földi adók – viszont nagy intenzitással sugároznak. Épp ez a baj, hiszen ha az égi rádióforrás adott esetben egy mondjuk C-sávú radarjeleket kibocsátó műhold (mint például a Sentinel-1, ahol a frekvencia 5,405 GHz), az tönkre is teheti a vevőberendezést, ha a rádióteleszkóp parabolaantennája a sugárzását fókuszálja – a megcélzott távoli kvazárokról érkező rádiósugárzás helyett.

Egy lehetséges megoldás a békés együttélésre az adminisztratív segítség az ITU-tól. Technikailag megoldható lenne, hogy a radaros műholdak működtetői előzetesen figyelmeztessék a VLBI állomások üzemeltetőit, ha a nagy teljesítménnyel sugárzó űreszközeik felettük haladnak el. Így megelőzhető lenne az érzékeny vevőket erő esetleges kár. Ehhez először is az ITU-nál vezetett adatbázisban regisztrálni kell az obszervatóriumok helyét. Ezt az információt azután a radaros műholdak pályájának tervezésekor, illetve a már Föld körüli pályán dolgozó műholdak esetében a figyelmeztetések kiadásakor figyelembe tudnák venni.

Kapcsolódó linkek:

Mekkora a műholdas távérzékelés gazdasági haszna?

Mindannyian érzékeljük, hogy a földmegfigyelés hasznos, és társadalmi szempontból bőven „megéri” megépíteni, pályára állítani és üzemeltetni a távérzékelő műholdakat. De nem könnyű a címben feltett kérdésre pontosan, számszerűen válaszolni. Mégis néha szükséges, ha a döntéshozókat vagy az adófizetőket meg kell győzni a műholdas programok létjogosultságáról.

2015 őszén a távérzékelési vállakozáskat tömörítő európai szervezet (European Association of Remote Sensing Companies, EARSC) egy tanulmányt tett közzé, amelyben megbecsülték a Copernicus programban a radaros távérzékelés gazdasági értékét, legalábbis az alkalmazásának egyetlen specilis területén, a Balti-tengeren folyó téli tengeri hajózásban. A szervezet a későbbiekben hasonló, de más alkalmazási területekre vonatkozó tanulmányokat is tervez készíteni az Európai Űrügynökség (ESA) megbízásából.

hajo-telen-earsc Mindjárt az elején a lényeg: a szakértők elemzése szerint a műholdradaros megfigyelések révén Finnországban és Svédországban évente 24 millió és 116 millió euró közötti gazdasági haszon keletkezik. A téli tengeri kereskedelmi hajózás számára a Balti-tenger fő útvonalainak és a kikötőknek a jégmentesen tartása elsőrendű fontosságú. A jégtörők munkáját hatékonyan segítik azok az előjelzések, amelyeket az apertúraszintézises műholdradaros (SAR) méréseken alapulnak. Ha minden jól működik, rövidülnek a menetidők és csökken a bizonytalanság, optimálisan lehet tervezni a kikötők üzemeltetését, az áruk és nyersanyagok érkezését és indulását. Érdekes – és a hajózás fontosságát jól megvilágító – adat, hogy Finnország export-import forgalma 90%-ban a tengeri áruszállításon alapul.

A tanulmányban közölt minimális és maximális összeg nagy eltérését a számítások alapjául vett feltételezések és a becslések bizonytalansága adja.

Kapcsolódó linkek:

Így indult a Sentinel-1B

Az európai Copernicus földmegfigyelési program radaros távérzékelő műholdsorozatának, a Sentinel-1-nek a második képviselője 2016. április 25-én indult el Föld körüli pályájára. Egy Szojuz hordozórakétával Dél-Amerikából, a Francia Guyanában fekvő Kourou űrközpontból emelkedett a magasba. A Sentinel-1B berendezései rendben működnek, a műszerek kalibrálása jelenleg folyik és várhatóan hamarosan befejeződik. Ezek után az apertúraszintézis elvén működő C-sávú radarral felszerelt két, poláris pályán keringő Sentinel-1 műhold, az A és B jelű kötelékben (azonos alakú pályán, de egymással szemben, 180°-os eltéréssel) repülve még rövidebb visszatérési idővel figyelheti a földfelszínt.

Nem sokkal a start után tette közzé az ESA azt a látványos felgyorsított filmet, amelyen a Sentinel-1B indítási előkészületei és maga a start követhető – mindössze 3 percbe sűrítve:

A videó bevezető képein, középtájt a figyelmes szemlélő felfedezheti a magyar zászólt is, amint az ESA többi tagállamának lobogóival együtt (felgyorsítva) lengeti a szél az űrközpont bejáratánál. Utána a műholdat – természetesen összehajtott napelemtáblákkal és radarantennával – felhelyezik a rakéta Fregat végfokozatára. Majd rájuk kerül a két félből álló védőborítás, amely majd csak a légköri emelkedés után válik le. Az egészet függőleges helyzetben szerelik rá az orosz gyártmányú Szojuz rakéta tetejére. Az indítás előtt a rakétáról eltávolítják a mozgatható szerelőállványt, aztán következhet a start!

Kapcsolódó linkek:

Mi a Sentinel?

Ha az angol–magyar szótárat fellapozzuk, azt találjuk, hogy a sentinel jelentése őrszem. Ezt választották az európai Copernicus program számára dedikált műholdak nevéül. Az űreszközöket az Európai Bizottság megbízásából az Európai Űrügynökség (ESA) gyártatja le és állítja pályára. A korszerű európai műholdas földmegfigyelési program egyik megalapozójának tekinthető, 2002-től 2012-ig működött Envisat megtervezésekor még más alapelveket követtek. Az Envisat volt ugyanis a valaha épült legnagyobb, legösszetettebb távérzékelő műhold, fedélzetén tíz különböző érzékelővel. Az új Sentinel sorozat hat műholdcsaládja jórészt az Envisat örökébe lép, de a „családtagok” egyszerre egyetlen, vagy csak néhány típusú megfigyelésre lesznek alkalmasak. Így elkészítésük, esetleges pótlásuk könnyebb, összességében a feladataikat rugalmasabban tudják végrehajtani. Számozásuk a feladatukra utal, a szám mögötti betű pedig ugyanannak a családnak az egymás után felbocsátott tagjait jelöli ábécérendben. Így például a Sentinel-1A az elsőként pályára állított tagja a Sentinel-1 sorozatnak. (Egyúttal ez volt a legelsőként felbocsátott Sentinel műhold.) A Sentinel-1 műholdak C-sávú apertúraszintézises műholdradar-berendezéssel vannak felszerelve, és bizonyos értelemben az Envisat ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) műszere folytatásának számítanak.

Lássuk dióhéjban, milyen feladatokra készül és milyen berendezéseket visz magával a Sentinelek hat különböző családja.

Sentinel-1:
Mint már említettük, ezek a műholdak radaros távérzékelést végeznek, így napszaktól és időjárástól függetlenül is képesek a felszín leképezésére. A Sentinel-1A 2014 áprilisában, a Sentinel-1B két évvel később, 2016 áprilisában állt pályára. Azonos alakú, alacsony, a pólusok fölött húzódó pályán, egymással „szemben” keringenek a Föld körül, így optimalizálják a visszatérési időt a földfelszín egy adott területére vonatkoztatva. Már megkezdődtek az előkészületek két újabb műhold gyártására (1C és 1D), ami lehetővé teszi, hogy legalább a 2030-as évek végéig folyamatos legyen a mérések sorozata.

Sentinel-2:
A műholdak a látható fény és a közeli infravörös hullámhosszak tartományában, összesen 13 sávban (színben) készítenek felvételeket, elsősorban a szárazföldi területek vizsgálatát megcélozva. A család első tagja, a Sentinel-2A 2015 júniusában indult. A második, a 2B jelű 2016 vége előtt startolhat. Poláris napszinkron pályáról 290 km széles felszíni sávokat térképeznek fel, 10 m-es felszíni felbontással. Ugyancsak megrendelték már a harmadik és negyedik (2C és 2D jelű) űreszközt.

Sentinel-3:
Ezek a műholdak változatosabb műszerezettséggel épültek. Fedélzetükön egy közepes felbontású, 21 hullámhosszon érzékeny optikai kamera, egy a felszínhőmérséklet mérésére alkalmas infravörös sugárzásmérő, egy mikrohullámú sugárzásmérő, és egy az apertúraszintézis elvén működő radaros magasságmérő (altiméter) repül. Az első példány, a Sentinel-3A is működik már, startja 2016 februárjában megtörtént. Fő feladata az óceánok hőmérsékletének, színének és vízszintjének a vizsgálata, de a szárazföldek fölött például a növényzet állapotának megfigyelésére és tüzek detektálására alkalmazzák.

Sentinel-4:
Az ultraibolya, látható és infravörös tartományban működő nagyfelbontású spektrométerek a harmadik generációs Meteosat (MTG) meteorológiai műholdakon repülnek majd. A Sentinelek előző három családjával ellentétben a Sentinel-4-ek nem alacsony, hanem 36 ezer km magas geostacionárius pályára kerülnek. Főleg a légkör összetételét, az aeroszolokat vizsgálják majd, adataikat a levegő minőségének monitorozásához és a klímaváltozás kutatásához használják. Az első ilyen műhold indítása a jelenlegi tervek szerint 2021 előtt nem várható.

Sentinel-5:
A Sentinel-5 képalkotó spektrométerei ugyancsak az EUMETSAT szervezet által üzemeltetett meteorológiai műholdakon, de alacsony poláris pályákon repülnek majd, méghozzá a második generációs MetOp holdakon, a légkör összetételének megfigyelésére. Amíg 2021 körülre el nem készül az első „igazi” Sentinel-5, addig áthidaló megoldásként, holland együttműködésben tervezik a Sentinel-5 Precusor (előfutár) felbocsátását, 2016 végén. (Így tehát ha valaki a Sentinel-5P jelöléssel találkozik, akkor kivételesen ne tekintse a P betűt sorszámra való utalásnak…) A Sentinel-5 az Envisat sikeres SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY) műszerének a régi műhold leállásával megszakadt mérési sorozatát folytatná.

Sentinel-6:
Sentinel-6 nagy pontosságú radaros altiméterével a tengerfelszín magasságának mérésére, a Jason műholdsorazat feladatainak folytatására készül. Méréseit oceanográfiai és éghajlati vizsgálatokhoz, illetve az időjárás-előrejelző modellek bemenő adataiként használják majd. Az első start 2020 előtt nem várható.

Kapcsolódó linkek:

Mi a Copernicus?

Ha azt kérdeznénk, ki Kopernikusz, talán többen tudnák azonnal rávágni a választ: Nikolausz Kopernikusz (vagy latinos írásmóddal: Nicolaus Copernicus) lengyel csillagász, aki a XVI. század elején felismerte, hogy a Föld és a többi bolygó a Nap körül kering, megalkotva a heliocentrikus világképet, s ezzel forradalmasítva a középkori tudományos gondolkodást.

Az Európai Unió (EU) döntés-előkészítő szerve, az Európai Bizottság, valamint az Európai Űrügynökség (ESA) közös nagyszabású földmegfigyelési programját még 1998-ban kezdeményezték, GMES (Global Monitoring for Environment and Security) néven. Később kapta a Copernicus nevet, ami 2012 vége óta számít hivatalosnak. Az elnevezésen nem érdemes sokat tanakodni, hiszen Kopernikuszé egy jól ismert tudományos „márkanév”. Azonban míg a lengyel csillagász maradandó érdeme volt a Napot állítani a „világ közepébe”, addig a Copernicus program középpontjába éppenséggel saját bolygónk, a Föld került.

A Copernicus program feladata globális, folyamatos, nagy mértékben automatizált, megbízható, pontos, gyors földmegfigyelési adatok biztosítása szolgálatszerűen, nem utolsósorban műholdas eszközök felhasználásával, a lehető legváltozatosabb formákban és adattípusokkal. A műholdas mérési adatokat pedig könnyen, szabadon elérhetővé tenni minden felhasználó számára. Ha valami valóban kopernikuszi fordulatnak számít a programmal kapcsolatban, akkor ez a korlátlan adathozzáférés az. Hihetetlen mennyiségű adatról lesz (és már van is) szó, aminek a tárolása, feldolgozása, értelmezése és szolgáltatása nem kis feladat.

A fő cél a társadalom és a gazdaság számos területén a műholdas távérzékelési adatok hasznot hozó – vagy ami ezzel egyenértékű, károkat megelőző – alkalmazása. Ilyen területek például a környezetgazdálkodás, a fenntartható fejlődés, a klímaváltozás hatásainak felmérése, a mezőgazdaság, a katasztrófák megelőzése és következményeinek enyhítése, az egészségügy, a közlekedés, a tudományos kutatás, és még sorolhatnánk. A világ legösszetettebb földmegfigyelési programjára Európa 2020-ig a becslések szerint összesen 6,7 milliárd eurót költ az adófizetők pénzéből. A gazdasági haszon azonban, amit az adatok felhasználásától és az új alkalmazások által generált gazdasági fejlődéstől, munkahelyteremtéstől remélnek, a befektetett összeget hosszabb távon sokszorosan meghaladja majd. Az EU és az ESA hosszú távú elkötelezettsége a program mellett garanciát jelent a kiszámíthatóságra, a szolgáltatások kifejlesztésébe való befektetés megtérülésére.

A Copernicus program három fő pilléren alapul. Az egyikük az űrkomponens, amelynek részei maguk a Föld körül keringő, a méréseket végző mesterséges holdak, valamint azok földi követőállomás-hálózata. A második pillért a földi vagy légi adatgyűjtésre alkalmas mérőhálózatok jelentik. Végül a Copernicus fontos eleme az adatok alapján a felhasználóknak nyújtott szolgáltatások rendszere.

Következő bejegyzésünkben a Sentinel műholdak hat családjával ismerkedünk meg, amelyek a Copernicus űrkomponensének gerincét alkotják, és tagjaik kifejezetten a program keretében álltak (vagy állnak majd a későbbiekben) pályára. Mellettük természetesem más földmegfigyelő műholdas programok során gyűjtött adatokat is felhasznál a Copernicus.

Kapcsolódó linkek: