Метеоспутники России и СССР

Метеорологический спутник — один из видов искусственных спутников, выполняющий наблюдения за различными элементами земной погоды — температурой, облачностью, осадками, озоновым слоем, снежным покровом и многим другим. Метеорологический спутник оснащен специальными приборами — спектрометрами, улавливающими различные излучения, например, инфракрасное и видимое. А еще такие спутники производят фотосъемку поверхности облачного покрова на нашей планете. Все это позволяет оценивать погодные условия на Земле в комплексе, а далее уже использовать полученные результаты в прогнозировании погоды и климата на планете. В систему спутникового мониторинга входят помимо самих спутников погоды станции, принимающие и обрабатывающие поступающие сведения. Метеоспутники вместе со станциями приёма и обработки данных образуют метеорологическую космическую систему.

На конец 2008 года самостоятельной группировки метеоспутников у России не было, по ряду причин. Однако, система космического наблюдения - это международная система наблюдений, которая включает в себя метеорологические спутники, и здесь у России есть определенные обязательства. В настоящее время Роскосмосом заявлено, в России намерены полностью отказаться от информации, поступающей с западных метеоспутников.

Метоспутники СССР

В начале 60-х годов в СССР проводились лётно-конструкторские испытания для отработки и проверки служебных и целевых систем метеоспутников. Работы проводились во ВНИИ Электромеханики. Так на аппаратах «Омега» отрабатывались системы ориентации, стабилизации и энергоснабжения.

Первый советский метеорологический спутник был запущен 25 июня 1966 года. То был «Космос-122» из будущей серии «Метеор». Впервые была произведена телевизионная съемка облачного покрова Земли. Проработал спутник четыре месяца. У «Космоса-122» полярная орбита. Полярные орбитальные спутники находятся на высотах от 850 до 1200 км и полностью охватывают полярную и приполярную области Земли. Конструктивно такой аппарат представляет собой контейнер, оснащенный двумя или тремя панелями солнечных батарей. Контейнер разделен на герметичные отсеки. В верхнем — энергокомплекс, позволяющий его системам наблюдения подпитываться от Солнца. В нижнем находится оборудование для научных наблюдений (радиометры, спектрометры и т.д.).

C запуска в 1967 году спутников «Космос-144» и «Космос-156» начала функционировать первая советская метеорологическая спутниковая система «Метеор», используемая много лет в странах СЭВ. Во ВНИИЭМ продолжались работы по модернизации и созданию новых метеоспутников. С 1974 года создавались КА серии «Метеор-Природа» (модернизация «Метеора»). Одновременно разрабатывался новый космический аппарат (КА) серии «Метеор-2» на оригинальной спутниковой платформе СП-I. Серийное производство было передано в истринский филиал ВНИИЭМ. В 1982 году Государственная метеорологическая космическая система (ГМКС) «Метеор-2» была принята в эксплуатацию. На базе спутниковой платформы СП-I были созданы космические системы и комплексы различного назначения:

  • ГМКС «Метеор-2» (22 КА, 1975—1995 гг.)
  • Космические комплексы для исследования природных ресурсов Земли и оперативного экологического мониторинга «Ресурс-О1» (6 КА, 1980—2000 гг.)
  • Космический комплекс «Интеркосмос-Болгария-1300» для геофизических исследований ионосферы, магнитосферы Земли и околоземного космоса (1981—1983 гг.)
  • Экспериментальный космический комплекс «Астрофизика» для обнаружения и точного определения координат при земных ядерных взрывах (1978—1979 гг.)

Во второй половине 80-х годов была создана спутниковая платформа второго поколения СП-II («Ресурс-УКП»). На её базе были созданы 4 типа КА:

  • Метеорологический и геогелиофизический КА «Метеор-3» (7 КА, 1985—1997 гг.)
  • Многоцелевой КА «Ресурс-О1» № 4 (1998 г.)
  • Многоцелевой КА «Метеор-3М» (2001 г.)

Спутники России 90-х

В 1994 году был запущен первый в России геостационарный гидрометеорологический КА «Электро»

В 1995 году в России используются два эшелона метеорологических спутников: стационарные и низкоорбитальные. К первой группе относится один аппарат “Электро”. В группу низкоорбитальных метеоспутников на тот момент входили “Метеор-2” и “Метеор-3”. Также для получения данных о метеообстановке использовался спутник “Ресурс-01”, хотя он и не дает такой детальной информации, как “Метеоры”.

По состоянию на конец сентября 1995 в российскую низкоорбитальную спутниковую метеосистему входили пять аппаратов: два “Метеора-2” (№24 и №25), два “Метеора-3” (№5 и №7) и один “Ресурс-01” (№3).

Метеор-2” №25 и №26 давали 30% метеоинформации. “Метеор-2” №25 уже превысил свой гарантийный ресурс. Остальные 60% метеоинформации приходились на “Метеоры-3” №5, №7 и “Ресурс-01” №3

Современная российская группировка

Восстановление отечественной группировки началось в 2009 году с запуска КА "Метеор-М" №1 на солнечно-синхронную орбиту, который с 1 октября 2014 года выведен из оперативного использования, отработав гарантийный срок активного существования (5 лет).

Существует два основных класса метеорологических спутников: геостационарные и полярно-орбитальные. Геостационарные летают на высоте 36 тысяч километров над линией экватора со скоростью, равной скорости вращения Земли. Поэтому такие спутники все время находятся над одной точкой земного экватора. Они постоянно наблюдают лишь около 42% территории земной поверхности. Чтобы охват был более полным, спутников должно быть не меньше 5–6, однако и в этом случае область полюсов остается не просматриваемой.

К таким спутникам относятся российские метеорологические спутники серии «Электро-Л». Первый такой спутник был запущен 20 января 2011 года, связь с ним была потеряна 5 октября 2016 года. По состоянию на 2020-й год в эксплуатации находились 2 КА серии "Электро-Л" - № 2 (с ограничениями) и № 3 (без ограничений). Для развертывания штатной группировки в составе 3 КА в орбитальных позициях 14 з.д., 76 в. д. 165 в. д.

А недавно, 5 февраля 2023 года, был осуществлен запуск четвертого спутника. Также летом 2023 года планируется запуск пятого спутника серии «Электро-Л».

 

Снимок, сделанный спутником «Электро-Л»

КА "Арктика-М" предназначен для работ на высокоэллиптической орбите типа "Молния". Первый спутник высокоэллиптической гидрометеорологической космической системы «Арктика-М» был выведен на целевую орбиту в феврале 2021 года и выполняет задачи в полном объеме. Два космических аппарата «Арктика-М» будут попеременно сменять друг друга на рабочих участках орбит и обеспечат непрерывный круглосуточный обзор северной территории России и арктического региона, получение гелиогеофизической информации, ретрансляцию информации с наземных платформ сбора метеорологических данных и передачу службам спасения сигналов о местоположении терпящих бедствие судов и самолетов в интересах международной поисково-спасательной системы КОСПАС-SARSAT.

Для решения целевых задач спутники «Арктика-М» укомплектованы многозональным сканирующим устройством гидрометеорологического обеспечения МСУ-ГС и гелиогеофизическим аппаратурным комплексом ГГАК-ВЭ, а также бортовым ретрансляционным комплексом разработки холдинга «Российские космические системы» (входит в Роскосмос). Прием и обработка спутниковых данных с космических аппаратов осуществляется организациями Росгидромета – Европейским, Сибирским и Дальневосточным центрами Научно-исследовательского центра космической гидрометеорологии «Планета» и Институтом прикладной геофизики имени Е. К. Федорова, а также средствами единой территориально-распределенной информационной системы на объектах Роскосмоса.


Космический аппарат «Арктика-М» № 2, разработанный в Научно-производственном объединении имени С. А. Лавочкина (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), был запущен с космодрома Байконур 16 декабря 2023 года ракетой-носителем «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат».

15 января 2023 г. гидрометеорологическим космическим аппаратом  в ходе летных испытаний были получены и переданы на Землю первые снимки арктического региона и прилегающих территорий.

Спутник находится на рабочей высокоэллиптической орбите типа «Молния» с наклонением к экватору 63,3 градуса, высотой апогея приблизительно 38900 км и перигея приблизительно 1400 км. Все его служебные системы функционируют штатно.

28 ноября 2017 года запуск КА Метеор-М №2-1 прошел неудачно, спутник на целевую орбиту не вышел. Вывод на орбиту КА Метеор-М №2-2 произведен 5 июля 2019 года. 

Автоматические космические аппараты «Метеор-М» № 2, № 2-1, № 2-2, № 2-3.

Полярно-орбитальные спутники серии «Метеор-М» предназначены для обеспечения оперативной гидрометеорологической информацией подразделений Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, а также других ведомств для решения следующих основных задач:

  • анализа и прогноза погоды в региональном и глобальном масштабах;
  • анализа и прогноза состояния акватории морей и океанов, включая контроль ледовой обстановки;
  • анализа и прогноза условий для полета авиации;
  • анализа и прогноза гелиогеофизической обстановки в околоземном космическом пространстве (ОКП), состояния ионосферы и магнитного поля Земли;
  • мониторинга климата и глобальных изменений;
  • контроля чрезвычайных ситуаций;
  • экологического мониторинга окружающей среды и др.

"Метеор-М" — вторая серия космических аппаратов гидрометеорологического обеспечения. Входят в состав космического комплекса (КК) гидрометеорологического и океанографического обеспечения «Метеор-3М» и, начиная со спутника «Метеор-М» № 2-2, используется в спутниковой поисково-спасательной системе «Коспас-Сарсат».

Назначение спутников - обеспечение подразделений Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, а также других ведомств оперативной гидрометеорологической информацией:

  • Глобальных и локальных изображений облачности, поверхности Земли, ледового и снежного покровов в видимом, ИК и микроволновом диапазонах;
  • Данных для определения температуры морской поверхности и радиационной температуры подстилающей поверхности;
  • Радиолокационных изображений земной поверхности;
  • Данных о распределении озона в атмосфере и его общего содержания;
  • Информации о гелиогеофизической обстановке в околоземном космическом пространстве;
  • Данных для определения общего содержания малых газовых компонентов атмосферы;
  • Данных о спектральной плотности энергетических яркостей уходящего излучения для определения вертикального профиля температуры и влажности в атмосфере, а также для оценки составляющих радиационного баланса системы «Земля-атмосфера».

Аппаратура спутников разработана холдингом «Российские космические системы». Приём и обработку спутниковой информации обеспечивают Научный центр оперативного мониторинга Земли АО «Российские космические системы» и Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии «Планета».

На борту космических спутников размещена следующая аппаратура:

  • многозональное сканирующее устройство малого разрешения (МСУ-МР) обеспечивает формирование мультиспектрального изображения в 6 каналах от видимого до длинноволнового инфракрасного излучения всей поверхности Земли каждые 24 часа (12 часов в ИК-диапазоне 0,5-12,5 мкм); съёмка выполняется с пространственным разрешением 1000 м и полосой захвата до 2900 км; данные используются при формировании глобальных статических карт облачности, детектировании пожаров, определении температуры суши, воды и льда.
  • радиометрический сканер МВТЗА-ГЯ, работающий по 26 каналам в диапазоне 10,6-183,3 ГГц, используется для температурно-влажностного зондирования атмосферы Земли в сверхвысокочастотном диапазоне с целью раннего прогнозирования тайфунов и ураганов, составления вертикальных профилей температуры и влажности атмосферы и почвы, в том числе паросодержание атмосферы, водозапас облаков, скорость приводного ветра;
  • комплекс многоканальной спутниковой съёмки среднего разрешения КМСС служит для получения изображений подстилающей поверхности в оптическом диапазоне в полосе 1000 км с пространственным разрешением 60 м;
  • инфракрасный фурье-спектрометр ИКФС-2, предназначенный для получения профилей температуры и влажности в тропосфере и нижней стратосфере, для определения концентрации климатически значимых малых газовых составляющих атмосферы, в том числе общего содержания озона в озоновом слое Земли, а также углекислого газа, метана, закиси азота, водяного пара, а также фреонов;
  • гелиогеофизический аппаратурный комплекс ГГАК-ВЭ/М позволяет вести контроль и прогнозирование радиационной обстановки, состояние магнитосферы, ионосферы и верхней атмосферы: плотность потока электронов в энергетических интервалах 0,03-15,0 МэВ, плотность потока протонов в энергетических интервалах 0,5-30,0 МэВ, ионный состав верхней атмосферы в диапазоне 1-20 а. е.м;
  • бортовой радиолокационный комплекс «Северянин-М» предназначен для обеспечения решения задач оперативной гидрометеорологии и океанографии, включая контроль опасных природных явлений и чрезвычайных ситуаций, мониторинг ледовой обстановки, изучения природных ресурсов Земли, обеспечения безопасности мореплавания;
  • бортовой радиокомплекс Система сбора и передачи данных (БРК-ССПД) собирает и передаёт гидрометеорологическую информацию с платформ сбора данных в диапазоне частот 401,9-402,0 МГц со скоростью 400 Бит/с.

Для передачи целевой информации с борта КА используются следующие радиолинии:

  • МВ диапазона (137,025-137,925 МГц) со скоростью 80 Кбит/с — для передачи на сеть наземных станций в режиме непосредственной передачи (НП) информации прибора МСУ-МР (многоканальное сканирующее устройство малого разрешения) в международном формате LRPT;
  • ДМ диапазона (1690-1710 МГц) со скоростью 665,4 Кбит/с — для передачи в режиме НП информации бортовых приборов и данных ПСД (платформ сбора данных).
  • СМ диапазона (8025-8400 МГц) со скоростью до 2х122,88 Мбит/с — для передачи в режиме НП и ВИ (воспроизведения информации) полного потока данных целевой аппаратуры КА в центры приема и обработки данных Росгидромета — Европейский (гг. Москва, Обнинск, Долгопрудный), Сибирский (г. Новосибирск) и Дальневосточный центры ФГБУ "НИЦ «Планета».

«Метеор-М» № 2-4

 Метеоспутник из серии космических аппаратов «Метеор-М № 2», изготовленный Корпорацией «ВНИИЭМ» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»), предназначен для решения задач гидрометеорологического обеспечения, мониторинга климата и окружающей среды, изучения природных ресурсов Земли, контроля гелиогеофизической обстановки в околоземном космическом пространстве, получения информации с автоматических измерительных платформ сбора данных и ретрансляции сигналов от аварийных радиобуев международной спутниковой поисково-спасательной системы Коспас-Сарсат. 29 февраля 2024 года космический аппарат, запущенный с космодрома «Восточный» ракетой-носителем «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат», выведен на заданную орбиту.

Спутник оснащён бортовым радиолокационным комплексом на базе активной фазированной антенной решётки и гелиогеофизическими приборами (измеритель коротковолновой отражённой радиации и радиочастотный масс-спектрометр), что позволит обеспечить всепогодный радиолокационный мониторинг Северного морского пути.

В состав бортовой целевой аппаратуры «Метеора-М» № 2-4 входят:

  • МСУ-МР — многозональное сканирующее устройство малого разрешения, для получения изображений облачности, земной поверхности, ледяного покрова, в видимом и инфракрасном участках спектра с разрешением до 1 км в полосе обзора 2900 км (6 каналов);
  • КМСС — комплекс многозональной спутниковой съёмки среднего разрешения, для получения многозональных изображений поверхности Земли и Мирового океана в видимом участке спектра с разрешением до 60 м, в полосе обзора 1000 км (3 канала);
  • МТВЗА-ГЯ — прибор зондирования температуры и влажности атмосферы в СВЧ-диапазоне спектра 10,6–183,31 ГГц, в 29 каналах в полосе обзора 1500 км;
  • ИКФС-2 — инфракрасный Фурье-спектрометр, для температурного и влажностного зондирования атмосферы, определения составляющих радиационного баланса и измерения концентрации озона и других малых газовых составляющих атмосферы в спектральном диапазоне 5–15 мкм, с разрешением до 35 км в полосе обзора 2500 км (3 канала);
  • ГГАК-М — гелиогеофизический комплекс;
  • БРЛК «Северянин-М» — бортовой радиолокационный комплекс, для получения всепогодного и независимого от естественной освещённости дистанционного зондирования Земли с целью мониторинга ледяного и снежного покрова и других объектов, а также суши и растительности с несущей частотой зондирующего сигнала 9,4–9,9 МГц, с разрешением 0,4–1,3 км в полосе обзора 600 км;
  • БРК ССПД — бортовой радиокомплекс для сбора и передачи гидрометеорологических данных от автоматических измерительных платформ сбора данных различных типов (наземных и ледовых), размещённых в любых (в т.ч. полярных) районах Земли, диапазон частот на прием 401,9–402,0 МГц, скорость передачи данных в канале 400 бит/с, одновременная обработка не менее 4 каналов с частотным разделением, общий объём запоминаемых данных за виток до 300 кбайт;
  • РК-СМ-МКА — бортовой радиокомплекс системы Коспас-Сарсат для решения задач обеспечения поиска и спасения терпящих бедствие морских, воздушных и сухопутных объектов. Прием сигналов аварийных радиобуёв (АРБ-406) в диапазоне частот 406,01–406,09 МГц и их ретрансляцию в спасательно-координационные центры на частоте 1544,5 МГц.