Euroopa kaugseiresatelliit

Elusuuruses ERS-2 mudel

Euroopa kaugseiresatelliit (ingl k European Remote-Sensing Satellite) on Euroopa kosmoseagentuuri polaarorbiiti kasutavate kaugseire satelliitide programm.

ERS-1 lennutati orbiidile Ariane-4 raketiga 1991. aasta juulis. Sellele järgnes teine satelliit (ERS-2) 1995. aastal. Sel ajal olid mõlemad ERS-satelliidid kõige kõrgetasemelisemad Maa kaugseireinstrumendid, mis Euroopas on välja töötatud ja kosmosesse saadetud. ERS-1 missioon lõppes 1999. aastal, kattudes osaliselt 1995. aastal tööd alustanud uuema ERS-2 tööperioodiga. Need edukad Euroopa Kosmoseagentuuri satelliidid on kogunud tohutu hulga väärtuslikke andmeid Maa pinna, ookeanide ja polaaralade kohta. Nende andmete põhjal on suudetud jälgida ja uurida looduskatastroofe nagu üleujutused ja maavärinad ka kõige vähemasustatud maakera punktides. ERS-satelliidid on globaalsel tasemel avardanud arusaamu ookeanide ja atmosfääri vastastikmõjudest, hoovustest ning muutustest Arktika ja Antarktika jääkilbis, andes klimatoloogidele hulgaliselt väärtuslikku informatsiooni. Nende satelliitide abil on samuti olnud võimalik jälgida põllundusalasid, metsi, rannajooni ja merereostust. Maakasutuse muutuste, näiteks vihmametsade hävitamise jälgimine on aidanud valitsustel silma peal hoida paljudel lokaalsetel ja globaalsetel keskkonnaprobleemidel.^[1]

Andmete kasutamine

Tänapäeval kasutab Euroopa kaugseiresatelliitide andmeid mitusada uurimisrühma üle maailma, kaasates töösse üle 2000 teadlase. Paljud uurimused, kus on kasutatud ERSi andmeid, on loonud rahvusvahelise initsiatiivi keskkonnapobleemidega tegelemiseks. Kõige märkimisväärsem on ehk Valitsustevaheline Kliimamuutuste Nõukogu (IPCC), mille tegevus on viinud Montreali protokollini, mis ülemaailmselt vähendab aerosoolide tootmist.^[2]

Instrumendid

ERS-satelliidid kannavad instrumente, mida kasutatakse mitmel otstarbel. ERS-2 tiirleb ümber Maa 800 km kõrgusel ja teeb ühe tiiru 100 minutiga, ületades selle käigus mõlemat poolust. Selline eriline orbiit – polaarorbiit – tähendab, et kui maakera järk-järgult satelliidi all pöördub, siis igal tiirul, mis satelliit teeb, on selle all võimalikult erinev maapind. Nii on võimalik katta kogu maakera vaid kolme päevaga. Mõlema ERS-satelliidi põhiline kasulik last oli kaks eriotstarbelist radarit. Satelliidid olid projekteeritud kui identsed kaksikud, ainult ühe olulise erinevusega – ERS-2 pardal oli üks lisainstrument, mis jälgis osoonitaset atmosfääris.

• Aktiivne mikrolaineinstrument

Suurim ERS-süsteem, mis hõlmab nii tehisavaradari kui ka tuule hajumise mõõturi funktsiooni. Sellel instrumendil on kolm tööolekut: kujutiste ja lainete mõõtur (teostab tehisavaradar) ning tuulemõõtur. Kujutiste mõõtmise olekus tekitab tehisavaradar detailseid pilte 100 km laiusest maa-alast öösel ja päeval ilmastikuoludest sõltumatult. Tuule ja lainete mõõtmise režiimis mõõdab instrument pidevalt ookeanipinna kohal olevaid tuulekiirusi ja -suundi ning annab informatsiooni ookeani lainetuse mustrite suuna ja kuju kohta.

• Radar-kõrgusmõõtur

Mõõdab satelliidi kõrgust merepinnast mõne sentimeetri täpsusega, aitab teada saada satelliidi täpset asukohta orbiidil. Lisaks annab see informatsiooni ookeanide lainete kõrguse ja tuule kiiruse kohta.

• Radiomeeter

Koosneb kahest instrumendist: infrapuna-radiomeeter ja passiivne mikrolainesensor. Infrapunasensor mõõdab pinnalähedast temperatuuri 0,5-kraadise täpsusega. ERS-2 puhul on seda süsteemi edasi arendatud ja sellega saab teha mõõtmisi ka elektromagnetlainete nähtavas piirkonnas, mis omakorda võimaldab uurida maastiku taimkatet. Mikrolainesensor on passiivne instrument, mis mõõdab veesisaldust atmosfääris.

• Globaalne osoonijälgimisinstrument

Üha suurenev huvi atmosfääri osoonitaseme suhtes tingis selle instrumendi lisamise ERS-2 külge. Ultravioletses ja nähtavas diapasoonis mõõtev spektromeeter annab informatsiooni osooni ja aerosooli tasemete kohta.^[2]

ERS-1 ja ERS-2 tandemoperatsioonid

1990. aastal võeti vastu otsus ehitada ERS-2, selle peamine eesmärk oli toona ERS-1 töö jätkamine – andmekogumise pidevus. Kui 1993. aasta lõpus sai selgeks, et ERS-1 seisab tehniliselt töökorras oluliselt kauem kui 30 kuud, mis oli algne ERS-1 nominaaltööaeg, siis pandi üha enam ette, et ERS-1 ja ERS-2 teeksid mõne kuu või koguni terve aasta vältel mõõtmisi samaaegselt. Mitmete uurimuste tulemusena leiti, et ERS-1 plaanitust kauem töökorras hoidmine võiks olla potentsiaalselt piisavalt kasulik. Iseäranis pakkus teadlastele huvi saada mõlema satelliidi üheaegseid tehisavaradari andmeid interferomeetria rakenduste jaoks. 23. märtsil 1995 teatas Euroopa kosmoseagentuur ERS-1/ERS-2 üheksakuuse nominaalajaga tandemoperatsiooni käivitamisest sama aasta sügisel, mis pidi ERS-1 elus hoidma 1997. aasta aprillini.

ERS-1 ja ERS-2 lendasid samal orbitaaltasandil 98,5-kraadise nurga all Maa ekvatoriaaltasandiga, andes satelliitidele nähtavuse kogu maakera üle, kuna Maa pöörleb satelliitide all. Satelliidid katavad kogu Maa pinna teatud perioodi jooksul, mis sõltub orbiidi kõrgusest. ERS-1 ja ERS-2 lendasid samal orbiidil keskmise kõrgusega 785 km, mis andis selleks perioodiks 35 päeva. Kuna tandemoperatsiooni eesmärgiks on saada satelliitidelt andmeid identsetest asukohtadest, kuid kahe satelliidi samaaegne samas asukohas viibimine pole võimalik, olid satelliidid seadistatud nii, et ERS-2 trajektoori projektsioon maapinnal oleks täpselt sama, mis oli ERS-1 puhul 24 tundi varem.

Tandemoperatsiooni kasulikkus seisnes selles, et ühe satelliidi puhul saadi infot iga maapinna punkti kohta iga 35 päeva järel. See infohulk kahekordistus, andes täpsemaid tulemusi. Ajaintervall andmete saamise vahel vähenes, lubades koostada väiksema sammuga ehk täpsemaid aegridu. Lisaks, kui ühe satelliidi nadiirisuunaline instrument mõõdab samu parameetreid samades punktides, mida teise satelliidi külgsuunaline instrument, siis on võimalik arvutada tulemusi kahel viisil, saades usaldusväärsemaid tulemusi.^[3]

Tehisavaradari interferomeetria

Interferomeetriline tehisavaradar, mis varem on olnud lennukitega teostatav tehnoloogia, näitas oma tõelist potentsiaali ERS-1 pardal. See tehnika eeldab mitut satelliidi ülelendu ühelt maa-alalt, et saada sobilik piltide paar. Ühe pildi iga piksli faasiväärtusest lahutatakse teise pildi sama piksli faasiväärtus ja saadakse faasierinevuse pilt ehk interferogramm. Teades orbiidi parameetreid, saab interferogrammi abil tuletada vertikaalliikumiste mudeli. Siiski on teatud kitsendavad asjaolud, mis takistavad interferomeetriat rakendamast ainult ühe tehisavaradari abil.

• Ajaline koherentsus kahe pildi vahel peab olema suur. Enamasti ei ole 35-päevane periood kahe pildi saamise vahel piisavalt väike. Uuringud on näidanud, et mõnes piirkonnas muutub maapinna kujutis 5 päevaga 10%, seega peaks paremate tulemuste saamiseks saama pildipaari oluliselt väiksema ajalise erinevusega.

• Ruumiline koherentsus peab samuti olema suur, satelliitide orbiitide omavaheline kaugus peaks olema 50–150 m. Orbiitide vahekaugust on samuti oluliselt lihtsam kontrollida kahe satelliidi puhul, kuna mõlema satelliidi orbiiti mõjutavad sarnased jõud, samas kui orbiidierinevust ühe satelliidi järjestikustel möödumistel ühest maapinna punktist on väga keeruline ennustada.

Mõlemad kitsendused saavad likvideeritud kahte satelliiti kasutava tandemoperatsiooni korral.^[3]

ERS-missioonide lõpp

2000. aasta märtsis viis arvuti- ja güroskoobirike ERS-1 missiooni lõppemiseni. Sellele vaatamata pidas ERS-1 orbiidil vastu üle kolme korra kauem, kui algselt plaanitud 30 kuud. Ka ERS-2 tegutses oluliselt kauem, kui algselt plaanitud 3 aastat, ületades pardal tekkinud kriitilisi probleeme. 2001. aastal, pärast mitut güroskoobisüsteemide riket, suudeti välja töötada innovaatiline viis ERS-2 missiooni juhtimiseks ilma güroskoopideta. 2003. aastal ütles üles pardal olnud andmesalvestussüsteem, mis viis selleni, et missiooni andmeid hakati saama ainult reaalajas. Selliste jooksvate muudatustega lasti ERS-2 missioonil kesta 2011. aasta 5. septembrini, kui kell 13:16:38 missioon lõpetati tahtlikult, lülitades ERS-2 akud välja ja jättes ta orbiidile, kust satelliit aegamööda siseneb Maa atmosfääri ning laguneb atmosfääris täielikult 25 aasta jooksul, nagu rahvusvaheline standard ette näeb. ERS-2 missioon ei olnud enam vajalik, kuna aja jooksul on sarnastel eesmärkidel orbiidile lennutatud paremaid ja täiuslikumaid satelliite, näiteks Envisat ja TerraSAR-X.^[4]

Viited

1. ERS Overview, Euroopa Kosmoseagentuur, vaadatud 02.12.2013
2. ERS-1 and ERS-2, Euroopa Kosmoseagentuur, vaadatud 02.12.2013
3. G. Duchossois & P. Martin ERS-1 and ERS-2 Tandem Operations, Euroopa Kosmoseagentuur, vaadatud 02.12.2013
4. ERS-2 mission, Euroopa Kosmoseagentuur, vaadatud 02.12.2013