Strażnik-4

Strażnik-4

Producent	Airbus Defence and Space
Operator	Eumetsat
Aplikacje	Obserwacja Ziemi
Specyfikacje
Typ statku kosmicznego	Satelita
Autobus	Meteosat trzeciej generacji -S, autobus Luxor
Konstelacja	1
Uruchom masę	3600 kg (7937 funtów)
Wymiary	2,280 × 2,760 × 5,170 m (7,5 × 9,1 × 17,0 stóp)
Moc	2000 W
Zaprojektuj życie	8.5
Produkcja
Status	W budowie
← Strażnik-3 Prekursor Sentinel-5 →

Sentinel-4 to europejska misja obserwacji Ziemi opracowana w celu wsparcia programu Unii Europejskiej Copernicus w zakresie monitorowania Ziemi. Koncentruje się na monitorowaniu stężeń gazów śladowych i aerozoli w atmosferze w celu wspierania usług operacyjnych obejmujących aplikacje jakości powietrza w czasie zbliżonym do rzeczywistego, monitorowanie protokołów jakości powietrza i monitorowanie protokołów klimatycznych. Konkretnym celem Sentinel-4 jest wspieranie tego poprzez długi czas rewizyty w Europie.

Prekursor Sentinel-5, Sentinel-5 i Sentinel-4, reprezentują elementy uzupełniające konstelację mającą służyć potrzebom usługi monitorowania atmosfery programu Copernicus (CAMS). Sentinel-4 będzie wykorzystywał 2 instrumenty ładunkowe zintegrowane na pokładzie Meteosatu Satelita trzeciej generacji Sounder (MTG-S) do obserwacji przede wszystkim troposferycznego składu ziemskiej atmosfery. Dane będą gromadzone i udostępniane programowi Copernicus w celu wniesienia wkładu do aplikacji dotyczących jakości powietrza, takich jak Copernicus Atmosphere Services, a także do monitorowania jakości powietrza w regionach Europy i Afryki Północnej. Podobnie jak w przypadku innych aspektów programu Copernicus, inicjatywa Sentinel-4 jest finansowana głównie ze środków UE, a za projekt techniczny i rozwój odpowiada Europejska Agencja Kosmiczna (ESA).

Celem misji, jak podano na oficjalnej stronie internetowej Europejskiej Agencji Kosmicznej, jest obserwacja ilości pyłu zawieszonego w powietrzu nad Europą i Afryką Północną. Starają się monitorować wpływ związków, takich jak O ₃ (Ozon), NO ₂ (Dwutlenek azotu), SO ₂ (Dwutlenek siarki), HCHO (Formaldehyd) i inne. Informacje zebrane z satelity zostaną następnie wykorzystane do wprowadzenia europejskich przepisów z korzyścią dla nich.

Do wykrywania i pomiaru właściwości atmosferycznych zaprojektowano dwa instrumenty użyteczne; spektrometr multispektralny w ultrafiolecie i bliskiej podczerwieni (S4 UVN) oraz sonda na podczerwień (S4 IRS). Oba instrumenty zostaną umieszczone na dwóch satelitach Eumetsat Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S), które mają zostać wyniesione na orbitę w 2024 i 2034 roku.

Platforma satelitarna

Meteosat trzeciej generacji (MTG)

Jak sama nazwa wskazuje, Meteosat Third Generation jest trzecią generacją satelitów meteorologicznych i jest rozwijany przez Thales Alenia Space (TAS) pod nadzorem Eumetsat i ESA . Jest to „następna generacja” do numerycznego przewidywania pogody i prognozowania na teraz. Bezprecedensowa technologia wysokiej rozdzielczości i profilowania zapewni znaczną poprawę niezawodności prognoz pogody w perspektywie średnio- i długoterminowej. Eumetsat będzie kierował operacjami programu, a także zapewni dostarczanie danych i usług meteorologicznych użytkownikom europejskim i międzynarodowym oraz udoskonalone możliwości obrazowania dla społeczności naukowej.

„ Celem systemu MTG jest dostarczanie ciągłych danych obserwacyjnych o wysokiej rozdzielczości oraz parametrów geofizycznych systemu Ziemi pochodzących z bezpośrednich pomiarów promieniowania, które emituje i odbija za pomocą czujników satelitarnych z orbity geostacjonarnej. Dzięki postępowi technologicznemu MTG, w porównaniu z obecnym systemem MSG, zapewni również potężniejsze narzędzie, wnosząc znaczące ulepszenia do istniejącej usługi dzięki ulepszonym misjom obrazowym oraz wprowadzając nowe misje sondujące i błyskawiczne z orbity geostacjonarnej” – cytat z publikacji MTG opracowanej i opublikowanej przez OHB System AG .

Satelita Meteosat Trzeciej Generacji (MTG-S).

Satelity MTG-S stanowią 2 z 6 satelitów floty satelitów MTG. Satelity MTG-S są montowane na wspólnych stabilizowanych platformach 3-osiowych i są przeznaczone do zastosowań sondujących, w tym do integracji ładunków instrumentów S4 UVN i IRS. Obecnie planowane jest wystrzelenie MTG-S1 w 2024 r., a MTG-S2 w 2034 r.

Instrumenty ładunku

Spektrometr wielospektralny S4 UVN

Spektrometr multispektralny UVN jest spektrometrem hiperspektralnym pracującym z pasmami widmowymi w widmie odbicia światła słonecznego. Dla części UVVIS zakres wynosi od 305 nm do 500 nm z rozdzielczością 0,5 nm, a dla części NIR zakres wynosi od 750 nm do 775 nm z rozdzielczością 0,12 nm. Pasma te działają w połączeniu z niską czułością polaryzacyjną i wysoką dokładnością radiometryczną. Konstrukcja instrumentu pozwala na ponowne skanowanie ze wschodu na zachód w czasie około 1 godziny, obejmując większość Europy i Afryki Północnej. Przy około 570 próbkach przestrzennych w wymiarze przestrzennym wschód-zachód możliwa jest odpowiednia szybkość skanowania (częstotliwość próbkowania przestrzennego) wynosząca około 8 km co 6 sekund (około 1,3 km/s).

O wschodzie słońca instrument skanuje tylko oświetloną część Ziemi, co pozwala na całkowity czas skanowania krótszy niż 1 godzinę. To samo dotyczy zachodu wieczorem. W okresie jesienno-zimowym obszar krycia jest dwukrotnie przesuwany o 5 stopni, co optymalizuje obszary oświetlane, aw okresie zimowo-wiosennym jest odwrotny. Instrument zostanie umieszczony na satelicie MTG, który znajdzie się na geostacjonarnej orbicie okołoziemskiej (GEO) o długości geograficznej około 0 stopni na wysokości około 36 000 km nad równikiem. Rozmieszczenie na satelicie jest zoptymalizowane i pozwoli na uzyskanie jasnego i niezakłóconego przez przeszkody pola widzenia promieniowania Ziemi, Słońca i termicznych pól widzenia. Zgodnie z projektem, za pośrednictwem innych elementów satelity, innych światło rozproszone ze Słońca lub Ziemi jest ograniczone do minimum. Zminimalizowanie światła rozproszonego jest bardzo ważne ze względu na klasę tego instrumentu, co wiąże się z wymaganiami poziomu dokładności produktu danych 1B i 2, gdzie czułość na światło rozproszone jest bardzo wysoka. Satelita MTG-S wykonuje manewry odchylania w czasie równonocy w celu optymalizacji środowiska termicznego instrumentu. Dzięki dostępności dwóch urządzeń ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) na pokładzie instrumentu, elementy widmowe UV i NIR mogą być rejestrowane oddzielnie. Każdy CCD obserwuje zarówno wymiar widmowy, jak i wymiar przestrzenny północ-południe. Czułość instrumentu na polaryzację Ziemi musi być mniejsza niż 1% w odniesieniu do warunków orbitalnych GEO.

Przyrząd jest również wyposażony w 2 dyfuzory słoneczne, które minimalizują anomalie widmowe i przestrzenne, które w przeciwnym razie zakłócałyby wykrywanie i pobieranie atmosferycznych gazów śladowych. Przyrząd jest również wyposażony w źródło światła białego (WLS) o mocy 5 W jako część zespołu kalibracyjnego.

W zakresie UVVIS między 315 nm a 500 nm maksymalny względny radiometryczny błąd dokładności widmowej w oknie widmowym o szerokości 3 nm musi być mniejszy niż 0,05%. Bezwzględna dokładność radiometryczna podczas lotu promieniowania widmowego Ziemi i promieniowania słonecznego musi być lepsza niż 3%, przy docelowym poziomie 2%. Wszystkie wartości mają zastosowanie na wynoszącym jeden sigma . Wraz ze starzeniem się instrumentu w środowisku kosmicznym mogą pojawić się pewne wykrywalne ograniczenia dokładności pod koniec obecnie oczekiwanego czasu życia misji Sentinel-4 wynoszącego 10 lat.

UVN S4 jest także pierwszym kosmicznym spektrometrem wykorzystującym dielektryczną siatkę odbiciową. Ten typ siatki został początkowo opracowany do manipulowania impulsami laserowymi, ale Instytut Optyki Stosowanej i Inżynierii Precyzyjnej im. Fraunhofera w Jenie w Niemczech był w stanie przekonwertować tę koncepcję na spektrometr Sentinel-4.

Sygnalizator na podczerwień (IRS)

Instrumentem jest spektrometr z transformacją Fouriera . Jego zadaniem będzie wykrywanie struktury gazowej atmosfery ziemskiej i przekazywanie danych na ziemię w celu wykorzystania ich do dokładniejszego i bardziej wiarygodnego prognozowania pogody. OHB System AG odpowiada za projekt, rozwój, zakup, AIT i dostawę dwóch modeli lotu (FM) instrumentu IRS. Ładunek instrumentu zostanie umieszczony na dwóch satelitach MTG-S, podobnie jak instrument S4-UVN.

IRS jest zasadniczo spektrometrem hiperspektralnym zaprojektowanym do pokrycia całej Ziemi z misją dostarczania danych sondujących w dwóch pasmach: Long Wave Infra Red (LWIR) 700 cm-1 – 1210 cm-1 i Mid Wave Infra Red (MWIR) 1600 – 2175 cm-1 przy próbkowaniu widmowym 0,625 cm-1. Profile cyrkulacji i dystrybucji ziemskiej atmosferycznej pary wodnej i temperatur zostaną pozyskane i przeanalizowane warstwa po warstwie. Umożliwi to dalszy wgląd w złożony skład ziemskiej atmosfery oraz jej dynamikę. Próbkowanie spektralne będzie mierzyć składowe prędkości w ramach próbkowania danych w celu określenia tych profili na różnych wysokościach nad powierzchnią Ziemi oraz z dużą szybkością próbkowania przestrzennego i rozdzielczością czasową.

Instrument IRS będzie w stanie przeskanować pełny okrąg Ziemi w ciągu 1 godziny z próbkowaniem przestrzennym o wymiarach 4 km x 4 km z geostacjonarnej orbity Ziemi (GEO) satelity Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S). Wysoką częstotliwość próbkowania uzyskano dzięki zastosowaniu teleskopu o wysokiej rozdzielczości i zespołu zwierciadeł skanujących, pracujących w zakresie widmowym IR. Dalsze cechy konstrukcyjne instrumentu obejmują możliwość autonomicznego wykonywania scenariuszy obserwacyjnych na pokładzie z wcześniej przesłanymi informacjami o scenariuszu oraz autonomiczną kalibrację, w tym widoki ciała doskonale czarnego i głębokiego kosmosu. Planowanie scenariuszy obserwacyjnych umożliwi również ciągłą pracę, w tym możliwość unikania słońca.

Masa IRS wynosi 460 kg, nominalnie zużyje 736,0 W, a jego zespół detekcyjny jest chłodzony kriogenicznie z temperaturą detektora 56 K.

Bibliografia

• Sondy na podczerwień (IRS) Meteosat trzeciej generacji – satelity pogodowe nowej generacji , Publikacja OHB, OHB System AG