SATELITY

SATELITA METEOROLOGICZNY

Satelita meteorologiczny, sztuczny obiekt (satelita) wprowadzony przez człowieka na orbitę wokół Ziemi, służący do badania wyższych warstw atmosfery i podawania drogą radiową i telewizyjną danych o aktualnym stanie pogody panującej na kuli ziemskiej, zwłaszcza na terenach niezamieszkanych i trudno dostępnych. Oprócz podstawowych dla meteorologii i klimatologii informacji o zachmurzeniu (uzyskiwanych również w nocy dzięki obserwacjom w podczerwieni), satelity meteorologiczne umożliwiają pomiary pionowych i poziomych profili temperatury i wilgotności atmosfery, obrazowanie stref opadowych i burzowych, przewidywanie tworzenia się cyklonów w obszarach tropikalnych oraz śledzenie ich ewolucji i ruchu, określanie kierunków i prędkości wiatrów, badanie zmian składu chemicznego atmosfery, pomiary składowych bilansu radiacyjnego Ziemi a także rozkładu zachmurzenia, pomagając dokładniej sporządzić prognozę pogody.
Pierwsze satelity z urządzeniami do prowadzenia pomiarów meteorologicznych (Vanguard i Explorer) zostały wystrzelone w 1959, jednakże za pierwszego satelitę meteorologicznego uznaje się TIROS (Television and Infrared Observation Satellite) wystrzelonego przez USA 1 kwietnia1960 roku. Satelitarne badania meteorologiczne rozpoczął obiekt TIROS 1 wyniesiony na prawie kołową orbitę, której najmniejsza i największa odległość od powierzchni Ziemi wynosiły, odpowiednio, 780 i 850 km, a kąt nachylenia płaszczyzny orbity do płaszczyzny równika ziemskiego był równy 48o. Satelita obiegał Ziemię w ciągu 99 minut. Przez okres ponad 2,5 miesiąca jego funkcjonowania zebrano około 23 tysięcy zdjęć powierzchni Ziemi. Do roku 1965 wystrzelono ogółem 10, stale udoskonalanych, obiektów tego typu; była to pierwsza seria satelitów meteorologicznych. Po niej pojawiały się następne generacje coraz wszechstronniejszych, sprawniej działających i umieszczanych na różnych orbitach wokół Ziemi obiektów, które tworzyły całe systemy prognozowania pogody: ESSA, Meteor, NOAA, ITOS i Nimbus.
Od roku 1974 satelity meteorologiczne zaczęto umieszczać na tzw. orbicie geostacjonarnej. Jest to orbita kołowa, położona w płaszczyźnie równika ziemskiego, która charakteryzuje się tym, że okrążający po niej Ziemię satelita ma okres obiegu równy okresowi obrotu Ziemi wokół osi. W wyniku tego poruszający się po orbicie geostacjonarnej obiekt znajduje się stale nad tym samym punktem równika. Odległość satelity od powierzchni Ziemi wynosi 35,8 tysiąca km. Satelita meteorologiczny znajdujący się na orbicie geostacjonarnej może więc stale monitorować przebieg procesów kształtujących pogodę na tym samym obszarze Ziemi. Obecnie po orbitach geostacjonarnych krąży cała sieć satelitów meteorologicznych. Są to głównie obiekty amerykańskie typu GOES, japońskie GMS i Europejskiej Agencji Kosmicznej o nazwie Meteosat.

SATELITY GEOSTACJONARNE

Satelity geostacjonarne poruszają sie po orbitach w odległości 36000 km od równika.Latają po orbicie z taką samą prędkościa z jaką kręci się Ziemia wokół własnej osi.Typowym przykładem satelity geostacjonarnego jest METEOSAT 5 oraz 7 znajdujacy się odpowiednio na 63° E oraz 0° (Greenich).Przekazuje on obraz zakodowany cyfrowo w podczerwieni-IR (INFRARED) o rozdzielczości w punkcie podsatelitarnym 5 km (czyli jeden piksel na przetworzonym obrazie wynosi 5 km/5km) oraz świetle widzialnym VIS (VISIBLE) o rozdzielczosci 2,5 km.Oprócz tych dwóch kanałów spektralnych Meteosat przekazuje równierz zdjęcia z zakresu pary wodnej WV (WATER VAPOUR) o rozdzielczosci 5 km.


METEOSAT należy obecnie do Europejskiej Organizacji Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych EUMETSAT z siedzibą w DARMSTADT (Niemcy)


Europa ma nowego satelitę meteorologicznego. W nocy 29. 08.2002 roku z Gujany Francuskiej wystrzelono rakietę, która pomyślnie umieściła na orbicie satelitę nowej generacji, MSG-1. Operacja była przeprowadzona z jednodniowym opóźnieniem spowodowanym usterkami technicznymi. Zdaniem meteorologów, nowy satelita umożliwi bardziej precyzyjne przewidywanie pogody, a szczególnie jej ekstremalnych przejawów. Satelita będzie także przydatny w monitorowaniu zmian klimatycznych na kontynencie. W ciągu najbliższych siedmiu lat na orbicie okołoziemskiej znajdą się jeszcze dwa satelity MSG. Eumetsat, europejska organizacja odpowiedzialna za satelity meteorologiczne, wyda na ten cel 1,3 miliarda euro. Seria MSG zapewni dwadzieścia razy więcej danych pogodowych niż dotychczasowe satelity monitorujące klimat w Europie. Oprócz przekazywania bardziej wyraźnych obrazów kontynentu, satelita będzie m.in. mierzył równowagę energetyczną Ziemi - czyli ile energii słonecznej planeta pochłania, a ile odbija. Pomoże to w długoterminowym przewidywaniu zmian klimatycznych.
Od 29 stycznia 2004 roku aktualne zdjęcia z satelity METEOSAT 8 udostępnione są na stronach www.eumetsat.de

INNE SATELITY GEOSTACJONARNE:
GOES-WEST znajdujący sie na 135° E (dł.geogr.) i GOES-EAST -75°W należące do USA
INSAT 93° E - Indie
GMS 140° E - Japonia
GOMS 78° E - Rosja
FY2 106° E - Chiny

SATELITY OKOŁOBIEGUNOWE

Satelity okołobiegunowe jak sama nazwa wskazuje poruszją sie po orbitach przelatując nad lub w pobliżu biegunów ziemskich.Wysokość orbity wynosi 700-900 km nad powierzchnią Ziemi.Czas obiegu Ziemi to około 100 minut. Jednym z satelitów okołobiegunowych jest NOAA (North Oceanic and Athmospheric Administration).Nie jest to pojedynczy satelita lecz cała sieć satelitów,obecnie jest ich 7.Szerokość pasa obrazowania NOAA wynosi 27000 km,natomiast rozdzielczość w punkcie podsatelitarnym wynosi 1 km we wszystkich kanałach spektralnych VIS i IR.

INNE SATELITY OKOŁOBIEGUNOWE:
METEOR - Rosja
FY1 - Chiny
TERRA - USA wystrzelony 18 grudnia 1999
METOP - pierwszy okołobiegunowy satelita EUMETSATU. Planowane wystrzelenie w roku 2003.

 

Satelity środowiskowe

LANDSAT

W 1967 roku NASA (National Aeronautic and Space Agency) rozpoczęła prace nad możliwością wykorzystania satelitów do zasobów i zmian środowiska naturalnego. Program ERTS (Earth Resources Technology Satellites) zakładał wysłanie serii sześciu satelitów obserwacyjnych.
ERTS-1 znalazł się na orbicie w lipcu 1972 roku. Wraz z wysłaniem następnego satelity w 1975 roku cały program został przemianowany na Landsat i taką nazwę nadawano też kolejnym satelitą. Do tej pory wysłano ich sześć (misja Landsata-6 zakończyła się niepowodzeniem), satelity Landsat-1,2 i 3 zostały wycofane z użytku, obecnie dane zbierają Landsat 4 i 5.
Pierwsze trzy satelity miały bardzo podobną charakterystykę. Poruszały się po orbicie na pułapie 900 km. W ciągu dnia Ziemia okrążana była 14-krotnie, a poszczególne ścieżki oddalone były od siebie o około 2760 km (na równiku). Przy szerokości ścieżki omiatania wynoszącej 185 km, pozostawały duże niepokryte przerwy. W ciągu następnych dni orbita satelity przesuwała się na zachód, nieznacznie nakładając się na obszar pokryty poprzednią. W ten sposób uzyskano pokrycie całej kuli ziemskiej w ciągu 18 dni, po którym to czasie satelita ponownie prowadzi obserwacje w punkcie wyjścia.
Na pokładzie satelity Landsat-1,2 i 3 umieszczono sensory typu RBV (Return Beam Vidicon) oraz MSS (Multispectral Scanner). RBV były to trzy kamery telewizyjne o rozdzielczości 80 m (w trzecim z kolei satelicie rozdzielczość zwiększono do 30 m). System RBV stał się drugorzędnym systemem i był rzadko wykorzystywany. MSS to pierwszy globalny systemem monitoringowy Ziemi pozwalający na cyfrowe przetwarzanie danych. Skaner wielospektralny MSS wykorzystywany jest także w obecnie pracujących satelitach. Rozdzielczość MSS wynosi 79x56 m, z IFOV wynoszącym 79x79 m. Detektory rejestrują promieniowanie w czterech zakresach:
- spektrum widzialne 0.5-0.6 m m (zielone) oraz 0.6-0.7 m m (czerwone) - pozwala na rozróżnianie obiektów infrastruktury
- spektrum bliskiej podczerwieni 0.7-0.8 m m oraz 0.8-1.1 m m pozwala rozgraniczać wodę i ląd oraz wyróżniać rodzaje roślinności.
Satelity Landsat-4 i 5 wyposażone zostały w nowe urządzenie skaner Thematic Mapper (TM) zastępujące RBV, skaner MSS pozostał praktycznie nie zmieniony. Zmieniono także orbitę obniżając ją do 705 km. Spowodowane było to umożliwieniem zwiększenia rozdzielczości sensorów oraz potencjalnej naprawy satelity przez wahadłowiec. Minimalnie zwiększyła się też prędkość, gdyż w ciągu doby satelita okrąża Ziemię 14.5 razy, a cykl jego ruchu powtarza się co 16 dni. Szerokość ścieżki omiatania wynosi 185 km.
TM jest sensorem o wysokim zaawansowaniu technologicznym i zawiera szereg nowych rozwiązań w porównaniu do MSS. Rejestruje on odbitą energie elektromagnetyczną promieniowania w zakresie widzialnym, podczerwieni oraz podczerwieni termalnej. Dane zbierane są w siedmiu zakresach, dodano nowe zakresy w widzialnym (niebieskim), podczerwonym i termalnym spektrum. Zakres długości fal i ich położenie zostały tak dobrane aby polepszyć rozróżnialność większości obiektów ziemskich. Uzyskano także lepszą precyzję radiometryczną stosując 8 bitowe (wartości piksela od 0 do 255) przetwarzanie danych analogowych na cyfrowe. Dzięki temu możliwa jest obserwacja różnic, które niezauważalne były przez MSS (konwersja 6 bitowa). Rozdzielczość geometryczna skanera TM wynosi 30 m, z wyjątkiem kanału 6 (termalny) w którym wynosi 120 m. W celu dopasowania wielkości piksela kanały 6 do innych pasm jest on przetwarzany do rozmiarów 30x30 m.
Zastosowanie

MSS

MSS wykorzystywany jest do analiz dużych obszarów, np. interpretacje geologiczne. Ze względu na ilość danych ze skanera MSS (kilka milionów scen), zgromadzonych w archiwach jest to bogate źródło informacji do długoterminowych badań zmian zachodzących w przyrodzie.
TM
Zwiększenie rozdzielczości spektralnej i radiometrycznej, w porównaniu do MSS, pozwala na zastosowanie zobrazowań TM do szeregu nowych analiz niedostępnych przy pomocy MSS. Podstawowym zastosowaniem zobrazowań TM są analizy użytkowania terenu landcover mapping. Mapy użytkowania terenu znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach: planowanie przestrzenne, ochrona środowiska, rolnictwo.
Sceny satelitarne szeroko wykorzystywane są w badaniach wód przybrzeżnych. Pozwalają obserwować procesy sedymentacyjne w deltach rzek.
Możliwość rozdzielenia gleb od roślinności oraz określania wielkości biomasy okazuje się bardzo przydatne do identyfikacji i planowania plonów. Zróżnicowanie emisji promieniowania przez poszczególne gatunki roślin oraz rośliny zdrowe i chore pozwala monitorować obszary leśne oraz uprawne.
Bardzo szerokie zastosowanie znajdują zobrazowania TM w geologii. Na podstawie scen satelitarnych wyznaczane są struktury tektoniczne. Kanał 7 pozwala na analizę rodzajów skał i wyznaczanie granic pomiędzy nimi. Kanał termalny pozwala określić aktywność geotermalną.
Ochrona środowiska to następna dziedzina, w której analizy satelitarne są coraz częściej stosowane. Pozwalają na analizy zdrowotności roślinności, detekcję zanieczyszczeń oraz kontrolę stosowania środków chemicznych.


IKONOS

Właścicielem satelity IKONOS jest amerykańska firma Space Imaging.
IKONOS jest pierwszym satelitą komercyjnym o rozdzielczości 1 metra. Dane wysokiej rozdzielczości mogą znaleźć potencjalne zastosowanie u klientów z różnych segmentów rynku. Cena danych została skalkulowana za 1 km2 zamawianego obszaru (przy minimalnym progu zamówienia).
Rozdzielczość 1 metra stanowi przełom w obserwacjach powierzchni Ziemi z kosmosu. Dotychczasowe dostępne dane satelitarne miały rozdzielczość 10 razy mniejszą. IKONOS posiada możliwość rejestracji z rozdzielczością 1 metra w trybie panchromatycznym oraz 4 metrów w trybie wielospektralnym. Dokładnośc oraz możliwość przeprowadzania różnorodnych analiz powoduje, że dane z obrazów IKONOSA są idealne do tworzenia map i analiz przestrzennych. Space Imaging proponuje także technikę zwaną "Pan-Sharpening" polegającą na połączeniu powierzchniowej precyzji danych 1-metrowych z informacjami spektralnymi zawartymi w obrazach 4-metrowych.
Geometrycznie skorygowane produkty Space Imaging są rektyfikowane do wybranej elipsoidy i projekcji mapy. W procesie rektyfikacji usuwane są zniekształcenia wynikające z geometrii obserwacji, powierzchni terenu oraz unifikacji obrazu do rzeczywistej odległości i zadanej projekcji mapowej. CARTERRA Geo nie wykorzystuje punktów kontrolnych (GCP) i modelu terenu (DEM). Obrazy są rejestrowane jako pasy północ-południe z maksymalną szerokością 11 km. Obrazy posiadają północną orientację. Mozajkowanie i balans tonalny nie są oferowane. Końcowy obraz może maksymalnie zawierać 20% zachmurzenia.


SPOT

Na początku 1978 roku rząd francuski podjął decyzje o wdrożeniu programu Systeme Pour l`observation de la Terre (SPOT). Zaprojektowany we francuskim Centre National d`Etudes Spatiales (CNES), SPOT rozrósł się do dużego projektu międzynarodowego ze stacjami kontroli naziemnej i centrami sprzedaży usytuowanymi w ponad 30 krajach.
Pierwszy satelita SPOT-1 został umieszczony na orbicie 21 lutego 1986 r. Był to pierwszy satelita zawierający liniowy szereg sensorów oraz wykorzystujący technikę skanowani pushbroom (wszystkie elementy skanera zamocowane są na stałe, a skanowanie odbywa się dzięki postępowemu ruchowi satelity). Sensory pracują w dwóch trybach: wielospektralnym (3000 sensorów) i panchromatycznym (6000 sensorów). Następcami wycofanego w grudniu 1990 roku satelity SPOT-1 są SPOT-2 i 3 wysłane na orbitę odpowiednio w 1990 i 1993 roku.
Nominalna orbita satelity SPOT-1, -2 i -3 znajduje się na wysokości 832 km. SPOT pozwala obserwować ten sam obszar na powierzchni Ziemi co 26 dni. Skaner satelity generuje zazwyczaj zobrazowania nadirowe (obszar na powierzchni Ziemi znajdujący się pionowo pod detektorami skanera). System optyczny satelity pozwala także wykonywać zobrazowania pozanadirowe (odchylone od pionu). Pozwala to obserwować wybrane obszary Ziemi co kilka dni (w zależności od szerokości geograficznej). Szerokość ścieżki obserwacji wynosi od 60 km, dla zobrazowań nadirowych, do 80 km dla poza nadirowych.
Sensory SPOT składają się z dwóch identycznych systemów HVR (high resolution visable) oraz urządzeń do zapisu taśm magnetycznych. Każdy HVR został zaprojektowany do pracy w trybie panchronatycznym (rozdzielczość 10 m) i wielospektralnym (rozdzielczość 20 m). W poniższych tabelach przedstawiono zakresy dla poszczególnych trybów pracy oraz ich parametry.
System pozwala na wykonywanie zobrazowań stereoskopowych (stereopary), czyli rejestracji dwóch pozanadirowych zobrazowań tego samego terenu obserwowanych z sąsiednich ścieżek satelity. Dla uzyskania obrazu stereoskopowego możliwe jest także wykorzystanie jednego zobrazowania nadirowego i drugiego odchylonego od nadiru. Stereopary służą do wykonania map wysokościowych (numeryczny model terenu).


RADARSAT

Radarsat jest pierwszym kanadayjskim satelitą obserwacyjnym Ziemi. Dzięki pojedynczej częstotliwości pracy i różnym opcjom i mozliwym położeniom wiązki, RADARSAT wychodzi naprzeciw wszystkim wymaganiom ciągłego, kompleksowego monitoringu i zarządzania zasobami Ziemi. Główny sensor satelity to antena pracująca w mikrofalowym pasmie C (5.3 GHz/5.6 cm), co umożliwia penetrację chmur. Fale są transmitowane (i odbierane) z orientacją horyzontalną HH.

RADARSAT umieszczony jest na orbicie heliosynchronicznej; na orbicie zstepującej mija równik ok. 6.00 czasu lokalnego zaś na wstępujacej ok. 18.00 czasu lokalnego (precyzja +/- 15 min.). Satelita pełny obrót wokół globu wykonuje w 24 dni. Jenak możliwe jest obrazowanie tego samego obszaru z częstotliwoscią większą. Np. w opcja ScanSAR możliwe jest obrazowanie z częstotliwością 1 dnia w wyższych długościach geograficznych lub 5 dni na równiku.

Satelita umożliwia siedem opcji obrazowania SAR (wiązki). Każda opcja oferuje różną wielkość sceny (od 50*50 km do 500*500 km) i tym samym rozdzielczość terenową (od 8 do 100 m). Instrument posiada także szeroki zakres możliwych kątów incydencjalnych (10° - 59°, zawsze prawo-skierowany z pozycji satelity) umożliwiające wybór wybranych pozycji wiązki w każdej opcji anteny.

RESURS

Operatorem serii satelitów on nazwie RESURS-01 jest rosyjski SOVZOND. Trzeci z serii satelita został wyniesiony na orbitę w Listopadzie 1994 roku. Po raz pierwszy dane odbierane są bezpośrednio przez stację odbiorczą poza granicami Rosji, zlokalizowaną w Kirunie (Szwecja).
Satelita ten wypełnia lukę pomiędzy skanerami wysokiej (SPOT, Landsat) i niskiej rozdzielczości NOAA-AVHRR. Pomimo, że scena obejmuje ogromny obszar to rozdzielczość wciąż pozwala rozdzielać takie obiekty, jak indywidualne pola uprawne. Satelita ten jest idealny do monitoringu środowiska na dużych obszarach.
Na pokładzie satelity RESURS-O1-3 znajdują się dwa instrumenty: wysokiej rozdzielczości MSU-E i średniej MSU-SK.
MSU-E jest skanerem wielospektralnym o rozdzielczości 45x33 m i trzech zakresach spektralnych (widzialne i podczerwone spektrum). Instrument ten jest bardzo podobny do innych skanerów wielospekrtalnych (np. Landsat), z tą różnicą, że posiada możliwość pobierania danych poza ścieżką przelotu satelity. Skaner MSU-E może zbierać dane zasięgu ścieżki omiatania przez instrument MSU-SK. Na pokładzie satelity zainstalowano dwa identyczne urządzenia MSU-E mogące działać niezależnie.
MSU-SK jest skanerem wielospektralnym o szerokiej ścieżce omiatania ze stożkowym urządzeniem skanującym. Posiada pięć zakresów spektralnych: 4 w widzialnym i podczerwonym spektrum (rozdzielczość 160 m) oraz 1 zakres termalny (rozdzielczość 600 m).
Satelita RESURS-O1 porusza się po orbicie na wysokości 678 km. Czas jednego cyklu wynosi 16 dni. Dzięki możliwości obserwacji pozanadirowych istnieje możliwość obserwacji tego samego obszaru co 3-4 dni. Transmisja danych ograniczona jest możliwością przesyłania jednocześnie informacji z 4 spośród 5 zakresów.
W lipcu 1998 roku na orbitę wysłany został czwarty z kolei satelita RESURS O1-4. Jego budowa zbliżona jest do poprzednika. Różni się kilkoma cechami. Zwiększony został zakres ścieżki omiatania do 714 km. Orbita została podwyższona do 832 km. Cykl obiegu wynosi 14 dni z możliwością obserwacji tego samego obszaru co 3-4 dni. Satelita wyposażony został w nowe urządzenie MSU-SK pracujące w 6 zakresach spektralnych. Dodany został zakres średniej podczerwieni. (3.5-4.1 m m). Istnieje możliwość jednoczesnej transmisji danych z 6 zakresów.
Zobrazowania RESURSa są idealne do zastosowania w zakresie skal 1:500 000 do 1:1 000 000. W tym zakresie nawet sceny LANDASTA stają się zbyt drogie, a wysoka rozdzielczość tych scen nie zostaje wykorzystana. Z drugiej strony skala ta jest nieodpowiednia dla NOAH (rozdzielczość 1100 m).
Unikalne rozwiązanie jakim jest RESURS umożliwia monitoring stref przybrzeżnych, zalegania pokrywy śnieżnej, planowanie plonów, obserwacje stref ogarniętych powodzią bądź suszą, monitoring pożarów wielkoskalowych oraz degradacji lasów.