Супутникові технології у боротьбі з кліматичними змінами

Вчені кінця XIX — початку XX сторіччя сформували загальну кліматичну картину, відкрили зв’язок між вмістом СО2 і температурою, але до середини XX сторіччя це були місцеві спостереження і спроби прогнозування, без чіткого розуміння всієї системи.

Орбітальні супутники дозволили метеорологам і екологам побачити всю картину загалом, спостерігати динаміку зміни клімату на Землі, а сучасні алгоритми допомогли автоматизувати рішення рівнянь, що моделюють погоду.

У цій статті ми розглянемо, коли з’явилися метеосупутники, яким чином ці пристрої допомагають боротися зі змінами клімату, а також чи можливо змінити погоду з космосу.

Перші кроки

Вчені почали замислюватися про використання штучних сателітів Землі для спостереження за погодою, кліматом і екологічною ситуацією ще до перших запусків у космос. А перші апарати вийшли на орбіту через якихось кілька років після перших польотів в космос.

1959 року США вивели на орбіту супутник Vanguard 2, щоб стежити за денною хмарністю за допомогою двох телескопів, приладів для спостереження віддалених об’єктів, дані з яких на Землю передавали антени.

Ця спроба не була успішною, бо прилад не зміг зібрати достатню кількість достовірних даних, тому що при відділенні від ракети отримав занадто велике кутове прискорення, простіше кажучи, він не був здатний зробити чіткі знімки. 1960 року NASA вивело TIROS-1, який став успішним.

В СРСР перші апарати вийшли в космос тільки у 1967 році, за 10 років після запуску першого штучного сателіта Землі. Але при цьому радянські супутники “Космос-144” і “Космос-156” сформували першу радянську метеорологічну систему “Метеор”, яка згодом налічувала 35 пристроїв, озброєних оптичними, інфрачервоними і актинометричними датчиками.

Дані з метеорологічних супутників дозволили не тільки прогнозувати погоду в найближчому майбутньому, а й отримувати і накопичувати інформацію про всі зміни у всіх точках земної кулі, критично необхідні дані для вчених екологів і метеорологів.
Чим корисні супутники

Супутники, починаючи з ранніх запусків і до сьогодні, — спостерігачі, “погляд” яких охоплює величезні території: континенти, ділянки, де неможливо розмістити наземні зонди, куди складно дістатися вченим.

Крім того, завдяки сучасним технологіям, прилади навчилися “дивитися” крізь хмарність, лід і поверхню землі завдяки інфрачервоним камерам високої точності та апертурним радарам.

Наприклад, сучасні штучні сателіти Землі можуть “бачити” родовища корисних копалин, стан полярного льоду на великій глибині, вимірювати склад води і навіть дивитися крізь стіни будівель.

Деякі прилади можуть фіксувати не тільки точні дані на поточний момент, а й ознаки зміни клімату: танення льодовиків, зміну рівня світового океану, вміст газів в атмосфері, особливо СО2.

Одна з областей застосування супутників — запобігання природних катастроф, а саме підготовка до них і мінімізація шкоди. Пристрої у навколоземному просторі та системи аналізу дозволяють заздалегідь попередити про насування ураганів, цунамі, лісових пожеж і навіть землетрусів, а також передають дані про інтенсивність стихії і її напрямок руху.

Наприклад, вони здатні фіксувати найменші коливання в товщі води та за лічені секунди розрахувати ймовірний район поразки від цунамі.

Ще однією перевагою супутникового спостереження є те, що такі системи можуть відразу і в будь-якій точці світу побачити раптові негативні явища, як-от, розлив нафти або хімікатів, початок лісової пожежі або айсберг, який відколовся.

Важко сказати напевно, на якому етапі був би зараз екологічний рух, але супутникові технології однозначно допомогли міжнародним організаціям в боротьбі за очищення планети. Так, президент Національного центру космічних досліджень Франції CNES Жан-Ів ле Галь під час конференції COP21 зазначив, що спостереження за станом Землі значною мірою залежить саме від пристроїв на навколоземній орбіті. “Сама COP21 була б неможлива без допомоги супутників”, зазначає він.

Сьогодення та плани на майбутнє

Сьогодні основними кліматичними супутниками розпоряджається NASA, Національне управління з аеронавтики і дослідження космічного простору США. Саме воно збирає і поширює більшість даних про зміну клімату та екології планети.

Наприклад, Terra, виведений на орбіту 1999 року, залишається флагманом космічного угруповання дистанційного спостереження за Землею. Це прилад розміром з мікроавтобус і вагою майже в 5000 кг, з п’ятьма зондами для спостереження за навколишнім середовищем і змінами клімату, щоб моніторити атмосферу, океан, ґрунт, сніг і лід.

Допомагає йому в цьому ще один проект NASA — “орбітальне сузір’я” (afternoon constellation). Він отримав назву A-Train (“Поїзд А”) через те, що зонди пролітають один за одним над однією і тією ж точкою Землі з інтервалом в декілька хвилин. Основний елемент плеяди — обсерваторія Orbiting Carbon Observatory-2, виведена 2014 року.

Європейське космічне агентство (ESA) в партнерстві зі Світовим банком розпочало проект Eoworld у 2011 році, метою якого стала допомога країнам, що розвиваються, в захисті лісів, плануванні забудови міст, використанні водних ресурсів і контролі за прибережними зонами, який має забезпечити необхідну стійкість економіки до зміни клімату.

Крім того, ESA планує запустити 20 супутників до 2030 року, які забезпечать надходження даних протягом 20 років. Ці прилади стануть частиною наймасштабнішої системи моніторингу Землі за всю історію освоєння космосу.

Комерційний сектор супутникового моніторингу Землі також стрімко розвивається. За оцінками експертів, на цей момент ринок оцінюють у $4,4 млрд, а до 2027 року ця цифра зросте до $6,3 млрд. Це чудово демонструє інтерес бізнесу до супутникового спостереження, що може допомогти не тільки в отриманні прибутку, а й у контролі за впливом виробництва на навколишнє середовище.

Наприклад, системи моніторингу EOS Data Analytics вже працюють з фермерськими господарствами по всьому світі. А 2021 року запрацював проект моніторингу за лісовими господарствами, мета якого — надати сервіс, що дозволяє віддалено контролювати стан лісу, отримувати повідомлення на смартфон або комп’ютер про зміни і можливі ризики, управляти всіма лісовими активами в одному місці, а також прогнозувати витрати на заготівлю, транспортування і зберігання лісу.

Далеке майбутнє

Вчені вже давно проводять експерименти і пробують розробити апарати, що дозволяють впливати на клімат і погоду. Перші такі спроби були зроблені ще під час “Холодної війни”, але вони практично ні до чого не привели.

Досі найефективнішим способом є хімічний, наприклад, розпорошення йодистого срібла прямо з літака, щоб викликати дощ. Але запускати спеціальні пристрої на орбіту, регулярно заправляти їх хімічними патронами для того, щоб розпочався дощ у певній місцевості недоцільно і надзвичайно дорого.

Ще один спосіб — охолодження ділянки атмосфери за допомогою лазера. Але така установка вимагає постійного живлення і поодинці не здатна викликати утворення хоч скільки-небудь істотної хмари, щоб її було помітно з землі. У далекому майбутньому, теоретично можливе використання таких лазерів, за умови, якщо їх буде багато. На сьогодні єдиною реалізованою умовою для такої мережі супутників є живлення. Людство давно навчилося генерувати енергію Сонця за допомогою сонячних батарей.

Через технологічні та фінансові аспекти плеяди штучних сателітів Землі в найближчому майбутньому не зможуть безпосередньо впливати на клімат і екологію планети, але безперечно вони вже стали “очима” вчених і основним джерелом даних про нашу планету.