3. Європейське космічне агентство та його сучасні програми дистанційного моніторингу Землі

Європейське космічне агентство (ESA – European Space Agency) – міжнародна організація, яка була заснована ще 30 травня 1975 року 10 європейськими країнам (Бельгія, Данія, Франція, Німеччина, Італія, Нідерланди, Іспанія, Швеція, Велика Британія і Швейцарія) для виконання програм з вивчення і освоєння космосу. Штаб-квартира Агенства знаходиться у Парижі. У період з 1980 по 2015 роки до ESA долучились ще 12 країн Європейського союзу. Болгарія, Латвія, Литва, Словаччина і Словенія, а також Канада беруть участь в окремих проектах. Україна підписала Угоду з ESA про співробітництво. Штат – близько 2000 працівників. Річний бюджет (2016) – 5,25 мільярдів євро. Серед найбільш важливих проектів ЄКА – виведення у серпні 1989 році на орбіту телескопу Hipparcos для високоточного вимірювання паралаксів зір, визначення відстаней до них та вимірів їх власного руху. Телескоп працював до 1993 року. Результати опрацювання більше 100 тисяч зірок були опубліковані у 1997 році і їх астрометричні параметри є на 2 порядки вищими за наземні виміри.

2 березня 2004 року ЄКА запустило космічний зонд «Rosetta» для дослідження комети Чурюмова-Герасименко. 12 листопада 2014 року на поверхню комети здійснив м’яку посадку спусковий модуль зонду «Phila» (від англ. Philae Lander). Місія апарату була завершена 30 вересня 2016 року.

Починаючи з 1995 року ЄКА витратило 1,9 мільярда доларів США на створення першого вантажного корабля, перший старт якого був здійснений 9 березня 2009 року і він мав назву «Жюль Верн». Корабль успішно пристикувався до Міжнародної космічної станції (МКС) і доставив на неї близько 5 тонн вантажів.

14 травня 2009 року на навколоземну орбіту були виведені телескоп «Гершель» (рис. 1.17) і супутник «Планк». Космічний телескоп «Гершель» був найбільшим на той час телескопом з діаметром дзеркала 3,5 м площею 9,6 м² і виконував спостереження за зоряними скупчення і хімічним складом атмосфер планет, комет і супутників планет Сонячної системи у інфрачервоному діапазоні хвиль. Для прикладу славетний телескоп «Габбл» мав діаметр дзеркала 2,4 м (площа - 4,5 м²) і працював лише у видимому діапазоні хвиль (від 360 до 730 нм). Крім того телескоп мав ще ряд переваг: він весь час перебував на нічній стороні Землі і на нього не мали впливу інфрачервоне випромінювання і радіаційні пояси Землі. Апарат обертався навколо так званої лагранжевої точки L₂ на орбіті Землі, яка змінювалась від 1,2 до 1,8 млн. км. 29 квітня 2013 року

Рис. 1.17. Телескоп «Гершель»

місія телескопу «Гершель» припинилася, оскільки закінчився запас рідкого гелію (2300 літрів), який повільно випаровувався, забезпечуючи охолодження інфрачервоної ПЗЗ-матриці телескопу до - 271°С.

В даний час ЄКА працює над створенням телескопу «Евклід» (рис. 1.18), який буде працювати у видимому і ближньому інфрачервоному діапазоні. Запуск телескопу планується здійснити у 2022 році і він має працювати впродовж 6 років.

Тип телескопа – тридзеркальний анастигмат з діаметром 1,2 м і фокальною відстанню – 24,5 м. Вага телескопу – 855 кг.

Рис. 1.18. Телескоп «Евклід»

Програма «Коперник» (англ. Copernicus Programme) — програма спостереження за землею, яка координується та керується Європейською Комісією у партнерстві з Європейським космічним агентством (ЄКА), державами-членами ЄС та агенціями ЄС.

Вона спрямована на досягнення глобального, безперервного, автономного, високоякісного, широкодіапазонного спостереження Землі. Забезпечення точної, своєчасної та легкодоступної інформації, використовується для покращення управління навколишнім середовищем, для параметричного страхування, розуміння та пом'якшення наслідків зміни клімату та забезпечення цивільної безпеки.

Мета полягає у використанні величезної кількості глобальних даних із супутників та наземних, повітряних, морських систем вимірювань для виведення своєчасної та якісної інформації, послуг та знань, а також забезпечення автономного та незалежного доступу до інформації у сферах навколишнього середовища та безпеки на глобальному рівні, щоб допомогти постачальникам послуг, державним органам та іншим міжнародним організаціям покращити якість життя громадян Європи. Іншими словами, система об'єднує всю інформацію, отриману екологічними супутниками Коперника, повітряними та наземними станціями та датчиками, щоб забезпечити всебічну картину «здоров'я» Землі.

Однією з переваг програми «Коперник» є те, що дані та інформація, що надходять у рамках програми, є доступними для всіх користувачів та громадськості безкоштовно, тим самим дозволяючи розвиватися нижченаведеним сферам.

Послуги, які пропонує Коперник, охоплюють шість основних сфер, що впливають одна на одну: атмосфера, водний простір, суша, клімат, надзвичайні ситуації та безпека.

Програма «Коперник» будується на трьох компонентах:

• Космічна складова (супутники спостереження та пов'язані з ними наземні сегменти з місією спостереження сухопутних, атмосферних та океанографічних параметрів). Сюди входять два типи супутникових місій, шість космічних програм ESA Sentinel та програми інших космічних агентств, які називаються Сприяючі програми;

• Вимірювання «на місці» (наземні та повітряні мережі збору даних, що надають інформацію про океани, континентальну поверхню та атмосферу);

• Сервіси, розроблені та керовані програмою «Коперник», що відкриті для її користувачів та громадськості загалом.

Вартість програми протягом 1998—2020 рр. оцінюється в 6,7 млрд. євро, приблизно 4,3 млрд. євро витрачено в період 2014—2020 рр. та розподіляється між ЄС (66%) та ЄКА (Європейське Космічне Агентство) (33 %), а переваги даних для економіки ЄС оцінюються в приблизно 30 мільярдів євро до 2030 року. ЄКА як головний партнер виконує значну частину проектування, контролює та співфінансує розробку програм Sentinel 1, 2, 3, 4, 5 та 6, кожна з яких складається щонайменше з 2 супутників та деякі, як Sentinel 1, що складається з 4 супутників. Вони також надають інструменти для Метеосатів третього покоління та погодних супутників MetOp-SG від ЄВМЕТСАТ, де ЄКА та ЄВМЕТСАТ (Європейська організація з використання метеорологічних супутників) також координуватимуть передачу даних із понад 30 супутників, які формують супутні програми до програми «Коперник».

Програма «Коперник» була створена Регламентом (ЄС) № 377/2014 у 2014 році, спираючись на попередню ініціативу ЄС щодо моніторингу Землі GMES (Регламент (ЄС) № 911/2010)).

Протягом декількох десятиліть європейські та національні інститути доклали значних зусиль для науково-дослідних робіт в галузі спостереження за Землею. Ці зусилля привели до величезних досягнень, але сервіси та продукти, розроблені в цей період, мали обмеження, притаманні науково-дослідній діяльності (наприклад, відсутність безперервності сервісів на довгостроковій перспективі). Ідея глобальної та безперервної європейської системи спостереження за Землею була розроблена під назвою Глобальний моніторинг навколишнього середовища та безпеки (GMES), що згодом була ребрендована у «Коперник» після того, як ЄС безпосередньо взяла участь у фінансуванні та розвитку системи. Вона продовжує та значно розширює роботу попередньої європейської програми Envisat (вартістю 2,3 мільярда євро), яка діяла з 2002 по 2012 рік.

«Коперник» перейшов від науково-дослідних робіт до операційних сервісів за поетапним підходом:

• 2008—2010 роки: до-операційні послуги «Коперник» (FTS та Pilot Services).

• 2011—2013 роки: початкові операції «Коперник».

• З 2014 року: «Коперник» повністю функціонує.

Місії Sentinel

Наразі ЄКА розробило сім місій за програмою Sentinel (Sentinel 1, 2, 3, 4, 5P, 5, 6). Місії Sentinel включають радіолокаційні та суперспектральні зображення для моніторингу суходолу, океану та атмосфери. Кожна місія Sentinel базується на сузір'ї з двох супутників для виконання та перегляду вимог покриття для кожної місії, забезпечуючи надійні набори даних для всіх служб програми «Коперник». Місії Sentinel матимуть наступні завдання:

• Sentinel-1 забезпечує радіолокаційне зображення, що працює у будь-яку погоду, вдень та вночі для наземних та океанських служб.

• Sentinel-2 забезпечує оптичне зображення високої роздільної здатності для наземних сервісів (наприклад, зображення рослинності, ґрунтового та водного покриву, внутрішніх водних шляхів та прибережних районів). Sentinel-2 також надаватиме інформацію для екстрених служб. Перший супутник Sentinel-2, Sentinel-2A, був успішно запущений 23 червня 2015 року. Другий супутник Sentinel-2, Sentinel-2B (рис. 1.19) запущений 7 березня 2017 року. Обидва супутники запустили за допомогою ракети-носія «Вега» з Гвіанського космічного центру.

• Sentinel-3 надає послуги з глобального моніторингу океану та суші. Перший супутник Sentinel-3A був запущений 16 лютого 2016 року космодрому Плесецьк у Росії. Другий супутник Sentinel-3B відбувся 25 квітня 2018 року, також з Плесецька з борту Рокота.

• Sentinel-4 надасть дані для моніторингу атмосферного складу. Він буде запущений у 2023 році.

• Sentinel-5 також надасть дані для моніторингу атмосферного складу. Він буде поставлений на космічний корабель Полярної системи ЄВМЕТСАТ другого покоління (EPS-SG) та запущений у 2021 році.

• Sentinel-6 призначений для забезпечення високої точності вимірювань висоти рівня моря слідуючи за супутником Jason-3.

Готуючись до другого покоління програми «Коперник» (Copernicus2.0), ЄКА наразі вивчає шість пріоритетних кандидатів на «розширення» програм, для вирішення політики ЄС та прогалин у потребах користувачів програми та для розширення сучасних можливостей дослідження земної поверхні програмами «Коперник»:

• Sentinel-7: Моніторинг антропогенних викидів CO2 (CO2M).

• Sentinel-8: Просторово-часова температура поверхні землі (LSTM).

• Sentinel-9: Висотомір Полярного льоду та снігу(програма «Коперник» (КРИСТАЛ)).

• Sentinel-10: Місія гіперспектральної візуалізації для навколишнього природного середовища (CHIME).

• Sentinel-11: Мікрохвильовий радіометр (CIMR) з полярними зображеннями.

• Sentinel-12: Система спостереження за радіолокаційними станціями для Європи (ROSE-L).

Супутник «Sentinel-2B» запущений на орбіту 7 березня 2017 році із космодрому Куру (Guiana Space Centre) і тривалість його роботи запланована до 2024 року включно. Параметри орбіти: апогей – 780,84 км, перигей – 778,25 км, нахил – 98,5°, період обертання 100,45 хв. Маса – 1140 кг. Супутник має на борту широко кутовий багатозональний спектрометр високого розрізнення із 13 спектральними каналами: видимому,

Рис. 1.19. Європейський супутник спостереження «Sentinel-2B»

ближньому інфрачервоному (NIR) і короткохвильовому інфрачервоному спектрах випромінювання (SWIR). Супутники «Sentinel-2А» і «Sentinel-2B» знаходяться на протилежних сторонах однієї сонячно-синхронної орбіти і покривають земну поверхню у смузі від 56° південної широти до 84° північної широти, виконуючи 14,3 оберти за добу. Таким чином одні і ті ж ділянки земної поверхні будуть фотографуватись двічі або більше разів кожні 5 днів. Знімання ведеться з 10:30 за місцевим часом. Ширина полоси захоплення – 290 км. Розрізнення знімків у різних зонах спектру: 10 м (канали 2-4, 8), 20 м (канали -7, 8А, 11, 12), 60 м (канали 1, 9, 10).