Pripreme za lansiranje novog satelita za posmatranje Zemlje EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) krajem maja su u punom jeku. Zajednička misija Evropske svemirske agencije (ESA) i Japanske agencije za istraživanje svemira (JAKSA) meriće oblake, aerosol i radijaciju preciznije nego ikada ranije. Ovo će biti omogućeno povezivanjem četiri najsavremenija instrumenta.
Tri takozvana procesora, koja je Lajbnicov institut za troposferska istraživanja (TROPOS) razvio zajedno sa partnerima, daju važan doprinos misiji. Ovi algoritmi su sada detaljno opisani u posebnom izdanju časopisa Tehnike merenja atmosfere.
Novi softver omogućava da se izvedu svojstva oblaka iz pasivnog spektrometra (MSI), slojeva aerosola i oblaka iz aktivnog lidara visoke spektralne rezolucije (ATLID), kao i sinergetskih proizvoda oblaka i aerosola iz oba instrumenta. Model klasifikacije aerosola (HETEAC) je razvijen kao osnova za tipizaciju aerosola kako bi se osiguralo da ovi proračuni funkcionišu na različitim uređajima.
EarthCARE će biti prvi koji će kombinovati lidar visoke spektralne rezolucije i Doplerov radar oblaka sa pasivnim senzorima, što ga čini najkompleksnijom satelitskom misijom ikada lansiranom u svemir za proučavanje aerosola, oblaka i njihovih efekata zračenja. Razvoj EarthCARE-a trajao je više od 15 godina i koštao je oko 800 miliona evra.
Satelit nudi velike mogućnosti za nauku: najsavremenija tehnologija na brodu pruža niz podataka koji će poboljšati tačnost klimatskih modela i podržati numeričko predviđanje vremena.
Satelit EarthCARE, koji je dugačak 17,2 metra, širok 2,5 metra, visok 3,5 metara i težak oko 2.200 kilograma, sastavio je nemački glavni izvođač Erbas u Fridrihshafenu, opsežno testiran zajedno sa ESA, a zatim prevezen avionom u Vandenberg (Kalifornija, SAD). ), gde će ga u ciljnu orbitu na visini od 393 kilometra lansirati raketa Falkon 9 američke svemirske kompanije SpaceKs krajem maja.
Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer (EarthCARE) je opremljen sa četiri instrumenta: Doplerov radar oblaka, lidar visoke spektralne rezolucije, spektrometar za snimanje i širokopojasni radiometar sa tri različita pravca gledanja. Instrumenti će pružiti sinergijska posmatranja aerosola, oblaka, zračenja i njihovih interakcija sa neviđenom tačnošću.
Jedan od ciljeva misije je da se pomire izmereni i izračunati radijacioni fluksovi na vrhu atmosfere za snimak od 100 kvadratnih kilometara sa tačnošću od 10 vati po kvadratnom metru, što bi značajno unapredilo znanje o globalnom zračenju.
EarthCARE podaci se izračunavaju skoro u realnom vremenu (skoro realnom vremenu) korišćenjem sofisticiranog lanca obrade podataka. Lidar daje vertikalne profile i time poprečni presek atmosfere duž putanje leta satelita.
Iz ovoga, algoritmi razvijeni u TROPOS-u izvode visinu vrha oblaka i visinu slojeva aerosola, koji se mogu sastojati, na primer, od saharske prašine ili dima od velikih šumskih požara. Ovi algoritmi su takođe poznati kao procesori u tehničkom žargonu i predstavljaju softversko srce analize podataka.
Pored lidara, spektrometar za snimanje omogućava karakterizaciju atmosfere koristeći horizontalnu, 150 km široku sliku svojstava oblaka i aerosola. Mikro- i makrofizička svojstva oblaka, kao što su optička debljina oblaka, radijus kapljice oblaka i visina vrha oblaka, određuju se korišćenjem drugog procesora razvijenog u TROPOS-u.
Treći procesor razvijen u TROPOS-u kombinuje informacije o visini sa lidara sa horizontalnim informacijama iz spektrometra kako bi se dobila poboljšana trodimenzionalna slika atmosfere duž putanje leta satelita koji kruži oko Zemlje. Klasifikacija aerosola u svim EarthCARE algoritmima je zasnovana na HETEAC modelu (Hibrid End-to-End Aerosol Classification).
„Model klasifikacije aerosola HETEAC koji je razvio TROPOS zajedno sa partnerima igra centralnu ulogu u obradi podataka jer osigurava da uređaji govore istim jezikom, da tako kažem, i da njihovi podaci daju jedinstvenu ukupnu sliku“, objašnjava dr. Ulla Vandinger iz TROPOS-a, koji je vodio razvoj ovog modela.
Ali analiza podataka lidara i spektrometra takođe uključuje nekoliko decenija znanja u oblasti posmatranja oblaka i aerosola iz TROPOS-a.
„Metode preuzimanja razvijene u našim procesorima će obezbediti da će se kvalitet podataka u oblaku i aerosolu značajno poboljšati“, izveštava dr Anja Hunerbein, koja je odigrala ključnu ulogu u razvoju softvera za pasivni spektrometar.
Istraživači iz TROPOS-a u Lajpcigu nisu radili samo na softveru, već će takođe biti uključeni u proveru i kalibraciju podataka. To je zato što je pažljiva validacija merenja neophodna da bi se postigli ambiciozni naučni ciljevi EarthCARE misije.
Evropska istraživačka infrastruktura ACTRIS (Infrastruktura za istraživanje aerosola, oblaka i gasova u tragovima) igra glavnu ulogu u procesu validacije. ACTRIS stanice za daljinsko detekciju su idealno opremljene za ovu svrhu: Standardna oprema, koja se sastoji od lidara visokih performansi i fotometra za sunce za merenje aerosola, kao i Dopler radara i mikrotalasnog radiometra za merenje oblaka, zajedno sa ACTRIS osiguranjem kvaliteta koncept, omogućava detaljan pregled svih EarthCARE aerosolnih i cloud proizvoda.
„Tokovi rada za posmatranje, obradu podataka i pružanje podataka u skoro realnom vremenu već su razvijeni i opsežno testirani. Za ovo leto organizujemo kampanju sa preko 40 stanica koja će trajati nekoliko meseci“, kaže dr Holger Bars iz TROPOS, koji koordinira kampanju. Pored TROPOS stanica u Lajpcigu (Nemačka), Mindelu (Kabo Verde) i Dušanbeu (Tadžikistan), biće uključene i mnoge ACTRIS stanice širom Evrope.
Ekstenzivni napori validacije koje su sproveli TROPOS i mnogi međunarodni istraživački timovi služe za preciznu proveru razvijenih procesora i izmerenih varijabli koje su njima određene. Tek tada će zaista biti jasno koliko dobro EarthCARE može odrediti svojstva aerosola i oblaka i njihove radijativne efekte i kako se globalno izmereni podaci mogu koristiti za poboljšanje našeg razumevanja atmosfere.
Novo evropsko „oko“ u svemiru moći će da vidi komplikovane interakcije između oblaka, aerosola i radijacije jasnije i preciznije nego ikada ranije uz pomoć zemaljskih stanica.
