Satelit EarthCARE se chystá prozkoumat zemskou oblohu

Družice EarthCARE se chystá na svou klimatickou misi v květnu. Družice je vybavena čtyřmi nejmodernějšími přístroji, které byly sestaveny týmy Airbusu ve Friedrichshafenu, a je připravena odhalit tajemství skrytá v mracích na Zemi a jejich roli při změně klimatu.

Dlouho očekávaná družice EarthCARE – vyvinutá společností Airbus pro Evropskou kosmickou agenturu (ESA) a Japonskou agenturu pro výzkum vesmíru (JAXA) – se zabývá dvěma zásadními výzvami, kterým dnes čelíme: změnou klimatu a rostoucí teplotou. Mraky jsou klíčovou součástí klimatu naší planety. Působí jako hlavní regulátor teploty Země, kterou ohřívají nebo ochlazují. Jejich tvorba, chování a interakce se zářením Země a Slunce však dosud nejsou zcela pochopeny. Shromažďováním údajů a dat o mracích a aerosolech – drobných atmosférických částicích, jako je pouštní prach nebo znečištění, které tvoří mraky – budou vědci schopni snížit nejistotu v předpovědích klimatu a zlepšit své numerické modely.

„Abychom lépe pochopili složitost mraků, nestačí je jen vyfotografovat, musíme je analyzovat různými způsoby,“ říká Maximilian Sauer, vedoucí projektu EarthCARE ve společnosti Airbus Defence and Space. Proto byly vyvinuty čtyři nové vědecké oči na obloze. „Lidar, radar, multispektrální zobrazovač a radiometr nám umožní získat velmi přesný a úplný pohled na mraky.“

Oba aktivní přístroje, lidar a radar, mají stejný úkol: zjistit přítomnost a objem objektů (mraků) a analyzovat je. Jejich hlavní rozdíl spočívá v typu elektromagnetických vln, které vysílají.

Lidar (ATLID), zkonstruovaný společností Airbus, je optický senzor. Využívá ultrafialové světelné vlny z pulzních laserových paprsků k detekci a mapování malých objektů. Jeho měření se zpracovávají a vytvářejí takzvané „digitální mračno bodů“, které představuje mraky ve 3D. Poskytne informace o vrcholcích mraků a vertikálních profilech řídkých mraků a aerosolů. Tato vysoce přesná data poskytnou přesnou polohu a tvar mraků, včetně jejich výšky, tloušťky a typu aerosolů. Tento jedinečný přístroj byl vyvinut na základě zkušeností společnosti Airbus s vůbec prvním lidarem, který byl použit ve vesmíru na palubě družice Aeolus.

Druhý aktivní přístroj, radar JAXA pro profilování oblačnosti (CPR), využívá místo laserových paprsků rádiové vlny a pracuje na mnohem delších vlnových délkách. Pomocí své antény pronikne CPR do vertikální vnitřní struktury hustých mraků, včetně tajfunů, a odhalí tak rychlost vzestupného a sestupného proudění, rozložení částic a obsah vody. Tato data budou převedena na obraz, který pomůže určit proces, vznik a rozptyl mraků.

Multispektrální zobrazovač (MSI), přístroj podobný kameře, který zkonstruovala společnost SSTL, poskytuje širší zorné pole tím, že pořizuje snímky s vysokým rozlišením ve více spektrálních pásmech. Tyto snímky horizontálních struktur mraků a atmosférických částic dávají kontext profilovým měřením aktivních přístrojů. Vědci tak budou moci rozlišovat mezi různými typy mraků, aerosolů a zemského povrchu.

A konečně, abychom měli celkový obraz o tom, jak mraky ovlivňují naše klima, poskytne širokopásmový radiometr (BBR) klíčový soubor dat o posledním parametru záření. Díky svému třísměrnému zobrazení bude přístroj BBR společnosti Thales sledovat množství odraženého slunečního záření a vyzařovaného zemského tepla, známého jako infračervené záření. Tato křehká energetická rovnováha je důležitým faktorem při regulaci teploty Země.

„Všechny čtyři přístroje jsou pro misi nezbytné. Každý z nich je sám je funkční sám o sobě, ale pro splnění cíle mise je nutná jejich kombinace,“ říká Sauer. Kombinací pozorování z jednotlivých přístrojů získají vědci trojrozměrnou strukturu představující interakce mezi mraky, aerosoly a zářením v atmosféře.

Tento holistický pohled poskytne vědcům nové poznatky pro vývoj globálních klimatických modelů radiační bilance Země v souvislosti s klimatickou krizí.

Inovativní design
EarthCARE je nejsložitější ze satelitů ESA Earth Explorer. Vzhledem k tomu, že obíhá ve výšce přibližně 400 kilometrů nad Zemí, umožňuje přiblížení laseru co nejblíže ke zkoumaným mrakům, přestavuje taky řadu technických výzev. „To mělo vliv na tvar družice, která je velmi tenká a proudnicová, aby se minimalizoval vliv odporu vzduchu vůči zbytkové atmosféře v této výšce. Nemohli jsme použít klasickou zlatou vícevrstvou izolaci, která pokrývá kosmickou loď, protože by ji zničil atomární kyslík, který je v této výšce stále přítomen. Z tohoto důvodu je EarthCARE zabalena do jakési bílé látky,“ vysvětluje Sauer.

Požadavky na přesnost této mise představovaly také konstrukční výzvu. Laser například nese velké množství optických komponent, paprsků a rozdělovačů, které musí být umístěny velmi přesně, aby laser fungoval. Všechny tyto optické prvky budou během startu vystaveny vibracím, takže inženýři je museli důkladně otestovat, aby zajistili, že zůstanou na svém místě, budou schopny přežít start a spolehlivě fungovat.

zdroj: Airbus