Введение
Спутник, специально разработанный для наблюдения за Землей с орбиты.
Спутник наблюдения за Землей, или спутник дистанционного зондирования Земли, – это спутник, используемый или предназначенный для наблюдения за Землей с орбиты, включая спутники-шпионы и аналогичные спутники, предназначенные для невоенных целей, таких как мониторинг окружающей среды, метеорология, картография и другие. Наиболее распространенным типом являются спутники для получения изображений Земли, которые создают спутниковые снимки, аналогичные аэрофотоснимкам; некоторые спутники дистанционного зондирования могут выполнять зондирование без формирования изображений, например, с помощью радиооккультации GNSS. Первое применение спутникового дистанционного зондирования относится к запуску первого искусственного спутника Земли, «Спутника-1», Советским Союзом 4 октября 1957 года. Армия США, через Управление баллистических ракет, запустила первый американский спутник «Explorer 1» для Лаборатории реактивного движения NASA 31 января 1958 года. Информация, полученная с его детектора радиации, привела к открытию радиационных поясов Ван Аллена. Космический аппарат TIROS 1, запущенный 1 апреля 1960 года в рамках программы NASA «Спутник телевизионного инфракрасного наблюдения» (TIROS), передал первые телевизионные кадры погодных явлений, сделанные из космоса. К 2021 году их общее число превысило 950, при этом наибольшее количество спутников принадлежит компании Planet Labs, базирующейся в США. Большинство спутников наблюдения за Землей несут приборы, которые должны работать на относительно низкой высоте. Орбиты на больших высотах испытывают значительное сопротивление атмосферы, что требует частых маневров для коррекции орбиты. Спутники наблюдения за Землей ERS 1, ERS 2 и Envisat Европейского космического агентства, а также космический аппарат MetOp EUMETSAT работают на высоте около 800 км. Космические аппараты Proba 1, Proba 2 и SMOS Европейского космического агентства наблюдают за Землей с высоты около 800 км. Спутники наблюдения за Землей ОАЭ, DubaiSat 1 и DubaiSat 2, также размещены на низких околоземных орбитах (LEO) и предоставляют спутниковые снимки различных частей Земли. Для обеспечения глобального покрытия с низкой орбиты используется полярная орбита. Низкая орбита имеет орбитальный период около 100 минут, и Земля вращается вокруг своей полярной оси примерно на 25° между последовательными проходами. Следящая траектория смещается на запад на 25° с каждой орбитой, что позволяет сканировать разные участки земного шара при каждом обороте. Большинство спутников находятся на солнечно-синхронных орбитах. Геостационарная орбита, расположенная на высоте около 36 000 км, позволяет спутнику оставаться над фиксированной точкой на Земле, поскольку орбитальный период на этой высоте составляет 24 часа. Это обеспечивает непрерывное покрытие более чем 1/3 поверхности Земли с одного спутника, поэтому три спутника, расположенные на расстоянии 120° друг от друга, могут охватить всю Землю. Этот тип орбиты в основном используется для метеорологических спутников.
История
Герман Поточник исследовал идею использования орбитальных космических аппаратов для детального мирного и военного наблюдения за землей в своей книге 1928 года "Проблема космических путешествий". Он описал, как особые условия космоса могут быть полезны для научных экспериментов. В книге описывались геостационарные спутники (впервые предложенные Константином Циолковским) и обсуждалась связь между ними и землей посредством радио, однако идея использования спутников для массового вещания и в качестве телекоммуникационных ретрансляторов не была доведена до конца.
Погода
Погодный спутник – это тип спутника, который в основном используется для мониторинга погоды и климата Земли. Однако эти метеорологические спутники наблюдают не только облака и облачные системы. Городское освещение, пожары, последствия загрязнения, полярные сияния, песчаные и пыльные бури, снежный покров, картирование льдов, границы океанических течений, потоки энергии и многое другое – это другие типы экологической информации, собираемой с помощью метеорологических спутников. Снимки, полученные с погодных спутников, помогли в мониторинге облака вулканического пепла от горы Сент-Хеленс и активности других вулканов, таких как Этна. Также осуществлялось наблюдение за дымом от пожаров в западных штатах США, например, в Колорадо и Юте.
Мониторинг окружающей среды
Другие экологические спутники могут способствовать мониторингу окружающей среды, обнаруживая изменения в растительности Земли, содержании атмосферных микрогазов, состоянии моря, цвете океана и ледяных полях. Отслеживая изменения растительности во времени, засухи можно контролировать, сравнивая текущее состояние растительности с его многолетним средним значением. Например, разлив нефти у северо-западного побережья Испании в 2002 году внимательно отслеживался европейским спутником ENVISAT, который, хотя и не является метеорологическим спутником, оснащен прибором (ASAR), способным регистрировать изменения на поверхности моря. Антропогенные выбросы можно контролировать, анализируя данные о тропосферном NO2 и SO2. Эти типы спутников почти всегда находятся на солнечно-синхронных и "замороженных" орбитах. Солнечно-синхронная орбита проходит над каждой точкой земной поверхности в одно и то же время суток, что облегчает сравнение данных, полученных при каждом пролете, поскольку положение Солнца в каждом наблюдении остается неизменным. "Замороженная" орбита – это орбита, максимально близкая к круговой, которая минимально подвержена возмущениям, вызванным несферичностью Земли, гравитационным притяжением Солнца и Луны, давлением солнечного излучения и сопротивлением атмосферы.
Картографирование
Рельеф местности можно картографировать из космоса с использованием спутников, таких как Radarsat 1 и TerraSAR X.