Введение

Спутник для измерения ветра Aeolus, или, полностью, Миссия по изучению динамики атмосферы Aeolus (ADM Aeolus), был спутником наблюдения за Землей, принадлежащим Европейскому космическому агентству (ESA). Он был создан компанией Airbus Defence and Space, запущен 22 августа 2018 года и функционировал до момента сведения с орбиты и сгорания в атмосфере над Антарктидой 28 июля 2023 года. ADM Aeolus стал первым спутником, оснащенным оборудованием для глобального профилирования ветрового поля, и предоставил важные данные для повышения точности прогнозов погоды. Aeolus был первым спутником, способным наблюдать за ветрами на Земле, от поверхности планеты до стратосферы на высоте 30 км. Спутник был назван в честь Эола, бога ветров в древнегреческой мифологии.

Программа

Программа была первоначально одобрена в 1999 году для запуска в 2007 году, но технологические препятствия привели к 11-летней задержке, и она была запущена 22 августа 2018 года. При предполагаемой стоимости программы в 481 миллион евро (568 миллионов долларов США) планировалось получать 64 000 ежедневных профилей, начиная с марта или апреля 2019 года. Высота была выбрана низкой для обеспечения достаточной чувствительности к обратному рассеянию света.

Миссия

Aeolus был пятым запланированным спутником в программе "Живая планета" (Living Planet Programme, LPP) Европейского космического агентства. Основной целью этой миссии было дальнейшее расширение знаний об атмосфере Земли и погодных системах. Регистрируя и отслеживая погодные условия в различных частях мира, Aeolus позволил ученым создавать сложные модели погоды, которые затем можно было использовать для прогнозирования будущего поведения окружающей среды. Эти прогнозы были полезны в краткосрочной перспективе, поскольку их можно было применять в численном прогнозировании погоды для повышения точности прогнозов. Таким образом, миссия способствовала углублению знаний о различных погодных явлениях, от глобального потепления до последствий загрязнения воздуха. Aeolus рассматривался как миссия, подготовившая почву для будущих оперативных метеорологических спутников, предназначенных для изучения профилей ветра Земли.

Спутниковый

Космический аппарат был создан компанией Airbus Defence and Space. В 2014 году завершилась интеграция прибора ALADIN и начались вакуумные и вибрационные испытания. 7 сентября 2016 года ESA и Arianespace подписали контракт об обеспечении запуска спутника Aeolus.

Научная полезная нагрузка

Профили ветровой составляющей измерялись с помощью атмосферного лазерно-допплеровского прибора (ALADIN).

АЛАДИН

Прибор ALADIN (Atmospheric Laser Doppler Instrument) был ультрафиолетовым лазерным лидаром прямого обнаружения, состоящим из трех основных элементов: передатчика, объединенного узла приема обратного рассеяния Mie и Rayleigh, и телескопа Кассегрена с диаметром. Приемник Mie состоял из интерферометра Fizeau с разрешением 100 МГц (эквивалентно 18 м/с). Полученный сигнал обратного рассеяния формировал линейную интерференционную полосу, положение которой напрямую связано со скоростью ветра; скорость ветра определялась по положению центра этой полосы с точностью, превышающей одну десятую разрешения (1,8 м/с).

Запуск

Aeolus был разработан для обеспечения совместимости с широким спектром малогабаритных ракет-носителей, таких как Vega, Rokot или Dnepr. В ноябре 2013 года ESA запланировала запуск на ракете VEGA в рамках одного из пяти полетов программы VERTA, однако в 2015 году запуск был перенесен на август 2018 года из-за проблем в разработке лидаров. Запуск состоялся 22 августа 2018 года с космодрома во Французской Гвиане на ракете-носителе Vega в 18:20 по местному времени.

Операции

Спутник был запущен 22 августа 2018 года. Перед включением данных в модели погоды было проведено три месяца испытаний. Год эксплуатации привел к снижению мощности основного лазера. После переключения на второй лазер прибор начал соответствовать целям миссии. В середине 2019 года ESA установила, что ультрафиолетовый лазер теряет мощность: изначально он выдавал импульсы в 65 миллиджоулей после выхода на орбиту, но эта энергия снизилась на 20–30% в первые девять месяцев и уменьшалась на один миллиджоуль в неделю к маю 2019 года. Тогда ESA приняла решение переключиться на резервный лазер, который ранее не использовался, что дало возможность завершить запланированный трехлетний срок службы спутника. В отчете также отмечалось, что для поддержания орбиты на высоте 320 км требовалась еженедельная коррекция, что ограничивало срок службы спутника запасом топлива. Спутник поддерживался общеевропейским сотрудничеством Aeolus DISC (кластер данных, инноваций и науки), направленным на повышение качества данных. Aeolus DISC совершил перелеты протяженностью в тысячи километров от Гренландии до Кабо-Верде для калибровки и валидации данных, полученных Aeolus. Aeolus также поддерживался международным сотрудничеством JATAC (Joint Aeolus Tropical Atlantic Campaign), которое проводило измерения с использованием наземных дистанционных приборов, в частности лидаров, дронов и радиозондов, прикрепленных к метеорологическим шарам. Эти измерения использовались для калибровки и валидации данных, полученных Aeolus. 30 апреля 2023 года все штатные операции были завершены в преддверии серии мероприятий по завершению срока службы. Планировалось управляемое возвращение в атмосферу. Aeolus вошел в атмосферу над Антарктидой 28 июля 2023 года.

Влияние

В 2020 году сообщалось, что данные, полученные с помощью Aeolus, позволили ECMWF частично компенсировать сокращение измерений с коммерческих самолетов в начале пандемии COVID-19. В сентябре 2021 года, спустя три года после запуска, Aeolus значительно превзошел ожидания и был признан выдающимся успехом. Он был разработан как исследовательская миссия с целью демонстрации возможностей новой лазерной технологии для получения вертикальных профилей ветра на Земле. Эти измерения были крайне востребованы, в частности, Глобальной наблюдательной системой Всемирной метеорологической организации – согласованной системой методов и средств для проведения метеорологических и экологических наблюдений в мировом масштабе. Это может даже повысить точность прогнозов ураганов, особенно в Тихом и Индийском океанах, где данные разведывательных самолетов недоступны. С момента начала использования данных Aeolus в ECMWF в 2020 году спутник стал одним из инструментов наблюдения, обеспечивающих наибольший эффект от каждого измерения. Менеджер миссии Aeolus, Томмазо Парринелло, назвал Aeolus «одной из самых успешных миссий, когда-либо реализованных ESA». После завершения текущей миссии в течение десяти лет будет запущена следующая миссия под названием Aeolus 2.