Созвездия наноспутников помогут прогнозировать климат на Земле
Орбитальная группировка из нескольких наноспутников может измерить отраженную энергию планеты с вдвое лучшей точностью, чем традиционный спутник. При правильной организации такие спутниковые созвездия могут предложить более дешевый способ наблюдения Земли, а самое главное, более точный. Так считают исследователи из Массачусетского университета.
Они составили модель, в которую заложили один стандартный спутник с девятью датчиками и сравнили его с кластером из 3-9 нанопутников, где на каждом присутствовал единственный датчик. Модель должна была измерить альбедо, или количество света, отраженного от Земли – показатель того, сколько тепла отражает планета.
Ученые пришли к выводу, что созвездие из семи или большего количества наноспутников смогло рассмотреть одно и то же место на Земле с погрешностью, которая вдвое меньше, чем у одиночного спутника. Такое уменьшение погрешности может значительно улучшить климатические прогнозы.
«Самая большая погрешность при прогнозировании климата возникает из-за неточного определения общего количества исходящего излучения. Это значение очень сложно рассчитать, т.к. важно знать, где на Земле вы находитесь, какой сезон, какое время суток и сколько тепла уходит в землю. Если мы сможем оценивать коэффициент отражения с различных типов поверхностей, как можно чаще и более точно, что группа наноспутников в состоянии делать, то решили бы главную проблему при прогнозировании климата”, – сообщил один из исследователей.
Чтобы точно оценить коэффициент отражения в любом месте на Земле, потребуется одновременные измерения, выполненные с различных углов. Земля не отражает одинаково во всех направлениях. Если смотреть с одного угла, можно недооценить или переоценить, сколько тепла отражается.
Сегодня, расчет альбедо проводят одиночные аппараты с несколькими камерами. Например, стандартный набор состоит из девяти камер, которые проводят съемку Земли. Недостаток этой конструкции в том, что камеры имеют ограниченный вид и они не могут изменить угол наблюдения и могут видеть исключительно в пределах одной плоскости.
Вместо этого, созвездие наноспутников, находящихся близко друг другу, смогут отобразить то же самое место на земле с различных пунктов наблюдения. Каждый может выполнять съемку того же самого места одновременно с различных углов. В течение некоторого времени созвездие покрыло бы всю Землю и предоставило 3-D вид всей планеты, чего еще никто не делал прежде. Кроме того, используя несколько созвездий, можно чаще облетать Землю.
Оценка погрешности
Модель имитировала группу из 3-9 аппаратов, каждый из них снимал одно и то же место одновременно. Необходимо было вычислить альбедо и общее количество исходящего излучения с разных углов и угол падения солнечных лучей. Для каждой группы рассчитывалась ошибка при измерениях, которая сравнивалась со значением, полученным на одиночном спутнике.
Модель обнаружила, что группа из семи или более наноспутников справилась с задачей лучше, чем одиночный аппарат, т.е. в таком варианте присутствовала меньшая погрешность. Точность прогноза улучшилась с количественным увеличением созвездия.
Эта работа имеет важное значение не только для демонстрации возможностей мгновенного измерения альбедо под разными углами, но и для создания точной методики взаимодействия наноспутников в созвездии. Многие говорят, что демонстрационные миссии такого типа начнутся в следующем десятилетии. В настоящее время мультиспутниковые рейсы считаются очень дорогими, потому что необходимо выдержать позицию каждого аппарата по отношению друг к другу с точностью на уровне сантиметра – точность, которая требует дорогих систем управления.
Есть еще одно большое преимущество при подобных наблюдениях Земли: меньше риска. Можно запустить три или больше аппаратов, начать их эксплуатировать, а затем добавить еще три с течением времени. Так можно улучшать эффективность группировки. Далее, если теряется один или два спутника, не происходит потеря целой системы. Если, что-то выходит из строя на большом спутнике, как правило, теряется вся система.
