Сидзуку

«Сидзуку», яп. しずく, Shizuku (Капля), GCOM-W1 (англ. Global Change Observation Mission — Water 1) — японский спутник дистанционного зондирования Земли. Космический аппарат был запущен 18 мая 2012 года и был рассчитан на пятилетний срок работы. В 2017 году JAXA объявило о полной работопригодности «Сидзуку» и продлении срока работы аппарата до исчерпания ресурса спутника. В 2013 году команде разработчиков и эксплуатантов «Сидзуку» была вручена японская экологическая премия Nikkei Global Environmental Technology Awards.

Научные и практические задачи

Спутник позволяет отслеживать важные геофизические параметры, связанные с температурой воды, снега, льда, влажностью и распределением влаги на поверхности Земли — всё это очень важно для понимания климатических изменений на планете. Микроволновой сканирующий радиометр AMSR-2 позволяет измерять различные параметры воды, водяного пара и определять степень влажности поверхности. Наблюдение за содержанием влаги в почве позволяет давать прогнозы, связанные с засухами и урожайностью сельскохозяйственных культур. Данные о температуре воды в океане позволяют определять повышать эффективность рыбных промыслов. После выхода из строя спутника Aqua «Сидзуку» остался единственным аппаратом, дающим подобную информацию.

История создания

Космический аппарат «Сидзуку» создавался в рамках проекта GCOM (англ. Global Change Observation Mission) — мониторинг глобальных изменений в атмосфере Земли. Целью проекта является отслеживание глобальных климатических изменений в течение 10-15 лет с помощью космических аппаратов, запускаемых каждые пять лет. GCOM-W1 был первым космическим аппаратом, запущенным в рамках проекта GCOM. Вторым стал «Сикисай», запущенный 23 декабря 2017 года. Исследования по программе GCOM являются вкладом Японии в Международную глобальную систему наблюдения Земли GEOSS (англ. Global Earth Observation System of System).

Работы по спутнику «Сидзуку» начались в 2007 году с началом финансирования проекта: было выделено 200 млн дол. Для снижения затрат было решено использовать приборы и системы, ранее зарекомендовавшие себя в уже реализованных проектах. В частности, основой инструмент, установленный на борту, — AMSR-2 — является усовершенствованным образцом прибора, успешно работавшего на космических аппаратах Мидори-2 и Aqua. Предварительный обзор проекта GCOM-W1 проводился в марте 2008 года, а в декабре 2009 года был завершен этап критической защиты. С 30 июля по 4 августа проводились испытания элементов AMSR-2 на тепловое и световое воздействие в условиях вакуума. 2 октября 2008 года было объявлено об успешном окончании испытаний структурной модели GCOM-W1 на вибростенде — испытания подтвердили устойчивость аппарата к перегрузкам, возникающим при старте ракеты-носителя. 4 августа 2010 года было объявлено об успешном испытании системы раскрытия параболической антенны AMSR-2. 10 августа были успешно проведены испытания механизма движения антенны, которая должна колебаться со скоростью 40 раз в минуту. 26 ноября JAXA сообщило об успешном прохождении тестов на электромагнитную совместимость всего оборудования на борту и микроволнового сканирующего радиометра. Таким образом, в 2010 году спутник был окончательно собран и уже весной 2011 прошёл основные наземные испытания, которые продемонстрировали соответствие расчётным параметрам. 12 января 2012 года в космическом центре Цукуба спутник «Сидзуку» был представлен журналистам.

Имя космического аппарата

Изначально проект и космический аппарат назывались GCOM-W1 (англ. Global Change Observation Mission — Water 1). 21 сентября 2011 года был объявлен результат конкурса на имя будущего космического аппарата. В конкурсе приняли участие 20 998 предложений. Победило имя яп. しずく (Shizuku, Капля), которое чаще всего связывали с основной задачей проекта — наблюдение за параметрами океана и концентрации влаги в атмосфере и на поверхности земли.

Запуск на орбиту и функционирование

Запуск

Запуск спутника был произведён 18 мая 2012 года в 01:39 по Токийскому времени (JST) со стартового комплекса Ёсинобу космического центра Танэгасима. Для запуска была использована ракета-носитель H-IIA в конфигурации 202 — это был двадцать первый запуск этой ракеты-носителя. Кроме «SHIZUKU», в космос запускались корейский спутник Arirang-3 (Kompsat—3) и два японских микроспутника SDS-4 и Horyu-2.

Дата старта была объявлена 21 марта 2012 года: для пуска указывалось окно 18 мая с 01:39 до 01:42 токийского времени. 8 мая все спутники были установлены и закрыты головным обтекателем. Подготовка к запуску проходила по плану. Запуск был произведён в соответствии с расчётной циклограммой 18 мая в 1:39:22 JST. Через 16 минут отделился корейский спутник, а через 22 мин 59 с начался самостоятельный полёт Shizuku. Телеметрию на первом витке принимали норвежские станции: Тролль (Антарктида) и Свальбард (Шпицберген). Особенностью данного запуска был манёвр ракеты-носителя на этапе работы первой ступени. Манёвр совершался для того, что бы обеспечить падение частей носителя в заданные районы. Другой особенностью было продолжение работы второй ступени после отделения полезной нагрузки с целью проведения лётных испытаний модернизированного двигателя и систем подачи топлива. В тот же день JAXA объявило о раскрытии солнечных батарей и антенны AMRS-2. На следующий день завершился этап критических операций и спутник начал плановый переход на рабочую орбиту.

28 мая, после серии коррекций орбиты (27—28 мая, 2—3 и 23—24 июня), «Сидзуку» оказался на рабочей солнечно-синхронной орбите с наклонением 98,19° и высотой 689×710 км с местным временем пересечения экватора в восходящем узле 13:30. Достигнув этого положения, GCOM—W1 оказался в числе космических аппаратов ДЗЗ, составляющих так называемый «дневной орбитальный поезд» (англ. A-Train): Aura, Calipso, Cloudsat и Aqua, использующие различные инструменты для «квазиодновременного» наблюдения Земли. До 2014 года японский аппарат стоял «во главе поезда» (перед Aqua), а затем его место занял спутник OKO-2.

Функционирование

4 июля 2012 года Японское космическое агентство представило первые снимки, переданные с борта спутника. 10 августа было объявлено о завершении испытаний оборудования и переходе в рабочий режим. В сентябре был сформирован график представления материалов заинтересованным организациям: с января 2013 года стали предоставляться визуализированные данные температуры, а с мая — геофизические данные. Для этого был запущен специальный сайт gcom-w1.jaxa.jp. В октябре данные, полученные «Сидзуку», стали предоставляться JAMSTEC (Японское агентство по науке и технике в области морской среды), для дальнейшего использования в метеорологических целях. Одновременно началось сотрудничество с Национальным институтом полярных исследований (NiPR): с орбиты предоставлялись данные по ледовой обстановке в Арктике, а данные NiPR о температуре арктических льдов были использованы для калибровки AMSR—2. С 17 мая 2013 года после окончания периода калибровки AMSR—2 JAXA стало предоставлять в обработанном виде восемь типов данных, передаваемых с орбиты. В калибровке принимала участие система океанографических буёв, эксплуатирующаяся Всемирной метеорологической организацией. Среднеквадратичная ошибка измерения температуры океана составила 0,56 °C. 12 сентября был зафиксирован рекорд годового летнего минимума арктических льдов с начала непрерывных космических наблюдений (1981 год), а в конце сентября «Сидзуку» зафиксировал рекордный годовой зимний максимум антарктического морского льда.

17 октября 2013 года команда проекта GCOM получила престижную премию Nikkei Global Environmental Technology Awards за выдающиеся достижения по глобальному наблюдению Земли космическим аппаратом «Сидзуку». В феврале 2014 года NOAA объявило о начале использования данных «Сидзуку» для наблюдения и исследования тропических циклонов. С октября 2015 года заработала система предоставления данных в реальном времени «JAXA Realtime Rainfall Watch». Данные предоставляются с четырёхчасовой задержкой, необходимой для обработки информации, поступающей со спутника. Для доступа достаточно регистрации на сайте службы предоставления информации данных «Сидзуку». 14 декабря 2015 года NASA объявило о прекращении работы космического аппарата Aqua, работавшего на орбите девять лет. С этого момента сканирующий радиометр AMSR—2 на борту «Сидзуки» остался единственным инструментом с подобной функциональностью, работающим на орбите. В мае 2017 года было объявлено, что несмотря на достижение планового срока работы, космический аппарат «Сидзуку» работает без замечаний и срок его эксплуатации продлевается до полной выработки ресурса.

12 июня 2017 года от шельфового ледника Ларсена (Антарктический полуостров, море Уэдделла) откололся айсберг площадью около 5800 км². Благодаря возможностям сканирующего радиометра AMSR—2 удалось наблюдать процесс образования гигантского айсберга в «квазиреальном времени» вне зависимости от времени суток и погодных условий.

Устройство и научное оборудование

Спутник выполнен на стандартной платформе, которую специалисты JAXA называют среднеразмерной: габариты с раскрытыми солнечными батареями и антеннами 5,1×17,5×3,4 метра. Масса в начале полёта 1880 кг, включая 151 кг топлива. EPS — энергетическая система аппарата — выдавала в конце пятилетнего срока функционирования 4,05 кВт, вырабатываемых двумя солнечными батареями. EPS имеет двойное резервирование и должна обеспечивать функционирование спутника при выходе из строя одной солнечной батареи. Ёмкость аккумуляторов, обеспечивающих работу на затенённых участках орбиты, составляет 400 Ач.

Трёхосная ориентация обеспечивается с помощью четырёх маховиков, которые управляются инерциальным блоком IRU. IRU получает данные от блока GPS и звёздных датчиков.

Передачу данных «Сидзуку» производит в X-диапазоне 8245 МГц со скоростью 10 и 20 Мбит/с. Для приёма информации используются станции Свальбард (Норвегия), Кацуура и Цукуба (резервная) (обе Япония) и международная сеть станций прямого приёма. Управление аппаратом происходит по командной радиолинии в S-диапазоне.

AMSR-2

Микроволновой сканирующий радиометр AMSR-2 (англ. Advanced Microwave Scanning Radiometer — 2) является целевой полезной нагрузкой «Сидзуку».

Целями наблюдения AMSR-2 являются характеристики осадков, концентрации водяного пара, температура поверхности моря, скорости ветра, влажности почвы и параметров снежного и ледового покрова. Для этого сканер измеряет микроволновое излучение на шести частотах от 6,9 до 89 ГГц с помощью параболической антенны диаметром 2 м и массой 250 кг, которая обеспечивает сканирование поверхности Земли в полосе шириной 1450 км (угол падения 55°) с периодом 1,5 сек. Принимаемый сигнал имеет вертикальную и горизонтальную поляризацию. Динамический диапазон измерения температуры — от 2,7 до 340 К. Разрешение составляет от 5 до 50 км, период обзора всей поверхности планеты составляет двое суток. На момент запуска параболическая антенна была самой большой подвижной антенной для наблюдения Земли.

Комментарии