Использование гиперспектральной инфракрасной аппаратуры позволяет решать целый ряд приоритетных задач дистанционного зондирования Земли из космоса, в том числе повышение достоверности краткосрочного и среднесрочного метеопрогноза, исследование глобальных климатических процессов, мониторинг и предупреждение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Бортовой инфракрасный фурье-спектрометр ИКФС‑2 для гидрометеорологических космических аппаратов серии «Метеор‑М»
Аппаратура ИКФС‑2 предназначена для измерения спектров уходящего теплового излучения системы «атмосфера – поверхность Земли» и получения на их основе детальной информации о состоянии и составе атмосферы.
Измеряемые прибором спектры служат исходными данными для решения обратной задачи переноса излучения в атмосфере и позволяют получать следующие виды целевой информации:
-
вертикальные профили температуры и влажности
-
общее содержание и вертикальный профиль (в 2-3 слоях) озона
-
определение температуры подстилающей поверхности (суши и океана), определение температуры и давления на верхней границе облачности, доли покрытия облачностью
-
определение концентраций всех климатически важных газовых составляющих атмосферы, в том числе углекислого газа CO2, метана CH4, закиси азота N2O, озона O3, водяного пара H2O, а также фреонов
-
определение концентрации диоксида серы SO2 в атмосфере в результате вулканической активности
- определение концентрации угарного газа CO в атмосфере в результате лесных пожаров (требуются измерения в диапазоне длин волн вблизи 4,6 мкм)
Фурье-спектрометр ИКФС‑2 состоит из оптико-механического блока, устанавливаемого в открытом космосе на приборной платформе космического аппарата, и модуля электроники, располагаемого в герметичном отсеке.
Наземная радиометрическая и спектральная калибровка фурье-спектрометра ИКФС‑2 проводится на стенде тепловакуумных испытаний Центра Келдыша. Вакуумный стенд оснащен охлаждаемыми жидким азотом криопанелями, имитаторами Солнца и Земли, что позволяет воспроизводить условия работы аппаратуры на орбите.
Фурье-спектрометр ИКФС‑2 в составе космического аппарата «Метеор‑М» № 2 функционирует на орбите с 8 июля 2014 года, подтвердив требуемый срок активного существования. Результаты сопоставления регистрируемых прибором спектров с независимыми спутниковыми измерениями свидетельствуют о надлежащем качестве и стабильности радиометрической и спектральной калибровки. Информация используется для решения задач гидрометеорологического обеспечения.
В 2019 году успешно завершены летные испытания ИКФС‑2 в составе КА «Метеор‑М» № 2-2.
В 2020 году изготовлен прибор ИКФС‑2 для КА «Метеор‑М» № 2-3 и поставлен заказчику.
Ведутся работы по созданию инфракрасных фурье-спектрометров для космических аппаратов «Метеор‑М» № 2-4, № 2-5, № 2-6.
Для гидрометеорологического и океанографического космического комплекса мониторинга Земли четвертого поколения «Метеор‑МП» разрабатывается фурье-спектрометр ИКФС‑3. Важными усовершенствованиями аппаратуры ИКФС‑3 являются расширение рабочего спектрального диапазона до (3,6-15,5) мкм, улучшение качества покрытия поверхности Земли за счет применения многоэлементных фотоприемников и улучшение пространственного разрешения прибора в надире с 30 км до 10‑15 км.
Основные технические характеристики ИКФС‑2
Рабочий спектральный диапазон |
5-15 мкм (667-2000 см-1) |
Спектральное разрешение |
0,4 см-1 |
Спектральная плотность энергетической яркости, эквивалентная шуму |
(0,1-0,5)·мВт·м-2·ср-1·см |
Полоса обзора |
от 1000 до 2500 км |
Пространственное разрешение в надире |
30 км |
Информативность |
600 кбит/с |
Масса |
50 кг |
Энергопотребление в рабочем режиме |
60 Вт |
Маршрут съемки ИКФС‑2 в составе КА «Метеор‑М» № 2 на витках 34007-34015 (полусуточные данные за 27 января 2021 года); ширина полосы обзора – 1500 км; для каждой точки наблюдения регистрируется спектр излучения атмосферы высокого спектрального разрешения (2701 спектральный канал)
Яркостная температура (К) в отдельном спектральном канале 900 см-1 (всего каналов: 2701); измерения ИКФС-2 в составе КА «Метеор‑М» № 2 за 13-16 ноября 2020 г.
