W sierpniu 2024 roku Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wystrzeliła Arctic Weather Satellite (AWS) – pierwszego satelitę pogodowego stworzonego według nowatorskiego podejścia „New Space”. Projekt został zrealizowany w ciągu zaledwie trzech lat – rekordowo krótkim czasie, jak na standardy w branży kosmicznej. Już w pierwszym miesiącu swojej pracy AWS potwierdził wyjątkowe możliwości obserwacji ekstremalnych zjawisk atmosferycznych. 5 września urządzenia pomiarowe uchwyciły burzę w Arktyce, a w kolejnych dniach przesyłały obrazy niżu genueńskiego Borys, który wywołał katastrofalne powodzie w Europie Środkowej, w tym w Polsce. Sukces misji otwiera drogę do budowy konstelacji EPS‑Sterna, która ma zapewnić niemal ciągły dostęp do danych meteorologicznych z całego globu.
AUTOR: Rafał Stepnowski
Arctic Weather Satellite to niewielki satelita (waży zaledwie 125 kg) wyposażony w 19-kanałowy mikrofalowy radiometr, umożliwiający opracowywanie pionowych profili temperatury i wilgotności atmosferycznej niezależnie od warunków pogodowych. Wyjątkowość AWS polega na tym, że – w przeciwieństwie do istniejących satelitów geostacjonarnych – jest w stanie skanować powierzchnię Ziemi w obszarach położonych powyżej 60 stopnia szerokości geograficznej. Umieszczenie na orbicie kolejnych platform tego typu pozwoli monitorować regiony Arktyki i Antarktydy z częstotliwości co 4-5 godziny (obecnie działające satelity polarne dostarczają danych z tych obszarów raz na dobę). Co najistotniejsze, osiągnięcie tych celów jest możliwe już w 2028 roku. To zasługa innowacyjnego podejścia New Space.
Zbuduj, testuj, poprawiaj
Arctic Weather Satellite jest pierwszym na świecie satelitą zbudowanym przez agencję kosmiczną w zgodzie z duchem New Space. To rozwiązanie stosowane jest z powodzeniem przez programistów i umożliwia bardzo szybki cykl rozwoju produktu. „(…) zamiast przeprowadzania wielu analiz i demonstracji – co mogło zająć lata – budowaliśmy dany komponent, testowaliśmy go, a gdy się zepsuł, naprawialiśmy i poddawaliśmy kolejnym testom. I tak aż do uzyskania pożądanego efektu”. – wyjaśniają inżynierowie projektu.
Kierując się tą filozofią, Europejska Agencja Kosmiczna określiła jedynie podstawowe wymagania dla satelity z perspektywy użytkownika końcowego. Projekt prowadziło konsorcjum 31 firm z 12 państw członkowskich ESA, a głównym wykonawcą było przedsiębiorstwo OHB Sweden. Zrezygnowano z rygorystycznych procedur i postawiono na iteracyjne projektowanie. Zamiast analiz i dokumentacji – szybkie prototypowanie, testowanie i poprawki. Użyto tańszych, ogólnodostępnych komponentów. Dzięki redukcji kosztów i uproszczeniu procesów, udało się zrealizować misję nie tylko szybciej, ale i znacznie taniej niż w tradycyjnym modelu.
Nowe podejście przyniosło również wiele wyzwań. AWS musiał być kompatybilny z różnymi rakietami nośnymi, więc jego konstrukcja wymagała zastosowania nowatorskich rozwiązań konstrukcyjnych. Przeprowadzono wiele testów środowiskowych i elektromagnetycznych, ponieważ przy tak niewielkich rozmiarach satelity istniało ryzyko, że jego instrumenty pokładowe będą zakłóca pracę radiometru. Zaś sam radiometr to zaawansowany technologicznie komponent, którego opracowanie było dużym wyzwaniem dla producenta. Pomimo tych trudności, projekt zakończono zgodnie z harmonogramem.
Brakujące puzzle
Obrazy, które spłynęły z Arctic Weather Satellite w pierwszych tygodniach po jego uruchomieniu, zostały entuzjastycznie ocenione przez ekspertów z wiodących europejskich instytucji meteorologicznych. Potwierdziła się zdolność satelity do obserwowania zjawisk pogodowych przez warstwy chmur i podczas opadów, czego nie potrafią tradycyjne instrumenty optyczne i podczerwone. Już podczas fazy rozruchowej AWS miał możliwość śledzenia rozwoju niżu genueńskiego Boris, który spowodował katastrofalne powodzie w Europie Środkowej we wrześniu 2024 roku. Animacje oparte na pomiarach „temperatury jasności” precyzyjnie odwzorowały rozkład przestrzenny stref o najwyższej zawartości wilgoci na poziomie 1 km nad ziemią w regionie Węgier, Słowacji i południowej Polski. AWS zarejestrował również układ burzowy w rejonie Arktyki, pomiędzy Grenlandią a Svalbardem, a także burzę konwekcyjną nad Afryką Zachodnią, która została niezależnie potwierdzona przez systemy METEOSAT Trzeciej Generacji.
Dane te trafiły do Europejskiego Centrum Średnioterminowych Prognoz Pogody (ECMWF) oraz służb hydrologiczno-meteorologicznych we Francji, Anglii, Niemiec czy Finlandii. Eksperci są zgodni co do tego, że choć AWS jest pojedynczym satelitą demonstracyjnym, to pozyskiwane za jego pomocą dane już teraz mogą przyczynić się do poprawy jakości modeli numerycznych i prognoz globalnych. „Arctic Weather Satellite jest świetnym przykładem potencjału małych satelitów meteorologicznych. Nasze wstępne wyniki są bardzo obiecujące dla globalnych prognoz pogody. Jeśli te predykcje się sprawdzą, z pewnością będziemy wykorzystywać dane operacyjnie z AWS w naszych opracowaniach. To również doskonała wiadomość dla planowanej konstelacji EPS-Sterna, która znacznie poprawiłaby zasięg czasowy obserwacji satelitarnych na całym świecie”. – zaznaczył Niels Bormann z ECMWF.
W stronę konstelacji
AWS to tylko początek – misja miała pokazać, że opracowana technologia umożliwia budowę konstelacji satelitarnej zapewniającej ciągły dostęp do danych meteorologicznych w czasie rzeczywistym. „Koszt uruchomienia sieci takich urządzeń w modelu tradycyjnym jest zaporowy”. – wyjaśnia Ville Tuomas Kangas z Europejskiej Agencji Kosmicznej. – „Udowodniliśmy, że w bardzo krótkim czasie i za bardzo małe pieniądze możliwe jest zbudowanie satelity o wysokiej wydajności”. Koszty i czas produkcji są tak niskie, że ESA planuje zbudować dla EUMETSAT sześć podobnych satelitów do 2028 roku i uruchomić je w roku 2029. Docelowo konstelacja EPS-Sterna ma liczyć 20 obiektów. Program uzyskał pozytywną ocenę kosztów względem korzyści i prawdopodobnie zostanie zatwierdzony latem 2025 roku. W pełni funkcjonująca sieć satelitów, opartych na seryjnym modelu przemysłowym, pozwoli zwiększyć częstotliwość i dokładność prognoz krótkoterminowych oraz umożliwi lepsze monitorowanie zmian klimatycznych.
Artykuł powstał na podstawie materiałów dostępnych na stronie misji https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Meteorological_missions/Arctic_Weather_Satellite.
