Спутниковый лесоучетчик

4 августа 2022 г. в 11:08 по пекинскому времени (03:08 UTC) с пусковой установки площадки №9 Центра запусков спутников Тайюань был произведен пуск РН «Чанчжэн-4B» (CZ-4B №Y40) с специализированным аппаратом для мониторинга лесов и атмосферы Земли «Гоуман». Вместе с ним на солнечно-синхронную орбиту высотой около 500 км с прохождением нисходящего узла в 10:25 местного времени были запущены два попутных микроспутника.

Наименования, номера и международные обозначения объектов в американском космическом каталоге, а также начальные параметры их орбит приведены в таблице. Соответствие между двумя попутными КА и наблюдаемыми объектами условное.

 

Данные на объекты, запущенные 04.08.2022

Наименование	Номер	Межд. обозн.	Параметры орбиты
			i	Hp, км	Ha, км	P, мин
Гоуман	53346	2022-090A	97.47°	490.4	504.4	94.56
Миньхан шаонянь син	53347	2022-090B	97.47°	487.7	503.5	94.52
Хэдэ-2G	53348	2022-090C	97.47°	487.9	503.2	94.52
Ступень РН	53349	2022-090D	97.51°	282.9	500.2	92.39

 

Основной КА получил имя «Гоуман» (句芒号, Goumang) в результате всекитайского конкурса, объявленного 13 июля 2022 г. В китайской мифологии его носит бог весны и леса – птица с человеческим лицом, путешествующая на двух драконах. До этого спутник имел лишь скучное описательное наименование 陆地生态系统碳监测卫星 (луди шэнтай ситун тань цзяньце вэйсин), что переводится на русский как спутник мониторинга углерода в земной экосистеме и на английский как Terrestrial Ecosystem Carbon Inventory Satellite. От последнего было образовано популярное сокращение TECIS, но в некоторых научных статьях аппарат проходит и под обозначением CTECS. Наконец, встречается и китайское сокращение 碳星 (таньсин), крайне неудачное, так как почти такое же имя носит китайский спутник Tansat (碳卫星, таньвэйсин), к тому же весьма сходный по решаемым задачам с вновь запущенным.

Как известно, в 2020 г. Китай заявил о намерении, во исполнение Парижского соглашения по климату от 12 декабря 2015 г., достичь углеродной нейтральности, то есть сократить до нуля выбросы углекислого газа и его аналогов в процессе производственной деятельности или компенсировать эти выбросы за счет углеродно-отрицательных проектов. Китай, который до сих пор вырабатывает большую часть электроэнергии на угольных станциях, намерен пройти уже в 2030 г. пик выбросов CO₂ и выйти к 2060 г. на углеродную нейтральность.

Как следствие, Китаю необходимы собственные космические средства для мониторинга источников углекислоты и ее «стоков», то есть районов извлечения CO₂ из атмосферы. Огромную роль играют в этом леса, в том числе и в Китае, где они занимают площадь 220 млн га, в том числе 79.5 млн га лесопосадок. Суммарный объем древесины в них оценивается в 17.56 млрд м³, а биомасса – в 18.8 млрд тонн, из которых 9.2 млрд тонн приходится на углерод.

Мониторинг лесов в Китае и в глобальном масштабе – главная задача TECIS, и этим он отличается от предшественников, ориентированных главным образом на атмосферные исследования. В числе этих предшественников следует назвать:

• Специализированный малый спутник «Таньсат» со спектрометром ИК-диапазона для мониторинга уровня углекислого газа в атмосфере Земли, запущенный 22 декабря 2016 г. (см. «Новости космонавтики» №2, 2017);
• Большой КА «Гаофэнь-5», запущенный 9 мая 2018 г. для гиперспектральной съемки земной поверхности и мониторинга земной атмосферы («Новости космонавтики» №7, 2018), и аналогичные ему «Гаофэнь-5» №02, выведенный на орбиту 7 сентября 2021 г. ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/81249.html ), и планируемый к запуску «Гаофэнь-5» №03;
• Большой аппарат для мониторинга атмосферы «Даци-1» ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/83471.html ).

Проект TECIS был утвержден в 2017 г. и реализован в рамках Национального средне- и долгосрочного плана развития гражданской космической инфраструктуры на 2015–2025 гг. силами Китайской исследовательской академии космической техники CAST и Китайской национальной лесной администрации. КА «Гоуман» спроектирован Генеральным департаментом спутников ДЗЗ CAST и описывается как первый в мире комбинированный активно-пассивный аппарат ДЗЗ, осуществляющий лазерные, многоаспектные, спектральные, гиперспектральные и поляризационные измерения с помощью четырех бортовых приборов и специализирующийся на углеродных «стоках». Спутник призван определять биомассу растительности в земных экосистемах и концентрацию аэрозолей в атмосфере, попутно решая вопросы экологии лесов и степей и изучения природных ресурсов.

Отметим, что Европейское космическое агентство планирует на 2025 г. запуск спутника FLEX (FLuorescence EXplorer) аналогичного назначения.

О предстоящем в начале августа старте было объявлено 13 июля, а уточнялись планы, как обычно, с публикацией уведомлений о закрытии районов падения – 29 июля на морской район к югу от Хайнаня и 2 августа на собственную территорию.

КА имеет служебный модуль в виде параллелепипеда с двумя двухсекционными панелями солнечных батарей и модуль полезной нагрузки, в котором доминирует большой оптический телескоп бортового лидара. TECIS является первым китайским КА, на котором он является основным инструментом зондирования Земли.

Лидар, разработанный в 508-м институте CAST, измеряет расстояние до земной поверхности путем излучения лазерного сигнала и регистрации отразившихся фотонов. В применении к лесу регистрируется три уровня отражения: от верхушек деревьев, от ветвей и листвы и от грунта. Лидар спутника TECIS имеет пять отдельных лучей и работает с частотой импульсов 40 Гц, так что за секунду получает информацию от 20 точек на Земле. Радиус наземного «пятна» составляет 55 м, а расстояние между точками – 180 м. По сравнению с лидаром на спутнике «Гаофэнь-7» с частотой импульсов 3 Гц эффективность нового прибора увеличилась в 33 раза.

Многоаспектная мультиспектральная камера – это пассивный инструмент для оценки состояния леса и способности его поглощать CO₂. Фактически в состав прибора входят пять камер, одна из которых направлена в надир, две отклонены на 19°, а еще две – на 41°. Съемка в пяти направлениях позволяет сформировать трехмерную картину; кроме того, три камеры используют стандартный спектральный диапазон, а две наиболее отклоненные оснащены фильтром на красный конец спектра, чтобы наиболее эффективно отслеживать хлорофилл.

Лидар и комплект камер по документам образуют одну полезную нагрузку 508-го института, которая позволяет одновременно вычислить и площадь, и высоту леса. Из-за этого в одних источниках говорится о трех инструментах на борту TECIS, а в других – о четырех.

Гиперспектрометр SIFIS разработки 508-го института предназначен для мониторинга флюоресценции хлорофилла, интенсивность которой непосредственно связана с процессом фотосинтеза, а значит, является и мерой поглощения углекислоты лесами. Процесс флуоресценции описывается английским выражением Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence (SIF), отсюда и название прибора SIFIS (SIF Imaging Spectrometer).

Учитывая, что энергия флуоресцентного излучения составляет лишь порядка 2% от величины отраженной растительностью солнечного света, выявить и измерить ее непросто; тем не менее SIFIS способен выявить полезный сигнал величиной 0.5% от фонового. Вся полоса спектра от 670 до 780 нм разбивается на 1100 каналов шириной по 0.1 нм. SIF-излучение регистрируется на самом краю видимого диапазона спектра, в полосе 735–758 нм. Контрольным является «чуть менее красный» диапазон 682–697 нм. Заявленное спектральное разрешение составляет 0.3 нм, пространственное – 2×2 км в полосе шириной 34 км. Калибровка прибора выполняется по солнечному излучению.

Многоугольная поляризационная камера DPC (англ. Directional Polarization Camera) является модификацией одноименного прибора спутника «Гаофэнь-5», а он, в свою очередь, был усовершенствованным вариантом прибора POLDER-3 на французском спутнике Parasol (см. «Новости космонавтики» №2, 2005). Есть аналогичная камера и на «Даци-1».

Камеру DPC разработал Аньхойский институт оптики и точной механики Хэфэйской исследовательской академии физических наук Китайской АН. Прибор ведет многоугольные (в 35 направлениях) и мультиспектральные поляризационные измерения для получения характеристик аэрозолей (оптическая плотность, коэффициент обратного рассеяния и др.), общего содержания водяного пара и данных по облачному покрову. На спутнике «Гоуман» он используется как вспомогательный инструмент для построения карты горизонтального распределения аэрозолей в атмосфере и получения данных атмосферной коррекции для обработки показаний основных приборов.

Всего имеется 47 различных режимов работы бортовой аппаратуры. КА способен вести попутные наблюдения, если они не противоречат основному заданию, а также может работать автономно, самостоятельно опознавая океан и сушу и строя план работы с учетом освещенности.

Рабочая орбита КА – солнечно-синхронная с наклонением 97.4° и высотой 506 км по принятой в Китае методике расчетов, что соответствует условной средней высоте 503 км в американской системе, связанной с двустрочными орбитальными элементами. Ранее такую орбиту использовали китайские стереотопографические аппараты «Цзыюань-3».

«Гоуман» был выведен на орбиту высотой 497.4 км и 7 августа продемонстрировал свою работоспособность, поднявшись до 498.1 км. В тот же день было объявлено, что наземными станциями в районе Пекина и Кашгара в трех сеансах связи суммарной продолжительностью 25 минут с борта КА было получено 306 Гбайт целевой информации.

Попутный микроспутник «Миньхан шаонянь син» (闵行少年星, Minhang Shaonian Xing) получил свое имя по району Миньхан города Шанхай и относится к категории так называемых «юношеских» спутников. Фактически это достаточно крупный (43 кг) и серьезный аппарат, сделанный для районного управления образования молодым шанхайским стартапом SASTSpace – несколькими днями раньше он дебютировал со спутником «Хуавань Наньюэ», см. https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/84343.html
. Более того, он и по своей научной программе является как бы продолжением основного КА, так как несет гиперспектрометр для регистрации парниковых газов. Отсюда – второе название КА 零碳小先锋 (лин тань сяо сянфэнь), что означает «пионер углеродной нейтральности».

Микроспутник «Хэдэ-2G» (和德二号G, Hede-2G) массой 40 кг создан Пекинской космической технической компанией «Хэдэ» при участии Китайского информационного центра транспорта и связи. Целью его создания является мониторинг судоходства, осуществляемый путем приема в УКВ-диапазоне информационных сообщений стандарта VDES (VHF Data Exchange System).

«Хэдэ-2G» является третьим экспериментальным КА указанных разработчиков (очевидно, после аппаратов с номерами 2E и 2F, запущенных 14 октября 2021 г., см. https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/81659.html
). По основному профилю он имеет второе имя «Цзяотун-4» (交通四号, Jiaotong 4) как четвертый спутник мониторинга трафика с приемной аппаратурой VDES. Помимо этого, КА несет камеру для съемки Земли и связную систему для тестирования протоколов Интернета вещей – как и семь других спутников компании «Хэдэ», запущенных ранее.

Ракета CZ-4B №Y40 была впервые оборудована модулем полетной диагностики и управления двигательной установки, который в будущем будет использоваться для оперативного восстановления ее работы после сбоя в тех случаях, когда это возможно.

Это был 471-й китайский космический пуск, а для ракет семейства «Чанчжэн» («Великий поход») – 430-й по общему счету и 100-й успешный подряд. Что характерно, эти 100 пусков были выполнены всего за 27 месяцев, с 5 мая 2020 г. по 4 августа 2022 г.

Автор: Liss