Эксперимент “Дриада” по измерению парниковых газов с борта МКС Патракеев Андрей Институт Космических Исследований РАН
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ • Углекислота CO 2 и метан CH 4 как основные парниковые газы играют важнейшую роль в тепловом балансе тропосферы и формирования климата Земли. Изменение концентрации основных парниковых газов в атмосфере* Вклад основных парниковых газов в повышение температуры* • рост концентрации в атмосфере CO 2 ~1. 5 ppm/год (~1/2 антропогенного поступления), несоответствие объемам выбросов -> сток в океанах и суше • эффективность поглощения теплового излучения земной поверхности метаном в 60 раз выше, чем СО 2 • Для понимания роли природных процессов и человеческой деятельности, регулирующих их атмосферное распределение, необходимы весьма точные и локализированные измерения концентрации. Не хватает охвата и разрешения
Мировой опыт создания аппаратуры космического базирования для исследования парниковых газов NASA Orbiting Carbon Observatory (OCO) • • Орбита – 700 км Масса КА около 440 кг. Три различных спектрометра: 0. 76 мкм (О 2 – канал сравнения), 1. 58 мкм (CO 2 - 1 канал), 2. 05 мкм (CO 2 - 2 канал). Спектральное разрешение ( /D ) - 21000. Заявленная точность – 1 ppm. Пространственное разрешение 1. 5 км. Полоса захвата 10 км. «NASA's Launch of Carbon-Seeking Satellite is Unsuccessful» Feb. 24, 2009 JAXA GOSAT - Greenhouse Gases Observing Satellite Запущен 23 января 2009. Регулярные измерения Участники: Ministry of the Environment (MOE), the National Institute for Environmental Studies (NIES)
КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ДРИАДА «Измерения спектров поглощения земной атмосферы в ближнем ИК диапазоне и восстановление концентраций парниковых газов» Предшественник: РУСАЛКА • Отработка методики регистрации спектров (доклад Лизы) • Пилотный проект не для постоянного мониторинга • Небольшая светосила (удобство ручной работы), недостаточная для измерений на различных типах подстилающей поверхности • При съеме темнового сигнала АОПФ отключался не полностью • Время экспозиции 3 -5, 5 с
КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ДРИАДА «Измерения спектров поглощения земной атмосферы в ближнем ИК диапазоне и восстановление концентраций парниковых газов» НА «ДРИАДА» Спектрометр Высокого Разрешения (СВР) СВР Система Сбора и Обработки Данных (ССОД) ССОД содержит микропроцессорную систему для сбора и обработки спектров, которые затем в сжатом виде передает в БУСД Планируемое время эксплуатации 3 года (2016 -2019 г) Блок Управления и Сбора Данных (БУСД) Формирует команды управления и выдает их в ССОД спектрометра высокого разрешения, а также обеспечивает прием и накопление служебных и научных данных, получаемых от СВР, с последующей их передачей в служебные системы РС МКС для передачи на Землю
СПЕКТРОМЕТР ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ СВР Установка Режимы работы • СВР вне гермоотсека на двухстепенной платформе наведения. • Надир (в режиме мониторинга на светлой стороне орбиты) • Блик (уникальная возможность повысить отношение сигнал-шум) Спектрометр высокого разрешения имеет три канала: 1 – 760 нм (О 2); 2 – 1. 1 -1. 7 мкм (1, 27 мкм (O 2), 1, 31 мкм (Н 2 О), 1, 58 мкм (CO 2), 1, 65 мкм (CH 4)); 3 – фотокамера видимого диапазона для регистрации подстилающей поверхности Оптическая схема канала 1 НА «ДРИАДА» Оптическая схема канала 2 НА «ДРИАДА»
Технические характеристики блоков НА ДРИАДА Технические характеристики СВР Масса, кг, не более Габаритные размеры, мм, не более: 25 Технические характеристики БУСД 450 х400 Питание: –шина питания, Вт, не более 30 Масса, кг, не более Скорость передачи данных, Мбит/с, не более 30 Габаритные размеры, мм, не более: –длина КФ: –разрешение фотоснимков, м/пиксель, не менее 200 –количество элементов в строке, не менее 5000 –поле зрения, не менее 20° ИК СВР: –поле зрения, не более: –спектральный диапазон измерений, нм –спектральное разрешение, / , не менее –относительное отверстие входного объектива (светосила), не менее 15 1 1° от 730 до 1680 25000 f/3 300 –ширина 250 –высота 200 Питание: –шина питания, Вт, не более 25 –шина команд, Вт, не более 25 Объем ЗУ для накопления информации, Гбайт, не менее 128 Объем передаваемой информации в ИУС, Гбайт/сут, не более 6
Разработка спектрометра НА ДРИАДА • Увеличение светосилы спектрометра • Улучшение концентрации энергии на щели спектрометра • Улучшение эффективности дифракции в АО-фильтре за счет поправок в геометрии взаимодействия • Выбор ИК-детекторов последнего поколения с низким уровнем шума • Использование матричного детектора вместо линейного и высокой щели с целью интегрирования интенсивности вдоль щели
ОЖИДАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ • Будет отработана технология создания компактных спектрометров высокого спектрального разрешения и светосилы для работы в открытом космосе; • Для непрерывного покрытия освещенных участков орбит будет получены массивы калиброванных спектров пропускания атмосферы в ближнем ИК диапазоне для надирных измерений для восстановления концентраций парниковых газов; • Благодаря использованию платформы наведения будет набрана уникальная статистика спектров пропускания по наблюдению бликов для последующей обработки в более простом приближении, что позволит повысить точность и достоверность выходных научных данных; • Будут получены массивы концентраций парниковых газов в континентальных районах для различных сезонов в от экватора до ± 52° широты для дальнейшего анализа.
Спасибо за внимание!
Скачать презентацию Эксперимент Дриада по измерению парниковых газов с борта
999428e13b8ff2d45c3aef2ddbbf9594.ppt