Эксперимент Дриада по измерению парниковых газов с борта МКС Патракеев Андрей Институт Космических Исследований РАН. - презентация

1 Эксперимент Дриада по измерению парниковых газов с борта МКС Патракеев Андрей Институт Космических Исследований РАН

2 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 CO2 ~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 СО2 Для понимания роли природных процессов и человеческой деятельности, регулирующих их атмосферное распределение, необходимы весьма точные и локализированные измерения концентрации. Не хватает охвата и разрешения ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

3 NASA Orbiting Carbon Observatory (OCO) Орбита – 700 км Масса КА около 440кг. Три различных спектрометра: 0.76 мкм (О 2 – канал сравнения), 1.58 мкм (CO канал), 2.05 мкм (CO канал). Спектральное разрешение ( / ) 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 Мировой опыт создания аппаратуры космического базирования для исследования парниковых газов JAXA GOSAT - Greenhouse Gases Observing Satellite Запущен 23 января Регулярные измерения Участники: Ministry of the Environment (MOE), the National Institute for Environmental Studies (NIES)

4 Предшественник: РУСАЛКА КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ДРИАДА «Измерения спектров поглощения земной атмосферы в ближнем ИК диапазоне и восстановление концентраций парниковых газов» 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 3-5,5с

5 НА «ДРИАДА » 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) Система Сбора и Обработки Данных (ССОД) СВР ССОД содержит микропроцессорную систему для сбора и обработки спектров, которые затем в сжатом виде передает в БУСД КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ДРИАДА «Измерения спектров поглощения земной атмосферы в ближнем ИК диапазоне и восстановление концентраций парниковых газов» Планируемое время эксплуатации 3 года ( г) КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ДРИАДА «Измерения спектров поглощения земной атмосферы в ближнем ИК диапазоне и восстановление концентраций парниковых газов»

6 СПЕКТРОМЕТР ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ УстановкаСВР вне гермоотсека на двухстепенной платформе наведения. Режимы работы Надир (в режиме мониторинга на светлой стороне орбиты) Блик (уникальная возможность повысить отношение сигнал-шум) СВР Спектрометр высокого разрешения имеет три канала: 1 – 760нм (О2); 2 – мкм (1,27 мкм (O2), 1,31 мкм (Н2О), 1,58 мкм (CO2), 1,65 мкм (CH4)); 3 – фотокамера видимого диапазона для регистрации подстилающей поверхности Оптическая схема канала 1 НА «ДРИАДА» Оптическая схема канала 2 НА «ДРИАДА»

7 Технические характеристики СВР Масса, кг, не более25 Габаритные размеры, мм, не более:450х450х400 Питание: –шина питания, Вт, не более30 Скорость передачи данных, Мбит/с, не более 30 КФ: –разрешение фотоснимков, м/пиксель, не менее 200 –количество элементов в строке, не менее5000 –поле зрения, не менее20° ИК СВР: –поле зрения, не более: 1 1° –спектральный диапазон измерений, нм от 730 до 1680 –спектральное разрешение, /, не менее –относительное отверстие входного объектива (светосила), не менее f/3 Технические характеристики блоков НА ДРИАДА Масса, кг, не более15 Габаритные размеры, мм, не более: –длина300 –ширина250 –высота200 Питание: –шина питания, Вт, не более25 –шина команд, Вт, не более25 Объем ЗУ для накопления информации, Гбайт, не менее 128 Объем передаваемой информации в ИУС, Гбайт/сут, не более 6 Технические характеристики БУСД

8 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 Разработка спектрометра НА ДРИАДА

9 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.

10 Спасибо за внимание!