Аэрозольный лидар CATS

Безусловно, данные метеорологических спутников делают феноменальный вклад в мониторинг облаков, температуры воздуха, влажности и многих других коэффициентов, но исследовать атмосферные аэрозоли* с их помощью не представляется возможным. Изучение аэрозолей, влияющих на погоду и климат в целом, предусматривает зондирования воздуха с помощью потока светового излучения, подобно радару. Собственно в этом и будет заключаться задача CATS.

Система переноса облачных аэрозолей (CATS) является прибором дистанционного зондирования обнаружения и ранжирования света, предназначенный для измерения местоположения, состава и распределения загрязнения, пыли, дыма, аэрозолей и других частиц в атмосфере. Она будет использоваться, чтобы определить высоту, толщину и глубину облачного слоя. CATS должна быть запущена в декабре 2014 года на борту миссии SpaceX CRS-5 Dragon по пополнению запасов и установлена на японском модуле Кибо (Kibo/станция JEM-EF (Japanese Experiment Module-Exposed Facility)) Международной космической станции. Как ожидается, система проработает от не менее шести месяцев и до трех лет. Некоторыми из приложений собранных данных, будет развитие и совершенствование климатических моделей, а также обеспечивая понимание будущих исследований атмосфер Марса, Юпитера и других внеземных атмосфер.

Лазерный излучатель CATS, работает на трех длинах волн (1064, 532 и 355 нм) в диапазоне инфракрасного, видимого и ультрафиолетового света, и совершает 5 тысяч импульсов в секунду с энергией 1 миллиджоуля. Такие параметры намного превосходят возможности существующего подобного инструмента дистанционного зондирования атмосферы, спутника Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO). Использование излучения с длиной волны 355 нанометров позволит не только определить наличие и концентрацию загрязняющих частиц в атмосфере, но и измерить их размеры наряду с измерением горизонтальной и вертикальной плотности их распределения. Датчики системы CATS способны улавливать даже одиночные фотоны отраженного лазерного света, что обеспечивает ей высочайшую разрешающую способность, позволяющую изучать во всех деталях процессы, происходящие в различных слоях атмосферы. метеорологический спутник аэрозоль Данные сенсорных манипуляторов CATS позволят сделать выводы о природе аэрозолей верхних слоёв атмосферы. То есть учёные однозначно смогут сказать, представлены они частичками льда и капельками воды, либо же пылью и загрязнёнными газами. Эти данные чрезвычайно важны для понимания процессов перемещения энергии в атмосфере. Микрочастицы могут поглощать различное количество солнечного света и теплоты из окружающего воздуха и переносить эту энергию, испуская её в другом месте. Исследователи также должны знать, как именно и как часто меняется состав аэрозоля в течении дня. Большинство спутников наблюдения за Землёй находится на полярных орбитах, и, следовательно, пересекают экватор в одно и то же время. То есть невозможно получить данные о составе атмосферы в некий определённый момент дня или ночи. CATS позволит решить и эту проблему.

Сенсорные манипуляторы CATS — это четыре радарных устройства, разработанных специально для исследования атмосферных аэрозолей. Geoscience Laser Altimeter System (GLAS), установленный на ICESat, проводил подобные исследования на протяжении двух месяцев в 2003 году. Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO) осуществляет аналогичные исследования с 2006 года. За это время спутником проведено примерно3 млрд. зондирований. Планируется, что CATS «подхватит» эстафету у CALIPSO и будет эксплуатироваться вплоть до 2021 году, пока не стартует Aerosol-Cloud-Ecosystems (ACE) mission.

Следует заметить, что лазерный сканер спутника CALIPSO излучает мощные импульсы, энергия которых составляет 110 миллиджоулей, с частотой 20 раз в секунду. Система CATS излучает менее мощные импульсы, но следующие с гораздо большей частотой, это является причиной того, что работу системы CATS нельзя будет увидеть во время дня, но ночью ее работу будет видно не хуже, чем работу спутника CALIPSO.

Международная космическая станция является идеальным местом для размещения лазера CATS. Наклон орбиты станции в 51.7 градус позволит при помощи лазера произвести сканирование большей части земной атмосферы один раз за три дня. При этом особо тщательное внимание будет уделяться областям основных транспортных коридоров через Атлантический и Тихий океаны.

*Аэрозоль представляет собой совокупность мельчайших частичек твёрдых веществ и капелек жидкости, которые находятся во взвешенном состоянии в газовой среде, преимущественно в воздухе. Термин относительно новый, но с самим явления знакомы практически все, ведь составляющими облаков, тумана, дыма и смога являются именно аэрозоли. Учёные длительное время ломают голову над изучением этого явления, пытаясь понять его влияние на погоду и климат в целом.