Družice MTG
Družice MTG
This is editable text!
Systém MTG je rozdělen na dvě samostatné větve, lišící se svým zaměřením a tedy přístrojovým vybavením družic. Družice MTG – Imager („snímkovací družice“, MTG-I) jsou zaměřeny na pořizování snímků Země ve viditelném (VIS), blízkém infračerveném (NIR) až tepelném záření (IR) a na optickou detekci blesků. Družice MTG – Sounder („sondážní družice“, MTG-S) budou zaměřeny na vertikální sondáž atmosféry, zejména pro potřeby numerického modelování a monitorování chemického složení troposféry. Přehled přístrojů pro oba typy družic MTG uvádí následující tabulka.
Přístrojové vybavení družic MTG:
| Družice | Přístroj | Plný název přístroje | Zaměření |
| MTG-I | FCI | Flexible Combined Imager | pořizování snímků Země v 16 kanálech (VIS, NIR i IR) |
| LI | Lightning Imager | optická detekce blesků | |
| DCS | Data Collection and Distribution Service | sběr a předávání dat z automatických stanic | |
| GEOSAR | Geostationary Orbiting Search and Rescue | příjem a retransmise nouzových signálů | |
| RMU | Radiation Monitoring Unit | monitorování okolního vesmírného prostředí | |
| MTG-S | IRS | Infrared Sounder | vertikální sondáž atmosféry, monitorování chemického složení troposféry |
| UVN (Sentinel 4) | Ultraviolet Visible Near-infrared Sounder | monitorování chemického složení troposféry | |
| RMU | Radiation Monitoring Unit | monitorování okolního vesmírného prostředí |
Třetí generace družic Meteosat se zásadně liší od předchozích dvou generací svou konstrukcí. Družice MFG i MSG měly tvar válce a rotovaly rychlostí 100 otáček za minutu podél své osy, rovnoběžné se zemskou osou rotace. Tato rotace zajišťovala stabilizaci družice v prostoru a zároveň byla základem mechanizmu snímání Země. To sice znamenalo poměrně vysokou spolehlivost družic a jejich jednodušší konstrukci, zároveň to ale značně omezovalo možnosti umístění dalších přístrojů na tyto družice. Třetí generace přichází se zcela odlišným konceptem – družice MTG mají tvar nepravidelného kvádru a v prostoru jsou stabilizovány gyroskopicky (systémem pěti interních setrvačníků), což umožňuje umístění více přístrojů na jedinou družici.
První z družic Meteosat třetí generace – MTG-I1, byla vynesena na oběžnou dráhu 13. prosince 2022. Operativně zprovozněna byla 4. prosince 2024, přičemž byla přejmenována na Meteosat-12. Druhá MTG-S1 odstartovala na svou oběžnou dráhu 1. července 2025 a její příprava na operativní zprovoznění (tzv. Commissioning Phase) bude trvat 9 - 12 měsíců. Systém družic MTG bude kompletním (plně operativním) až po vypuštění a zprovoznění druhé družice MTG-I. Jedna z družic MTG-I, umístěná nad nultým poledníkem, bude snímat přístrojem FCI celý zemský disk každých 10 minut; druhá družice MTG-I, umístěná na poloze 9,5° v. d., bude snímat nejsevernější čtvrtinu zemského disku s krokem 2,5 minuty. Družice MTG-S budou umístěny mezi nimi. Start družice MTG-I2 by se měl uskutečnit v roce 2026. Následovat budou ještě družice MTG-S2, MTG-I3 a MTG-I4. Třetí generace Meteosatů by měla sloužit do poloviny až konce 40. let, kdy bude postupně nahrazena čtvrtou generací.
Přístroj FCI
Přístroj FCI, plným názvem Flexible Combined Imager, na družicích MTG-I je 16 kanálovým multispektrálním radiometrem.
Většina radiometrů soudobých meteorologických geostacionárních družic nepořizuje snímek Země najednou, velkoplošnými snímači – jaké se např. používají v digitálních fotoaparátech, ale postupným skenováním zemského disku po obrazových řádcích, resp. skupinách řádků, které jsou při snímání zaznamenávány po jednotlivých obrazových bodech (pixelech). Proto se těmto typům přístrojů říká skenující radiometry. Skenující radiometry geostacionárních družic tedy musí mít možnost měnit směr pohledu ve dvou osách, od východu na západ a od severu k jihu (či opačně). V případě přístroje FCI je Země snímána od východu k západu a od jihu k severu. Toto snímání je zajištěno pomocí dvou rovinných zrcadel s postupně měněným náklonem. Přístroj FCI družic MTG je přímým nástupcem radiometru SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager) družic MSG.
Přístroj FCI má dva základní režimy snímání: Full Disc Scanning Service (FDSS) – snímání celého zemského disku s krokem 10 minut, a Rapid Scanning Service (RSS) – snímání nejsevernější části zemského disku (přibližně ¼ disku) s krokem 2,5 minuty. Pro FDSS je možné se setkat i s alternativním zkráceným označením FDS (Full Disc Service), FSS (Full Scan Service) či FES (Full Earth Scan). Přístroj FCI lze používat v jednom nebo druhém režimu, nikoliv však současně. Z tohoto důvodu je pro zajištění obou služeb (FDSS a RSS) zapotřebí dvou družic.
Jednotlivé spektrální kanály přístroje FCI jsou uvedeny v tabulce níže. Kanály od VIS 0.4 do IR 3.8 pracují ve spektrální oblasti odraženého slunečního záření. Kanály od IR 3.8 do IR 13.3 pracují v tepelném IR pásmu. Kanál IR 3.8 tak v denních hodinách pracuje jak s odraženým slunečním zářením, tak s tepelným vyzařováním. V případě silných požárů se tepelná složka může uplatnit i v kanálech NIR 1.6 a NIR 2.2.
Spektrální kanály přístroje FCI:
| Označení kanálu | Střední vlnová délka [μm] | Rozlišení [km] |
| VIS 0.4 | 0,444 | 1 |
| VIS 0.5 | 0,510 | 1 |
| VIS 0.6 | 0,640 | 1 / 0,5 |
| VIS 0.8 | 0,865 | 1 |
| VIS 0.9 | 0,914 | 1 |
| NIR 1.3 | 1,380 | 1 |
| NIR 1.6 | 1,610 | 1 |
| NIR 2.2 | 2.250 | 1 / 0,5 |
| IR 3.8 | 3,800 | 2 / 1 |
| WV 6.3 | 6,300 | 2 |
| WV 7.3 | 7,350 | 2 |
| IR 8.7 | 8,700 | 2 |
| IR 9.7 (O3) | 9,660 | 2 |
| IR 10.5 | 10,50 | 2 / 1 |
| IR 12.3 | 12,30 | 2 |
| IR 13.3 (CO2) | 13,30 | 2 |
Viditelné kanály VIS 0.4, VIS 0.5 a VIS 0.6 umožňují tvorbu barevných kompozitů v pravých barvách (tzv. "true color"). Viditelné a blízké infračervené kanály slouží ke sledování oblačnosti, vegetace a vodních ploch ve dne. Kanál VIS 0.9 přispívá k odhadu celkové atmosférické vlhkosti ve dne. Kanál NIR 1.3 slouží k detekci velmi řídké cirrovité oblačnosti, některých aerosolů a prachu. Kanály NIR 1.6 a NIR 2.2 poskytují informace o mikrofyzikálních vlastnostech oblačnosti. Kanály NIR 2.2 a IR 3.8 se hodí pro detekci požárů. Kanály WV 6.3 a WV 7.3 se nacházejí v oblasti vlnových délek, kde se uplatňuje absorpce vodní párou, a umožňují tak sledovat vlhkost ve vyšších vrstvách atmosféry. Kanál IR 8.7 slouží ke sledování aerosolů. Kanál IR 9.7 se nachází v oblasti absorpce ozónu. Tepelné kanály IR 10.5 a IR 12.3 se nácházejí v oblasti atmosferických oken, což jsou intervaly vlnových délek, v nichž má bezoblačná atmosféra velkou propustnost, a poskytují informace o teplotě oblačnosti a zemského povrchu. Kanál IR 13.3 se nachází v oblasti absorpce oxidem uhličitým.
Kanály VIS a NIR poskytují data s rozlišením 1 km v nadiru, zbývající kanály v rozlišení 2 km v nadiru. Ve čtyřech kanálech snímá družice navíc ještě s dvakrát lepším rozlišením - 0,5 km (VIS 0.6 a NIR 2.2) a 1 km (IR 3.8 a IR 10.5). Pro oblast střední Evropy, kterou družice snímá již šikmo, je rozlišení deformované ve směru pohledu, pro Českou republiku přibližně na dvojnásobek.
Detailnější informace o přístroji FCI lze nalézt na stránkách organizace EUMETSAT (v angličtině).
Přístroj LI
Přístroj LI, plným názvem Lightning Imager, na družicích MTG-I slouží pro optickou detekci blesků. Je prvím přístrojem tohoto druhu na družicích Meteosat.
Přístroj LI se skládá ze čtyř samostatných detektorů, kamer, které dohromady vidí asi 84 % zemského disku pozorovatelného z geostacionární dráhy. Snímky s rozlišením 4,5 km v nadiru získává z celého zorného pole najednou (tzn. bez postupného skenovacího mechanismu) s frekvencí 1 kHz, a to pouze v jednom úzkém spektrálním kanále se střední vlnovou délkou 777,4 nm. Tato vlnová délka je spektrální čarou atomárního kyslíku, emitovanou při bleskových výbojích. Používá se na všech obdobných přístrojích z důvodu vysokého kontrastu světelného záblesku blesku oproti ostatnímu záření v atmosféře (přirozenému pozadí), což výrazně zvyšuje efektivitu a spolehlivost optické detekce blesků.
Každý snímek se zpracovává na družici v reálném čase pro detekci optických pulsů, které se definují jako náhlé zvýšení energie detekované přístrojem LI v jednotlivých pixelech obrazu v porovnání s pozaďovým snímkem. Detekované optické pulzy jsou kombinací skutečných záblesků a falešného signálu nebo šumu, způsobeného např. mikrovibracemi přístroje nebo vysokoenergetickými částicemi dopadajícími na detektory LI, případně záblesky bolidů. Šum zpočátku převažuje a je ho potřeba odfiltrovat. První filtrace probíhá již na družici, a to kvůli snížení celkového množství dat, která mají být vysílána k dalšímu zpracování do řídícího centra EUMETSATu. Následnou filtrací a doplněním o geografické a kalibrační údaje vznikají data popisující dílčí detekce na úrovni jednotlivých pixelů (v angličtině označované jako events). Tato data jsou následně dále zpracována – slučování do skupin (groups) a jednotlivých blesků (flashes), tvorba akumulovaných produktů převedených do referenční 2 km sítě odpovídající datům z přístroje FCI.
Přes horší rozlišení dat v porovnání s pozemními sítěmi je výhodou optické detekce z družic především možnost kontinuálního snímání bleskové aktivity nad oceány, kde se přirozeně nachází méně pozemních čidel pro detekci bleskových výbojů. Svou podstatou jsou data optické detekce blesků z družic velice odlišná od pozemní detekce a odrážejí spíše celkovou bleskovou aktivitu bez rozlišení toho, jestli se jedná o blesk uvnitř oblaku, mezi oblaky nebo mezi oblakem a zemí. Na rozdíl od pozemní detekce, která není závislá na denní době, je spolehlivost družicové detekce blesků vyšší v nočních hodinách díky většímu kontrastu mezi pozaďovým signálem a optickými pulzy.
Detailnější informace o přístroji LI lze nalézt na stránkách organizace EUMETSAT (v angličtině)