سری ماهواره‌های متئوست (Meteosat) طولانی‌ترین برنامه عملیاتی ماهواره‌های هواشناسی ژئواستاسیونری (ثابت نسبت به زمین) در جهان است. از اولین پرتاب در سال ۱۹۷۷ تا امروز، انواع مختلف ماهواره متئوست بی‌وقفه بالای نقطه صفر درجه طول و عرض جغرافیایی (نقطه گابن در آفریقا) ایستاده‌اند و هر ۱۵ دقیقه یک‌بار عکس کامل از اروپا، آفریقا و بخش بزرگی از اقیانوس اطلس و هند را به زمین می‌فرستند. این ماهواره‌ها نه تنها پیش‌بینی آب‌وهوا را در اروپا از چند روز به چند ساعت دقیق‌تر کردند، بلکه در نجات جان میلیون‌ها نفر در طوفان‌ها، سیل‌ها و موج‌های گرما نقش مستقیم داشته‌اند.
معرفی کامل ماهواره هواشناسی متئوست
ماهواره متئوست خانواده‌ای از ماهواره‌های هواشناسی زمین‌ثابت هستند که توسط سازمان اروپایی بهره‌برداری از ماهواره‌های هواشناسی (EUMETSAT) اداره می‌شوند. برنامه متئوست از سال ۱۹۷۷ با پرتاب متئوست-۱ آغاز شد و تا کنون سه نسل اصلی را پشت سر گذاشته است: نسل اول (Meteosat First Generation یا MFG) که از ۱۹۷۷ تا ۲۰۰۶ فعال بود، نسل دوم (Meteosat Second Generation یا MSG) که از سال ۲۰۰۲ با متئوست-۸ آغاز شد و تا امروز ادامه دارد، و نسل سوم (Meteosat Third Generation یا MTG) که نخستین ماهواره آن (MT freezer MTG-I1 یا متئوست-۱۲) در دسامبر ۲۰۲۲ پرتاب شد و دومین آن (MTG-S1) در سال ۲۰۲۴ به مدار رسید. این ماهواره‌ها در موقعیت زمین‌ثابت ۰ درجه طول جغرافیایی (برای پوشش اصلی اروپا-آفریقا) و گاهی ۴۱.۵ درجه شرقی (برای پوشش اقیانوس هند) قرار می‌گیرند و با چرخش زمین هم‌گام هستند.
متئوست-۱۱ (MSG-4) همچنان عملیات اصلی را انجام می‌دهد، متئوست-۱۲ (MTG-I1) با ابزارهای پیشرفته تصویربرداری و رعد و برق فعال است و متئوست-۱۰ و متئوست-۸ به عنوان پشتیبان عمل می‌کنند. هدف اصلی این ماهواره‌ها ارائه تصاویر هر ۱۰ تا ۱۵ دقیقه یک بار، پیش‌بینی کوتاه‌مدت (nowcasting)، هشدار پدیده‌های شدید، نظارت بر تغییرات اقلیمی و پشتیبانی از مدل‌های عددی پیش‌بینی آب و هوا است. متئوست بخشی از شبکه جهانی ماهواره‌های هواشناسی زمین‌ثابت است که با GOES آمریکا، Himawari ژاپن، Fengyun چین و Electro-L روسیه همکاری می‌کند.
ساختار فنی و اجزای اصلی ماهواره
ساختار ماهواره‌های نسل دوم و سوم متئوست بر پایه بدنه استوانه‌ای چرخان است. نسل دوم (MSG) بدنه‌ای به قطر ۳.۲ متر و ارتفاع ۴.۳ متر دارد و جرم پرتاب آن حدود ۲۰۰۰ کیلوگرم است. بدنه اصلی استوانه‌ای است که با هزاران سلول خورشیدی سیلیکونی پوشیده شده و قدرت متوسط ۶۰۰ وات تولید می‌کند. بخش بالایی شامل پلتفرم ابزارها و آنتن‌ها است. سیستم پیشران یکپارچه از سوخت هیدرازین برای مانورهای حفظ موقعیت استفاده می‌کند.
در نسل سوم (MTG)، طراحی دوگانه است: ماهواره‌های تصویربرداری (MTG-I) و صوتی (MTG-S). بدنه مکعبی‌تر با پنل‌های خورشیدی دوباله است که قدرت بیش از ۲ کیلووات تولید می‌کنند. جرم پرتاب حدود ۳۸۰۰ کیلوگرم است و عمر طراحی ۸.۵ سال با ذخیره سوخت برای ۱۵ سال است. اجزای اصلی شامل زیرسیستم قدرت، کنترل حرارتی، مدیریت داده، پیشران شیمیایی و الکتریکی، و پلتفرم ابزارها هستند.
شروع برنامه متئوست در دل آژانس فضایی اروپا
پس از موفقیت بزرگ ماهواره‌های آمریکایی GOES و ژاپنی Himawari، پنج کشور اروپایی (فرانسه، آلمان، ایتالیا، بریتانیا و بلژیک) در سال ۱۹۷۲ تصمیم گرفتند به‌جای خرید داده از آمریکا، ماهواره هواشناسی مستقل خودشان را بسازند. آژانس فضایی اروپا (ESA) پروژه را رهبری کرد و سازمان هواشناسی اروپا EUMETSAT در سال ۱۹۸۶ برای بهره‌برداری عملیاتی تأسیس شد.
اولین نسل ماهواره متئوست (Meteosat First Generation یا F1 تا F7) به شکل استوانه چرخان (Spin-stabilized) بودند و فقط سه کانال تصویربرداری (مرئی، مادون قرمز و بخار آب) داشتند. آخرین فروند این نسل، متئوست-۷، هنوز هم به عنوان ماهواره پشتیبان در مدار ۱۰ درجه غربی کار می‌کند!
نسل دوم: MSG – انقلابی به نام اسپینینگ بهبودیافته
در سال ۲۰۰۲، ماهواره هواشناسی متئوست نسل دوم (Meteosat Second Generation یا MSG) با نام‌های رسمی Meteosat-8 تا Meteosat-11 به فضا رفت. این ماهواره‌ها:
- ۱۲ کانال طیفی (به جای ۳ کانال)
- رزولوشن ۱ کیلومتر در کانال مادون قرمز (به جای ۵ کیلومتر)
- تصویربرداری هر ۱۵ دقیقه (به جای ۳۰ دقیقه)
- اولین بار قابلیت تشخیص خاکستر آتشفشانی، مه و ابرهای بسیار نازک
متئوست-۱۱ که در جولای ۲۰۱۵ پرتاب شد، هنوز ماهواره اصلی عملیاتی اروپا است و تا سال ۲۰۳۰ کار خواهد کرد.
نسل سوم: MTG – آینده‌ای که همین امروز آغاز شده
در دسامبر ۲۰۲۲، اولین ماهواره نسل سوم متئوست (Meteosat Third Generation Imager یا MTG-I1) با موشک آریان ۶ پرتاب شد و از فوریه ۲۰۲۴ وارد خدمت کامل شد. این نسل یک جهش کوانتومی است:
- ۱۶ کانال طیفی (شامل اولین کانال مادون قرمز ۲.۲۵ میکرومتر برای تشخیص آتش‌سوزی)
- رزولوشن ۰.۵ کیلومتر
- تصویربرداری هر ۱۰ دقیقه برای اروپا و هر ۱۵ دقیقه برای کل دیسک
- اولین بار در جهان: حسگر صاعقه (Lightning Imager) که هر ثانیه ۱۰۰۰ صاعقه را در کل آفریقا و اروپا رصد می‌کند
- عمر طراحی ۱۵ سال (به جای ۷ سال نسل قبلی)
دومین ماهواره این نسل، MTG-S1 (با ابزار مادون قرمز صوتی برای پروفایل عمودی جو) در سال ۲۰۲۴ پرتاب شد و سومین فروند تا سال ۲۰۳۰ تکمیل خواهد شد.
موقعیت مداری و پوشش بی‌نظیر
تمام ماهواره‌های اصلی متئوست در مدار ژئواستاسیونری ۳۵۷۸۶ کیلومتری بالای استوا در طول جغرافیایی صفر درجه (دقیقاً بالای خلیج گینه) قرار دارند. این موقعیت باعث می‌شود:
- تمام اروپا، کل آفریقا، خاورمیانه و بخش بزرگی از اقیانوس اطلس و هند را به‌طور دائم ببینند
- تصاویر «دیسک کامل زمین» هر ۱۵ دقیقه یک‌بار بگیرند
- تنها منطقه‌ای که پوشش ضعیف دارد، اسکاندیناوی شمالی و گرینلند است (که با ماهواره‌های قطبی تکمیل می‌شود)
نقش ماهواره هواشناسی متئوست در نجات جان انسان‌ها
- طوفان لوتار و مارتین (دسامبر ۱۹۹۹): پیش‌بینی دقیق ماهواره متئوست-۷ باعث تخلیه به‌موقع در فرانسه و آلمان شد
- موج گرمای ۲۰۰۳ اروپا: هشدارهای متئوست-۸ جان ده‌ها هزار نفر را نجات داد
- فوران آتشفشان ایجافجالایوکوتل ایسلند ۲۰۱۰: تصاویر خاکستر متئوست-۹ باعث بستن به‌موقع آسمان اروپا شد
- طوفان دنیل در لیبی (سپتامبر ۲۰۲۳): پیش‌بینی ۷۲ ساعته MTG-I1 باعث شد هزاران نفر از درنه و بنغازی تخلیه شوند
مشخصات فنی ماهواره هواشناسی متئوست نسل سوم (MTG-I)
- وزن پرتاب: ۳۸۰۰ کیلوگرم
- ابزار اصلی: Flexible Combined Imager (FCI) با ۱۶ کانال
- حسگر صاعقه LI که هر ۲ میلی‌ثانیه کل قاره را اسکن می‌کند
- دقت ژئولوکیشن زیر ۵۰۰ متر
- ارسال داده با سرعت ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه
- پنل‌های خورشیدی ۷ کیلووات
وضعیت ناوگان ماهواره هواشناسی متئوست
- Meteosat-11 (MSG-4): ماهواره اصلی در ۰°
- Meteosat-10 (MSG-3): پشتیبان در ۹.۵° شرقی (Indian Ocean Data Coverage)
- Meteosat-8 (MSG-1): پشتیبان قدیمی در ۴۱.۵° شرقی
- MTG-I1: ماهواره اصلی جدید در ۰° (از ۲۰۲۴)
- MTG-S1: در حال تست نهایی در مدار
سنسورهای تصویربرداری و باندهای طیفی
در نسل دوم ماهواره متئوست، ابزار اصلی SEVIRI نام دارد که ۱۲ کانال طیفی را پوشش می‌دهد: چهار کانال مرئی/نزدیک مادون قرمز (VIS 0.6, 0.8, 1.6 و HRV با وضوح ۱ کیلومتر) و هشت کانال مادون قرمز (IR 3.9, 6.2, 7.3, 8.7, 9.7, 10.8, 12.0, 13.4 میکرومتر). کانال‌ها برای تشخیص ابر، بخار آب، دمای سطح، اوزون و آتش‌سوزی استفاده می‌شوند.
در نسل سوم، ابزار Flexible Combined Imager (FCI) جایگزین شده و ۱۶ کانال دارد: هشت کانال مرئی/نزدیک مادون قرمز با وضوح ۰.۵ تا ۱ کیلومتر و هشت کانال مادون قرمز با وضوح ۱ تا ۲ کیلومتر. کانال‌های جدید شامل ۰.۴۴, ۰.۵۱, ۰.۹۱, ۱.۳۸, ۲.۲۵ میکرومتر و مادون قرمز ۳.۸, ۷.۳۵, ۱۳.۳ میکرومتر هستند که تشخیص بهتر آئروسل، خاکستر آتشفشانی و رطوبت را ممکن می‌کنند. زمان اسکن کامل دیسک زمین ۱۰ دقیقه است.
سیستم چرخش و تثبیت موقعیت در مدار
نسل اول و دوم ماهواره هواشناسی متئوست از پایدارسازی چرخشی با سرعت ۱۰۰ دور در دقیقه استفاده می‌کنند. محور چرخش تقریباً موازی محور زمین است و گشتاور زاویه‌ای بالا پایداری ایجاد می‌کند. بخش ابزارها با موتور الکتریکی despin می‌شود تا اسکن خطی انجام شود.
در نسل سوم ماهواره متئوست، طراحی سه‌محوره است و دیگر چرخش ندارد. کنترل وضعیت با چرخ‌های واکنشی، ژیروسکوپ‌ها و پیشران‌های الکتریکی انجام می‌شود که دقت اشاره به زیر ۰.۰۵ کیلومتر در نقطه زیرماهواره‌ای می‌رسد. موقعیت مدار با مانورهای روزانه و هفتگی حفظ می‌شود تا انحراف کمتر از ۰.۵ درجه باشد.
Lightning Imager (LI) نخستین ابزار اروپایی تصویربرداری مداوم رعد و برق در مدار زمین‌ثابت است که روی ماهواره‌های MTG-I نصب شده. این ابزار چهار دوربین CCD دارد که در طول موج ۷۷۷.۴ نانومتر (خط اکسیژن) کار می‌کند و بیش از ۸۰ درصد دیسک زمین را پوشش می‌دهد. وضوح ۴.۵ کیلومتر در نقطه زیرماهواره‌ای و نرخ نمونه‌برداری ۱۰۰۰ فریم در ثانیه است. LI همه انواع رعد و برق (ابر-به-ابر، ابر-به-زمین، داخل ابری) را حتی در روز تشخیص می‌دهد.
