کاربرد ماهواره‌ها در پیش‌بینی وضع هوا
نكته قابل توجه در مورد ماهواره‌ها اين است كه در هوای ابري به شرط آنکه آسمان كاملا پوشيده از ابر نباشد مي‌توان اطلاعات زمین را گرفت و ثبت کرد. چنین فعالیت‌هایی را از طريق هواپيما و تصویربرداری هوايي نمي‌توان به دست آورد.
هواشناسي به وسیله ماهواره‌های سنجش از دور
یکی از مهم‌ترین کاربردهای ماهواره‌های سنجش از دور، هواشناسی است. به وسیله ماهواره‌های سنجش از دور، داده‌هاي هواشناسي در مقياسي جهاني گردآوري مي‌شوند که نسبت به داده‌هاي متداول بسيار كامل‌تر هستند.
پيش‌بيني‌هاي وضع هوا نياز به دسترسي سريع اطلاعات منطقه‌اي وسيع دارد و از آنجا كه مشاهدات هواشناسي به سرعت در حال تغيير است، اين اطلاعات بايد تا جایی كه ممكن است، به دفعات جمع آوري شوند. ماهواره‌ها براي تامين اين گونه داده‌ها به دليل پوشش وسيع و دسترسي فوري به داده‌هاي آنها در نوع خود بي نظير هستند.
براي موفقيت در پيش بيني وضع هوا در كوتاه مدت، به خصوص براي پيش بيني جابجايي و توسعه بارندگي در شش ساعت آينده، ارایه يك گزارش مناسب از شرايط جاري وضع هوا ضروري است. در اين خصوص، داده‌هاي تصوير ماهواره‌اي (كه دقت و جزييات رضايت بخشي را براي پيش بيني كوتاه مدت هوا تامين مي كند)، اهميت ويژه‌اي دارند. داده‌هاي تصويري امكان انجام مطالعات سينوپتيكي از وضعيت اتمسفري را فراهم مي‌آورد و مي‌تواند پيش بيني وضعيت هوا بر اساس درك فيزيك اتمسفري و همچنين تجارب گذشته رفتار اتمسفري را ممكن سازد.
اهميت و كاربرد داده‌هاي ماهواره‌اي
تداوم توسعه و بهبود تجهيزات ماهواره‌اي و وابستگي مكاني زياد به استگاه‌هاي هواشناسي در پي كاهش تعداد ايستگاه‌هاي هواشناسي در اقيانوس كه اندازه گيري‌هاي سطحي و بالايي اتمسفر را انجام مي‌دهند، نشان دهنده اهمیت داده‌های ماهواره‌ای است.
در واقع در مناطقي كه انواع متداول مشاهدات سطحي و بالايي اتمسفري اندك بوده يا وجود ندارند (يعني در مناطق اقيانوسي دور از مسير دالان هاي پرواز بين المللي و نيز در مناطق كم جمعيت قاره‌اي)، داده‌هاي ماهواره‌اي اغلب شواهد مربوط به سيستم آب و هوايي جاري يا آينده را تامين مي‌كنند.
در حال حاضر، از مشاهدات ماهواره‌اي به طور منظم در تهيه گزارش وضع هوا و پيش بيني هواشناسي همگام با اندازه‌گيري‌هاي انجام شده در ایستگاه‌هاي زميني، كشتي‌ها، هواپيماها و تجهيزات بالن استفاده مي‌شود. به طور معمول ماهواره هاي هواشناسي، تصاوير باند نور مرئي و باند مادون قرمز توليد مي‌كند. اين تصاوير را معمولاً براي گزارش از وضعيت هوا بوسيله تلويزيون، به نمايش مي‌گذارند.
اهميت نسبي مشاهدات ماهواره‌اي به شرايط آب و هوايي بستگي دارد. هر كار شناس ماهر بايد درك بسيار خوبي از روابط بين اشكال و الگوهاي نقشه‌هاي حرارتي، فشار، رطوبت، و وضعيت هوا يا عدم وجود سيستم‌هاي آب و هوايي داشته باشد. اگر چه رابط بين آنها بسيار خوب تعريف شده است. بدين معني كه كارشناس مي‌تواند نقشه‌هاي تحليلي را تهيه كند، به گونه اي كه متناسب با سيستم‌هاي ابري و بر اساس داده‌هاي ماهواره‌اي باشد.
داده هاي ماهواره هواشناسي به صورت تصويري قادر به نمايش شدت و گستردگي سيستم‌هاي ابري و هم چنين تعيين موقعيت آنها هستند. به هر حال اينگونه داده‌هاي تصويري بايد از سوي كارشناسان مجرب تفسير گردد، لذا مي‌توان با تعيين شاخصهاي ضروري، ميدان‌هاي تقريبا افقي فشار، باد، حرارت و رطوبت، سطوح مختلف تروپوسفر را به نقشه كشيد.
از آنجا كه مدار ماهواره ها بسيار بالاتر از منطقه اتمسفري تحت نفوذ تغييرات آب و هوايي است و با توجه به اين حقيقت كه شاخصهاي مورد نياز مستقيما اندازه گيري نمي‌شوند، بنابراين روش‌هاي كسب اطلاعات در مورد خود اتمسفر محدوديت‌هايي دارد.
نه تنها اندازه، موقعيت و شكل مناطق ابري را مي‌توان با بررسي روشنايي نسبي و بافت تصويري به دست آورد. بلكه براي كسب اطلاعات ساختار عمودي ابرها مي‌توان از تصاوير باند مرئي و مادون قرمز ماهواره‌ها استفاده كرد. در حالي كه روشنايي ابرها در هر تصوير باند مرئي به شدت روشنايي خوشيد، و راديو متر (سنجنده) بستگي دارد، روشنايي ابرها در هر تصوير مادون قرمز نيز به حرارت سطح انتشار بستگي دارد بطوري كه هر چه تصوير روشن‌تر باشد، قسمت فوقاني ابر سردتر است. هر تصوير مادون قرمز در بخشي از طيف امواج الكترومغناطيسي به دست مي‌آيد كه اتمسفر در اين ناحيه طيفي، تقريبا نور گذران است؛ بنابراين تابش متصاعد از ابرها و سطح زمين تقريبا بدون اثر و دخالت اتمسفر به ماهواره خواهد رسيد.
ماهواره‌های هواشناسی نظامی
ایده طراحی و ساخت ماهواره‌های هواشناسی نظامی تقریبا همزمان با همنوع‌های غیرنظامی مطرح شد. در بین کشورهای جهان، ایالات متحده قدرتی بلامنازع در طراحی و ساخت ماهواره‌های هواشناسی نظامی شناخته شده است. این کشور از اوایل دهه ۱۹۷۰، با طرح‌ریزی یک برنامه فضایی با نام «برنامه ماهواره‌های هواشناسی دفاعی (DMSP)»، زیر نظر وزارت دفاع این کشور، گام‌های مهمی در این زمینه برداشته است. ظاهرا سایر کشورهای جهان در این حوزه فعالیت‌های مدون و سازمان‌یافته‌ای نداشته‌اند و بیشتر اطلاعات موجود در زمینه ماهواره‌های هواشناسی به فعالیت‌های آمریکا ختم می‌شود.
برنامه ماهواره‌های هواشناسی دفاعی آمریکا
ماهواره‌های هواشناسی که تحت برنامه فضایی دی.ام.اس.پی، طراحی و ساخته شده‌اند، از دقت بسیار بالایی در دیده‌بانی رویدادهای موثر در وضعیت هواشناسی زمین برخوردار است. این ماهواره‌ها قادر به تشخیص کوچک‌ترین اشیاء روی زمین در حد و اندازه‌های یک تانکر نفتی هستند. مضاف بر این‌که، این ماهواره‌های نظامی، تنها ماهواره‌هایی هستند که مجهز به سامانه‌های دیده‌بانی در شب هستند. برخی از دیدنی‌ترین تصاویر ماهواره‌های گرفته شده از زمین در شب متعلق به ماهواره‌های DMSP است. این ماهواره‌ها قادر به ردیابی چراغ‌های شهر، آتشفشان‌ها، آتش‌سوزی، رعد و برق، شهابسنگ‌ها، میدان‌های نفتی و همچنین شفق‌های قطبی شمال و جنوب هستند. ماهواره‌های هواشناسی نظامی به کمک سنجنده‌های فروسرخ و حسگرهای حرارتی می‌توانند علاوه بر ردیابی آتش‌سوزی‌ها در شب یا روز، منابع بالقوه آتش‌سوزی در زیر زمین را نیز تشخیص دهند. بررسی آتشفشان‌های روی زمین و تشخیص ابرهای باران‌زا از ابرهای تشکیل‌شده بر فراز قلل آتشفشانی از جمله توانایی‌های این ماهواره‌ها به شمار می‌روند. ماهواره‌های متعلق به برنامه DMSP در جریان آتش‌سوزی‌های چاه‌های نفت کویت در جریان جنگ این کشور با عراق بیش از ۶۰۰ تصویر دقیق از این حادثه گرفت و توانست نشست میلیون‌ها گالن نفت خام را در آب‌های خلیج‌فارس و گستره آن را ردیابی کند.
برنامه فضایی DMSP چگونه آغاز شد؟
در طول دهه ۱۹۶۰، برنامه‌های زیادی در ارتش آمریکا طرح‌ریزی شد که یکی از این برنامه‌ها، طراحی و ساخت ماهواره‌های هواشناسی نظامی بود. در آن سال‌ها کنگره آمریکا، بودجه قابل توجهی را به این امر اختصاص داد. اما در خود ارتش به جز تعداد معدودی، هیچ کس از ماهیت این برنامه اطلاعاتی نداشت. ارتش به دنبال آن بود تا با استفاده از داده‌هایی که از این ماهواره‌ها به دست می‌آید در عملیات‌های نظامی و سایر برنامه‌های مرتبط با آن به طور موثر استفاده کند. در زمانی که این پروژه آغاز شد، به کمک سنجنده‌هایی که در ماهواره‌های اولیه به کار می‌گرفتند می‌توانستند از پوشش‌های ابری در جو زمین نقشه‌برداری رادیویی انجام دهند و توانستند فیلم‌ها و تصاویری با کیفیت بالا بگیرند. در ابتدا این فیلم‌ها بر اساس سامانه بازگشت فیلم به زمین می‌رسیدند؛ به گونه‌ای که تصاویر و فیلم‌های گرفته شده توسط این ماهواره‌ها به کمک یک کپسول به زمین باز می‌گشت و بازیابی می‌شدند. مدار گردش ماهواره‌های این سیستم، یک مدار خورشید آهنگ بود. به طوری که این دوره گردش این ماهواره‌ها به دور زمین ۱۰۱ دقیقه بود و در هر ۲۴ ساعت تقریبا ۳.۱۴ بار به گرد زمین می‌چرخیدند. به این شکل این ماهواره‌ها قادر بودند در هر شبانه‌روز دو بار از فراز یک منطقه در روز عبور کنند و کل سطح زمین را پوشش دهند. در نسل‌های بعدی ماهواره‌های DMSP، تصاویر به زمین رله می‌شدند و دو ایستگاه زمینی تصاویر را دریافت و بازخوانی کرده و برای بخش‌های مختلف در ارتش آمریکا ارسال می‌شدند. این داده‌های تصویری پس از پردازش، موزائیک شده و خروجی آنها در اختیار بخش‌های عملیاتی ارتش برای استفاده در عملیات‌ها قرار می‌گرفتند. پس از آن با پیشرفت سامانه‌های مربوط به حسگرهای فروسرخ، این امکان برای ماهواره‌های هواشناسی نظامی ایجاد شد که بتوانند در شب هم به فعالیت و جمع‌آوری داده بپردازند. در حال حاضر نسل پنجم ماهواره‌های DMSP در مدار زمین قرار دارند و این ماهواره‌ها تاکنون اطلاعات بسیار ارزشمندی از وضعیت آب و هوای زمین به دست آورده‌اند. البته داده‌های این ماهواره‌ها محرمانه بوده است و از دسامبر ۱۹۷۲، تنها دانشمندان و مهندسان نظامی حق دسترسی به این داده‌ها را دارند. در ژوئن ۱۹۹۸ نیز به موجب قراردادی که مابین ارتش آمریکا و سازمان ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) به امضاء رسید برای کاهش هزینه‌ها، وظیفه کنترل و نگهداری این ماهواره به این سازمان محول شد.
تاریخچه پرتاب ماهواره‌های DMSP
برنامه فضایی ماهواره‌های هواشناسی نظامی آمریکا در ابتدا با نام «برنامه ۳۵» شناخته می‌شد. نخستین ماهواره از این برنامه در ۲۳ اوت ۱۹۶۲ توسط پرتابگر اسکات ایکس۲، از پایگاه فضایی واندنبرگ به فضا پرتاب شد. البته کمی قبل‌تر از آن در ۲۴ می همان سال دو ماهواره از این برنامه فضایی در راه تزریق به مدار ناموفق بودند. به طور کلی از 5 ماهواره اولیه این برنامه که توسط موشک اسکات به فضا پرتاب شدند، سه مورد با شکست مواجه شد. پس از آن برای پرتاب ماهواره‌ها از موشک «تور» بهره گرفتند و بین سال‌های ۱۹۸۲ تا ۱۹۹۵، در مجموع ۸ پرتاب توسط موشک «اطلس.ای» انجام شد. نسل بعدی ماهواره‌های DMSP، بین سال‌های ۹۷ تا ۲۰۰۳ توسط پرتابگر «تایتان۲» انجام پذیرفت و یکی از ماهواره‌ها را هم موشک «دلتا۴» در مدار زمین قرار داد. ماهواره DMSP–F18، آخرین نمونه از ماهواره‌های هواشناسی نظامی آمریکا است که در ۱۸ اکتبر ۲۰۱۲ توسط پرتابگر اطلس۵ به فضا ارسال شد. در آخرین نسل از این ماهواره‌ها از سامانه پیشرانش جدیدی با نام پیشرانش برودتی استفاده شد که پیش‌بینی می‌شود که در آینده از این فناوری در ماهواره‌ها بیشتر استفاده شود.
