Misja satelitarna Sentinel

Program Sentinel docelowo ma być realizowany przez 6 misji o charakterze operacyjnym, z których każda będzie skupiała się na innym aspekcie obserwacji Ziemi m.in.: monitoring atmosfery, oceanów czy lądu. Misje Sentinel-1, Sentinel-2, Sentinel-3 stanowić będą pary bliźniaczych satelitów „A” i „B”, które będą zlokalizowane na tej samej orbicie po jej przeciwnych stronach. Misję Sentinel-4 będzie tworzyć para bliźniaczych instrumentów, które zostaną zamontowane na pokładzie trzeciej generacji satelitów Meteosat na orbicie geostacjonarnej. Natomiast misję Sentinel-5 będą tworzyć trzy bliźniacze instrumenty zamontowane na pokładzie drugiej generacji satelitów MetOp (satelity meteorologiczne) na orbicie okołobiegunowej. Ostatnią misję ma stanowić samodzielny satelita Senitnel-5P (Precussor), który ma zapewnić ciągłość danych pomiędzy misją Envisat oraz Sentinel-5.

Obecnie w przestrzeni kosmicznej znajdują się trzy konstelacje satelitów:  Sentinel-1 (A i B), Sentinel-2 (A i B), Sentinel-3 (A).

Senitnel-1 obejmuje konstelację dwóch satelitów okołobiegunowych: Sentinel-1A wyniesiony na orbitę 3 kwietnia 2014 r. oraz bliźniaczy satelita Sentinel-1B wyniesiony na orbitę 25 kwietnia 2016 r. Satelity przeznaczone są do obrazowania radarowego SAR (Synthetic Apertre Radar) i stanowią kontynuację misji satelitarnych ERS, Envisat oraz Radarsat.  Na ich pokładzie znajduje się czujnik SAR-C, który rejestruje dane w 4 trybach: pasmowym (Stripmap, SM), intefereometrycznym (Interferometric Wide Swath, IW), szerokim (Extra Wide Swath, EW) oraz falowym (Wave, WV). Czas rewizyty w przypadku jednego satelity wynosił 12 dni, natomiast w przypadku dwóch satelitów skrócił się do 6 dni. Pozyskanie danych jest niezależne od warunków pogodowych, a sama misja przeznaczona jest do:

• monitorowania zakresu lodu arktycznego;
• rutynowego mapowania mórz i pokryw lodowych;
• monitoringu środowiska morskiego, w tym monitorowanie wycieków oleju;
• wykrywania statków (bezpieczeństwo morskie);
• monitorowania powierzchni ziemi;
• mapowania lasów, wody i gleb;
• wspierania pomocy humanitarnej i sytuacji kryzysowych.

Sentinel-2  obejmuje konstelację dwóch satelitów okołobiegunowych znajdujących się na tej samej orbicie w odległości 180° od siebie. Sentinel-2A został wyniesiony na orbitę 23 czerwca 2015 r. zaś bliźniaczy satelita Sentinel-2B został wyniesiony na orbitę 7 marca 2017 r. Satelity pozyskują wysokorozdzielcze zobrazowania wielospektralne przy wykorzystaniu czujnika MSI (MultiSpectral Instrument). Czas rewizyty w przypadku dwóch satelitów wynosi 5 dni.  Rozdzielczość przestrzenna pozyskiwanych obrazów to: 10 m (kanał 2, 3, 4, 8), 20 m (kanał 5, 6, 7, 8a, 11, 12) oraz 60 m (kanał 1, 9, 10). Zasięg ograniczony jest do 84° szerokości geograficznej północnej oraz 56° szerokości geograficznej południowej. Dane pozyskane przez satelity misji Sentinel-2 mogą posłużyć do tworzenia map pokrycia terenu, map wykrywania zmian gruntów i zmiennych geofizycznych. Misja wnosi znaczący wkład w badaniach zmian klimatu, monitoringu obszarów lądowych, zarządzania kryzysowego i bezpieczeństwa.

Misja Sentinel-3 będzie obejmowała konstelację  trzech satelitów, zaś obecnie na orbicie znajduje się satelita Sentinel-3A, który został wyniesiony na orbitę 16 lutego 2016 r. Satelity tej misji będą wyposażone w sensory:

OLCI (Ocean and Land Colour Instrument) – pozyskujący dane w 21 kanałach spektralnych w zakresie od 0,4 do 1,02 µm, rozdzielczość przestrzenna pozyskanych danych wynosi 300 m.

SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer) – pozyskujący dane w 9 kanałach spektralnych w zakresie od 0,55 do 12 µm, rozdzielczość przestrzenna pozyskanych danych wynosi 500 m dla zakresów VIS i SWIR oraz 1 km dla zakresów MWIR i TIR. Służy do globalnego pomiaru temperatury powierzchni morza.

SRAL (Synthetic Aperture Radar Altimeter) – pozyskuje dane w dwóch częstotliwościach Ku i C. Zapewnia dokładne pomiary topograficzne lodu morskiego, lodowców, rzek i jezior. Jest wspierany przez MWR oraz odbiornik DORIS do pozycjonowania orbity.

MWR (MicroWave Radiometer) – działający przy podwójnej częstotliwości 23,8 oraz 36,5 GHz. Służy do pomiaru pary wodnej, zawartości wody w chmurach oraz promieniowania cieplnego emitowanego przez Ziemię.

Celem misji są:

• pomiary topografii mórz i oceanów, wysokość powierzchni morza;
• pomiary temperatury oceanu i powierzchni ziemi;
• pomiary koloru oceanu i powierzchni gruntów;
• monitorowanie topografii  morza i lodowców;
• badanie jakości wody morskiej i monitorowanie zanieczyszczeń;
• monitorowanie wód śródlądowych, w tym rzek i jezior;
• monitoring i modelowanie klimatu;
• monitorowanie zmian użytkowania gruntów;
• wykrywanie pożarów i obszarów spalonych.

Misja Sentinel-4 będzie przeznaczona do monitorowania jakości powietrza, gazów śladowych i aerozoli w całej Europie. Bliźniacze satelity będą wyposażone w instrument UVN (Ultra-violet Visible and Near-infrared) obrazujący w zakresie promieniowania ultrafioletowego, widzialnego oraz bliskiej podczerwieni, zamontowany na platformie trzeciej generacji satelitów Meteosat. Rozdzielczość przestrzenna danych będzie wynosić 8 km.  Głównymi produktami będą dane dotyczące dwutlenku azotu (NO2), ozonu (O3), dwutlenku siarki (SO2), formaldehydu (metanal, HCHO), glioksalu i areozoli. Rozpoczęcie misji planowane jest na 2019 rok. 

Sentinel-5, podobnie jak misja Senitnel-4, również koncentruje się na badaniu jakości powietrza. Główne produkty stanowią dane na temat dwutlenku azotu (NO2), ozonu (O3), dwutlenku siarki (SO2), formaldehydu (HCHO), glioksalu, aerozoli oraz dodatkowo dwutlenku węgla (CO), metanu (CH4) i ozonu stratosferycznego.  Trzy satelity wyposażone w czujnik UVNS (Ultra-violet Visible and Near-infrared ShortWave) zostaną zamontowane na pokładzie drugiej generacji satelitów MetOp. Czujnik ten pozwala na rejestracje promieniowania w 7 zakresach: UV-1 (270-300nm), UV-2 (300-370nm), VIS (370-

500nm), NIR-1 (685-710nm), NIR-2 (745-773nm), SWIR-1 (1590-1675nm) i SWIR-3 (2305-2385nm). Rozpoczęcie misji planowane jest na 2020 rok. 

Sentinel-5P  jest to samodzielna misja satelitarna, poświęcona monitorowaniu atmosfery ziemskiej.  

Misja ma zapewnić ciągłość danych pomiędzy instrumentami GOME na satelicie ERS-2, GOME-2 na satelitach MetOp-A i MetOp-B, SCIAMACHY na satelicie Envisat oraz OMI na satelicie AURA.  Sentinel Precussor zostanie wyposażony w instrument TROPOMI (TROPOspheric Monitoring Instrument) mierzący w 4 zakresach UV, VIS, NIR i SWIR. 

Szczególnie przydatnymi danymi na potrzeby zarządzania kryzysowego mogą okazać się dane pochodzące z misji Sentinel-1 i Sentinel-2. Skanery radarowe (umieszczone na satelitach Sentinel-1) pozwalają na obrazowanie powierzchni ziemi niezależnie od warunków pogodowych tj. deszczu czy chmur, a także pozwalają obrazować powierzchnię ziemi nocą. Dlatego stają się bardzo pomocne w monitorowaniu zagrożeń powodziowych oraz wyznaczaniu zasięgu powodzi czy pożarów. Skanery optyczne (umieszczone na satelitach Sentinel-2) pomimo ograniczeń pogodowych również są przydatne w tego typu analizach.  Dane optyczne wykorzystywane są na potrzeby  zarządzania kryzysowego m.in. pod kątem detekcji powodzi, pożarów, osuwisk oraz erupcji wulkanów, wspomagając ich monitoring.  Istotną kwestią w przypadku konstelacji satelitów Sentinel jest krótki czas rewizyty,  w przypadku dwóch satelitów Sentinel-1 jest to 6 dni, natomiast w przypadku satelitów Sentinel-2 – 5 dni. Czas jest bardzo ważnym aspektem w fazach zarządzania kryzysowego, dlatego zapewnienie jak największego pokrycia globu oraz częstotliwości wykonywanych obrazów jest istotnym elementem wspomagającym wiele akcji humanitarnych oraz działania służb ratowniczych w przypadku wystąpienia sytuacji kryzysowych. Misje Sentinel mają charakter operacyjny, tak więc ich celem jest systematyczne dostarczanie danych. Ponadto misje te zapewniają niekoemrcyjne dane o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, które mogą być przydatne w lokalnych analizach. Dane radarowe w trybie pasmowym (SM) rejestrowane są z rozdzielczością 5x5 m dla pasa o szerokości 80 km, w trybie interferometrycznym (IW) –  5x20 m dla pasa 250 km, w trybie szerokim (EW) – 20x40 m dla pasa 400 km oraz w trybie falowym (WM) – 20x20 m i 5x5 m. Natomiast dane optyczne posiadają rozdzielczość: 10, 20, 60 m dla pasa o szerokości 290 km. Szeroki pas obrazowania i krótki czas rewizyty pozwala w jak najszybszym czasie zapewnić ciągłość przestrzenną danych.  Monitoring w aspekcie globalnym może być prowadzony przy wykorzystaniu danych Sentinel-3. Pas obrazowania 1270 km oraz 300 m rozdzielczość przestrzenna pozwalają na obserwację większego obszaru powierzchni ziemi oraz skrócenie czasu pozyskania danych do 1-3 dni.

(źródło: ESA)