O programu Copernicus a družicích Sentinel
Družice Sentinel představují ústřední část evropského programu pro pozorování Země Copernicus, který je řízen ve spolupráci Evropské unie (EU) a Evropské kosmické agentury (ESA). Smyslem tohoto programu pochopitelně není pořizovat družicové snímky pro jejich estetickou krásu, ale pro praktické využití spočívající v poskytování dat a služeb v celkem šesti hlavních oblastech, kterými jsou: území (land), atmosféra (atmosphere), mořské prostředí (marine), klimatické změna (climate change), bezpečnost (security) a krizové řízení (emergency). Díky své komplexnosti tak program Copernicus významně přispívá k našim znalostem o Zemi a jejím životním prostředí. Historie programu Copernicus sahá do roku 1998 kdy na základě požadavku na vznik evropského systému pro kontinuální poskytování dat a navazujících služeb v oblasti životního prostředí a bezpečnosti vznikla iniciativa, jenž o rok později získala název GMES (Global Monitoring for Environment and Security). V roce 2014 byla iniciativa GMES přejmenována na současný název Copernicus. Od svého založení v roce 1998 byly do roku 2020 na budování programu Copernicus vynaloženy náklady v hodnotě 6.7 miliardy Euro, což pro lepší představu odpovídá tomu, jako kdyby každý obyvatel Evropské unie (v její stávající podobě) přispěl částkou 15 Euro. Přístup k datům a službám poskytovaným v rámci programu Copernicus je pro uživatele zdarma (po jednoduché registraci), což umožňuje vývoj dalších navazujících produktů a služeb (včetně komerčních).
V současné době (2021) je v rámci programu Copernicus provozováno pět družicových misí označovaných jako Sentinel-1 až Sentinel-6 a další jsou buď ve fázi příprav, nebo plánování. Většina z těchto misí se skládá vždy ze dvou družic (tzv. constellation) obíhajících na shodné dráze ve vzájemném rozestupu 180°, díky čemuž je možné dosáhnout mnohem vyšší frekvence pořizování dat než v případě použití jedné družice.
Sentinel-1:
Budování družicového (kosmického) segmentu programu Copernicus bylo zahájeno v roce 3.4 2014, kdy byla na oběžnou dráhu Země pomocí rakety Sojuz vynesena družice Sentinel-1A následovaná 25.4. 2016 družicí Sentinel-1B. Oba satelity se pohybují na heliosynchronní dráze o výšce 693 km a sklonem k rovníku 98.6° umožňující pořizování dat pro konkrétní místo na zemském povrchu v periodě 6 dní (při použití pouze jedné družice 12 dní). Zemský povrch je v tomto případě sledován v oblasti mikrovlnného záření o vlnové délce 5.55 cm pomocí radarové aparatury (C-band SAR). Svazek radarového záření je družicí nejprve vyslán směrem k povrchu, od kterého se odrazí a následně je opět družicí přijat (jedná se tedy o tzv. aktivní senzor, kdy zdrojem elektromagnetického záření je sama družice). Z pohledu pozorování Země má „radarové záření“ tu zajímavou vlastnost, že dokáže pronikat oblačností. Na rozdíl od senzorů snímajících v oblasti viditelného a infračerveného záření tak mžeme snímkovat zemský povrch bez ohledu na to, zda je jasno nebo zataženo. Stejně tak je úplně jedno zda je den nebo noc. Data jsou v případě družic Sentinel-1 pořizována ve čtyřech různých módech lišících, které se navzájem liší šířkou snímaného pásu území (od 20 do 400 km) a prostorovým rozlišením (od 5 do 40 m). Radarové snímky mají překvapivě široké možnosti využití, mezi něž patří například sledování pohybu ledových ker v oceánu, průběžný monitoring zemědělských a lesních ploch (např. pro potřeby určení termínu sklizně) či sledování důsledků přírodních katastrof (sesuvy, povodně apod.). Kromě mohou být radarová data využita pro podrobné měření výškových pohybů terénu a to s přesností v řádu jednotek milimetrů (jedná se např. o sledování svahových pohybů, pohybů způsobených sesedáním povrch či poddolováním území apod.).
více informací:
https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-1
https://collgs.czechspaceportal.cz/flotila-druzic-sentinel/sentinel-1/
Sentinel-2
Družice Sentinel-2 pořizují multispektrální obrazová data vysokého prostorového rozlišení (v rozmezí 10 – 60 m) v celkem 12 spektrálních pásmech pokrývajících oblast viditelného, blízkého a krátkovlnného infračerveného záření (490 – 2190 nm). Sentinel-2A byl na oběžnou dráhu vypuštěn 23. června 2015 následován svým dvojčetem Sentinelem-2B o necelé dva roky později (start 7. března 2017). Obě družice se pohybují na shodné heliosynchronní oběžné dráze o výšce 786 km se sklonem k rovníku 98.62°. Díky konstelaci dvou identických družic na stejné oběžné dráze lze data pořizovat v časovém intervalu 5 dní (v případě využití pouze jedné z družic pak 10 dní). Tato perioda se však směrem od rovníku k pólu postupně zkracuje, neboť je potřeba vzít v úvahu skutečnost, že se pásy nasnímaného území směrem k pólům stále více překrývají. V našich podmínkách je tak možné data Sentinel-2 reálně získávat v intervalu přibližně 3 dnů. Šířka nasnímaného pásu území činí v tomto případě 290 km, avšak původní data jsou rozdělena a následně distribuována v podobě tzv. granulí o rozměrech 100 x 100 km. Praktické využití dat Sentinel-2 je skutečně velmi rozsáhlé a zahrnuje takové aplikace, jakými jsou například mapování krajinného pokryvu a jeho změn v čase, sledování stavu zemědělských plodin a lesních porostů až například po sledování znečištění vodních ploch, mapování geologických struktur či hodnocení následků přírodních katastrof.
Více informací:
https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-2
https://collgs.czechspaceportal.cz/flotila-druzic-sentinel/sentinel-2/
Sentinel-3
Podobně jako družice Sentinel-2 snímají i družice Sentinel-3 zemský povrch v oblasti viditelného a blízkého infračerveného záření. Tato data jsou pořizována senzorem OLCI (Ocean and Land Colour Instrument) v celkem 21 spektrálních pásmech při prostorovém rozlišení 300 m a šířce snímaného pásu území 1270 km. Tím tato mise navazuje na činnost družice Envisat (senzor MERIS), kerá na oběžné dráze fungovala v letech 2002 – 2012. Data ze senzoru OLCI jsou pak využívána ke sledování plošně rozsáhlejších jevů (typicky na kontinentální úrovni). Z typických aplikací je možné jmenovat zejména sledování stavu vegetace (lesních a zemědělských porostů), kvality a znečištění vody v mořích a větších jezerech či například monitoring výskytu mořského planktonu. Díky vysokému časovému rozlišení (aktuální data je v našich zeměpisných šířkách možné při použití dvou družic získávat každý den) je také možné sledovat rychle se jevy rychle se měnící v čase – typicky například sledování fenologického vývoje vegetace. Kromě optického senzoru OLCI nesou družice Sentinel-3 také senzor SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer) snímající zemský povrch v oboru viditelného, blízkého a krátkovlnného infračerveného záření (6 spektrálních pásem o prostorovém rozlišení 500 m), a dále i termálního infračerveného záření (3 spektrální pásma o prostorovém rozlišení 1000 m). Primárním využitím dat z tohoto přístroje je určování teploty mořské vody a zemského povrchu (s přesností 0.3 K), které pak může být dále zužitkováno například při mapování mořských proudů či detekci lesních požárů. Třetím přístrojem na palubě družic Sentinel-3 je pak radarový altimetr SRAL (Synthetic Aperture Radar Altimeter) sloužící k mapování topografie mořské hladiny mořského ledu a ledovců s výškovou přesností 3 cm. První z obou družic Sentinel-3 (Sentinel-3A) byla na oběžnou dráhu o výšce 815 km se sklonem k rovníku 98.65° vynesena raketou Rokot 16. února 2016. Družice Sentinel-3B pak následovala 25. dubna roku 2018.
Více informací:
https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-3
https://collgs.czechspaceportal.cz/flotila-druzic-sentinel/sentinel-3/
Sentinel-4
Mise Sentinel-4 je v současné době (2021) zatím chybějícím článkem celého systému Copernicus. Jejím hlavním cílem bude sledování kvality ovzduší a složení zemské atmosféry z geostacionární dráhy, která umožní pořizování dat s velmi vysokým časovým rozlišením (v hodinovém intervalu). Pořízená data umožní stanovení obsahu různých složek atmosféry, jakými jsou například oxid dusičitý, oxid siřičitý, formaldehyd, ozon či aerosoly. V porovnání s ostatními misemi programu Copernicus v tomto případě výjimečně nepůjde o samostatnou družici, ale přístrojové vybavení bude instalováno na palubě družic Meteosat 3. generace (Meteosat Third Generation – MTG). Start první z těchto družic je v současné době plánován na rok 2023.
více informací:
https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-4
https://collgs.czechspaceportal.cz/dalsi-mise-copernicus/sentinel-4/
Sentinel-4 (zdroj: www.esa.int)
Sentinel-4 (zdroj: www.esa.int)
Sentinel-5 a 5P
Stejně jako mise Sentinel-4 je i mise Sentinel-5 primárně zaměřena na sledování kvality a znečištění ovzduší, avšak tentokrát z nízké polární dráhy. Naměřená data je možné použít ke stanovení obsahu různých znečišťujících látek v atmosféře, jakými jsou například oxid dusičitý, oxid siřičitý, oxid uhelnatý, metan, formaldehyd. Protože data tohoto druhu byla požadována mnohem dříve, než mohla být zahájena „plnohodnotná“ mise Sentinel-5, bylo rozhodnuto o vypuštění překlenovací družice Sentinel-5P (P – precursor), jenž byla na oběžnou dráhu vynesena 13. října 2017. Tímto způsobem je zajištěno kontinuální pokračování předcházejících měření realizovaných v rámci jiných (starších) družicových misí. Vlastní mise Sentinel-5 by pak měla být podle aktuálních plánů zahájena v roce 2024. V tomto případě opět nepůjde o samostatnou družici, ale příslušné přístrojové vybavení bude instalováno na palubě meteorologické družice na polární dráze MetOp 2. Generace (MetOP Second Generation – MetOp-SG).
více informací:
https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-5p
https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-5
https://collgs.czechspaceportal.cz/dalsi-mise-copernicus/sentinel-5p/
https://collgs.czechspaceportal.cz/dalsi-mise-copernicus/sentinel-5/
Sentinel-6
Sentinel-6 je v současné době nejnovějším přírůstkem do stále se rozrůstající rodiny družic programu Copernicus. První z plánované dvojice družic, Sentinel-6A, byl na oběžnou dráhu o výšce 1336 km a sklonu k rovníku 66° vynesen nosnou raketou Falcon-9 21. listopadu 2020. Druhá družice (Sentinel-6B) by pak měla následovat v roce 2025. Hlavním cílem mise je velmi přesné měření výšky hladiny moří a oceánů prostřednictvím radarové aparatury, čímž navazuje na činnost starších družic JASON. Zajímavostí je přitom také skutečnost, že kromě evropských institucí (EU, ESA a EUMETSAT) se na přípravě a průběhu mise podílejí také instituce Spojených států amerických (NASA a NOAA). Družice Sentinel-6 pak byla pojmenována na počest Michaela Freilicha (1954 – 2020), amerického oceánografa, který v letech 2006 – 2019 působil ve funkci ředitele pro pozorování Země NASA Earth Science.
více informací:
https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-6_overview
https://collgs.czechspaceportal.cz/dalsi-mise-copernicus/sentinel-6/