Будучи основным поглотителем углерода, леса играют важнейшую роль в углеродном цикле и климатической системе. Однако из-за таких факторов, как деградация и вырубка лесов, значительная часть углерода, хранящегося в них, попадает обратно в атмосферу, оказывая пагубное воздействие на окружающую среду.

Чтобы понять, как быстро меняются леса, и, следовательно, устранить последствия этого для нашего климата, крайне важно определить количественные параметры глобального углеродного цикла. Однако в настоящее время во многих частях мира измерения биомассы лесов проводятся плохо. Используя новый метод измерения для получения новой информации о высоте леса и надземной лесной биомассе из космоса, миссия Европейского космического агентства Biomass соберет важные данные, которые помогут уменьшить значительные неопределенности в расчетах запасов и потоков углерода на суше.

Миссия Biomass будет состоять из одной спутниковой платформы на низкой околоземной орбите (LEO), на которой будет установлен радар с синтезированной апертурой (SAR). Картирование биомассы лесов из космоса представляет собой огромную техническую проблему, поскольку леса — это сложные структуры, а различные породы деревьев и плотные пологи затрудняют их измерение из космоса. Прибор SAR спутника Biomass может «видеть» сквозь облачный покров и проникать под полог, что позволяет оценить фактическую биомассу деревьев.

Спутник Biomass был разработан и построен консорциумом из более чем 50 компаний под руководством Airbus UK в качестве генерального подрядчика. Запуск спутника запланирован на апрель 2025 года на ракете Vega-C с европейского космодрома в Куру, Французская Гвиана.

Что такое миссия Biomass и для чего она предназначена

Миссия Biomass является частью миссий по науке о Земле, возглавляемых Директоратом по наблюдению Земли Европейского космического агентства. В рамках группы «Наука о Земле» мы создаем спутники, которые тестируют новые технологии, чтобы определить, являются ли они хорошими кандидатами для оперативного применения.

Миссия Biomass призвана дать представление об углеродном цикле и моделировании климата. Относительно известно, сколько ископаемого топлива потребляется каждый год и сколько CO₂ выбрасывается в атмосферу. Однако менее известно, куда все это девается. Есть три варианта: он остается в атмосфере, накапливается в океанах или поглощается растениями — в основном тропическими лесами. Эти три поглотителя CO₂ очевидны, но определить, сколько CO₂ попадает в каждый из них, довольно сложно. В частности, существует большая неопределенность в отношении количества углерода, хранящегося в лесах.

Одна из основных задач миссии Biomass — измерить количество углерода в лесах. Это достигается путем измерения тонн древесины на гектар. По приблизительным подсчетам, килограмм древесины равен половине килограмма углерода. Еще одна ключевая задача — измерить эволюцию лесов по всему миру. В ходе первого этапа миссии мы составим глобальную карту Земли и измерим количество углерода в ней. Примерно через семь месяцев мы проведем еще одно измерение и определим изменения за это время. Мы увидим, где произошел рост или потеря углерода из-за вырубки лесов и других причин.

О подготовительном этапе миссии

Этот тип миссии относится к группе, известной как «исследовательские миссии», в которых используется технология, специально разработанная для таких миссий. Поскольку эта технология еще никогда не применялась в полетах, на ее разработку, к сожалению, требуется время.

История Biomass началась в 2005 году, когда научное сообщество предложило эту миссию в качестве одного из шести кандидатов на реализацию. В 2012 году Biomass выиграла этот конкурс. Затем была проведена детальная промышленная разработка с двумя европейскими консорциумами, и в начале 2016 года контракт на создание спутника был заключен с компанией Airbus.

Мы столкнулись с рядом технологических проблем, в основном связанных с прибором. Это радарный прибор, которому нужен мощный и очень сложный радарный импульс и, соответственно, усилитель мощности. Усилитель мощности и блок управления прибором было сложно разработать, что привело к задержкам.

Весь процесс тормозился из-за COVID-19. Мы начали тестировать инженерные модели, которые были разработаны и испытаны до того, как мы построили летные модели, когда случился COVID. Люди должны были находиться в лабораториях, но из-за блокировки COVID посещаемость была низкой. В общей сложности COVID обошелся нам примерно в год задержек.

Недавно мы также столкнулись с проблемой запуска в Европе. Однако сейчас все снова идет гладко, и мы готовы к запуску Vega-C.

Что произойдет после запуска

Сразу после запуска будет несколько дней интенсивной работы по запуску спутника. Затем последует шестимесячная фаза «ввода в эксплуатацию», в ходе которой будут проверены системы, проведена их эксплуатация и получены данные.

Затем мы изучим данные и откалибруем прибор, сверяя результаты с реальными, на Земле. Есть участки, в основном в тропических районах, где люди на местности проводят измерения толщины и высоты от дерева к дереву, чтобы оценить количество древесины на участке. Мы пролетаем над этими участками и выполняем алгоритм, чтобы получить результат, который затем сравниваем с данными наземных измерений. В конечном итоге мы адаптируем наши алгоритмы, если это необходимо.

Одна из очень трудоемких частей этого шестимесячного этапа связана с радарным лучом. Диаметр луча радара составляет около 60 км, и в идеале он должен быть очень однородным. Чтобы измерить это, мы пролетаем над калибровочным блоком на земле 20 раз. Это дает хорошее представление о том, как выглядит луч. Мы видим луч радара только раз в три дня, поэтому для того, чтобы получить его очень подробную характеристику, требуется 60 дней.

Через шесть месяцев я и моя команда, а также представители промышленности продемонстрируем наши достижения независимым экспертам, чтобы показать, как работают спутник, прибор и алгоритмы. После этого мы передадим спутник людям, которые будут его эксплуатировать.

Ранее ученые сообщили, что орбитальная дозаправка спутников может продлить срок их службы.

На фото: 12-метровый отражатель из проволочной сетки Biomass. Источник: ESA.