Исследования, Технологии | Олег Брагинский
Изменение климата – одна из наиболее острых из известных проблем современности. Основная причина – повышенные выбросы парниковых газов, которые влияют на экосистему и экономику. Для контроля и снижения эмиссии необходимы точные данные об источниках и объёмах вреда.
Основные факторы, влияющие на климат – парниковые газы: углекислый (CO₂), метан (CH₄) и закись азота (N₂O). Традиционный мониторинг на основе наземных станций и авиационных измерений имеет ограниченный охват и не позволяет получать данные с высокой детализацией.
Космический мониторинг становится ключевым инструментом в борьбе с изменениями. Спутники со спектрометрами и мультиспектральными камерами отслеживают глобальное распределение парниковых газов в атмосфере, глубоко анализируют состояние почвы, водных ресурсов и лесов.
Системы мониторинга парниковых газов используют методы дистанционного зондирования:
- Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR)
Большинство спутников измеряют поглощение солнечного излучения молекулами CO₂ и CH₄ в ближнем ИК-диапазоне. Анализируя спектральные линии, учёные определяют концентрацию газов в столбе атмосферы.
- Лидарные технологии (LIDAR)
Некоторые аппараты, как франко-германский спутник Merlin, используют лазерные импульсы для измерения рассеяния и поглощения света атмосферными газами. Лидары особенно эффективны для мониторинга метана.
- Тепловая инфракрасная спектроскопия (TIR)
В этом диапазоне измеряется тепловое излучение Земли, что позволяет оценивать концентрации газов даже в ночное время. Международный опыт включает спутниковые системы, такие как Sentinel-5P с прибором Tropomi, измеряющим концентрации метана, углекислого и других газов.
Американская миссия JPSS и китайский TanSat дополняют глобальную сеть мониторинга. В России есть собственные перспективные проекты: группировка «Электро-Л» обеспечивает гидрометеорологические данные, спутник «СМОТР-В» от «Газпром СПКА» будет детектировать утечки метана, эксперимент «Дриада» на МКС – изучать концентрации углекислого газа и метана.
Компания SR CMS разрабатывает инновационную систему мониторинга парниковых газов на основе низкоорбитальных спутников для создания объективной системы контроля выбросов. Сервис объединяет данные дистанционного зондирования с информацией от 70 тыс. предприятий.
Преимущества космического мониторинга:
- глобальный охват: отслеживание выбросов в удалённых регионах (тайга, океаны)
- верификация отчётности стран: проверка выполнения Парижского соглашения
- высокая детализация: идентификация точечных источников утечки метана
- непрерывность данных: ежедневные обновления информации.
Вызовы и ограничения:
- погодные условия: облачность мешает измерениям в видимом и ИК-диапазонах
- калибровка данных: необходимо сопоставление с наземными станциями
- высокая стоимость: разработка и запуск спутников требуют инвестиций.
Будущее технологий:
- созвездия спутников (проекты Carbon Mapper, GEOCARB) повысят частоту наблюдений
- наноспутники (GHGSat) уже мониторят утечки метана с разрешением до 25 м
- ИИ-анализ данных поможет автоматически выявлять источники выбросов.
Метан – второй по значимости парниковый газ после углекислого, и его выбросы сложно отследить традиционными методами. Спутники анализируют солнечный свет, прошедший через атмосферу, а спектрометры улавливают уникальные «подписи» газов.
Метан поглощает свет на длине волны 1,65 микрона, что позволяет измерять его концентрацию с точностью до 3 ppb (parts per billion – частей на миллиард). Европейский TROPOMI даёт глобальный охват, но с низким разрешением, а GHGSat и Carbon Mapper видят детали, но на малых площадях.
Космический мониторинг станет стандартом для экоконтроля, поможет верифицировать климатические проекты, обеспечить прозрачность экологической отчётности, а данные можно интегрировать в углеродные реестры. Это критически важно для сохранения климата во всём мире.
SR CMS планирует использовать группировку из 60 малых спутников (кубсатов) на низкой околоземной орбите (400–600 км) для обзора Земли с оперативностью до 1,5 дней. Каждый аппарат оснащён гиперспектрометром, способным идентифицировать газы с точностью до 0,1 нм.
Это позволяет не только фиксировать концентрации парниковых газов, но и локализовать источники выбросов, включая утечки метана в нефтегазовом секторе.
Ключевые преимущества технологии:
- экономичность – использование кубсатов для снижения стоимости запусков
- гибкость – настройка под конкретные вещества (CO₂, метан, аэрозоли)
- оперативность – быстрое развёртывание и обновление данных
- высокое разрешение – до 10 м для точечного анализа.
С развитием технологий космического мониторинга, повышением точности и доступности этого метода, наличие таких проектов в России укрепляет наши позиции в борьбе за устойчивое будущее.