Expert o pokroku v předpovídání počasí: Nová družice rychleji varuje nejen před bouřkami

Martin Setvák od studí (od roku 1981) působí v družicovém oddělení ČHMÚ; v letech 1989–2019 oddělení vedl, dnes, kdy je již v důchodu, tam zůstává na menší úvazek. Podílel se na přípravách vstupu ČR do organizace EUMETSAT (2010) a naši zemi tam zastupoval v různých orgánech. Rovněž přednáší o družicích studentům meteorologie na Matematicko-fyzikální fakultě Karlovy univerzity. Většího odborníka na meteorologické družice byste v Česku hledali hodně těžko.

Jak si máme program Meteosat představit?

Družice jsou od začátku roku 1977 umístěny nad průsečíkem rovníku a nultého poledníku, přibližně nad Guinejským zálivem. Obíhají na geostacionární oběžné dráze zhruba 36 tisíc km nad povrchem. Evropu nyní pozorují dvě. Družice snímá celý zemský disk, který může ze své pozice vidět – celou Evropu a Afriku, kus Jižní Ameriky, většinu Atlantiku a část Indického oceánu.

Postupně nasnímá Zemi od jihu k severu zhruba za 12,5 minuty. 2,5 minuty se přístroje vrací do výchozí polohy a jede se znova od jihu. Data se rovnou posílají ke zpracování a kontrole do řídicího centra v německém Darmstadtu. A my pak ten tok dat chytáme nepřetržitě, v počítačích se data zpracují do nějakého obrazového standardu. Vytváříme buď obrázky celé zeměkoule ve sníženém rozlišení, nebo si vezmeme menší oblast, kterou přemapováváme do několika standardních projekcí: Evropa, střední Evropa, Česká republika – v kilometrovém rozlišení, Česko i v půlkilometrovém.

Čili družice nepořizuje fotky?

Ne, je to tzv. skenující radiometr. Posílá data intenzity záření, naměřená v několika kanálech, od viditelného světla až po tepelné záření. V podstatě dostáváme čísla, která potom převádíme do obrazové podoby tak, aby byl patrný konkrétní jev – oblačnost, mikrofyzika, saharský prach...

Co vlastně satelit vidí?

Snímá tu vrstvu oblačnosti, kterou má nejblíž, a pokud je někde jasno nebo řídké mraky – cirry, vidí až k povrchu. Plus některé kanály pracují v oblasti absorpce určitých plynů, zejména vodní páry. Ty ukážou proudění vzduchu i tam, kde není žádná oblačnost.

Přesnější výstrahy

Jak z toho pak vzniká předpověď počasí?

Z družicových obrázků samotných se předpovědi nedělají, stejně jako radary slouží hlavně k analýze současného stavu. Na základě toho se můžou upřesňovat krátkodobé předpovědi na nejbližší hodiny, třeba na družici vidíme, jak rychle postupuje fronta od Německa, jestli se rozpouští, nebo zůstává stejně kompaktní, dá se z toho extrapolovat, kdy dojde k nám. Ale konkrétně z družic nevidíme, jestli na té frontě prší nebo jak nebezpečné je to počasí. Dovnitř té bouře nebo fronty vidí pozemské radary.

Předpovědi se dělají pomocí tzv. numerických předpovědních modelů. Ale když předpověď hlásí jasno a na družici vidíme, že se blíží oblačnost, která se nerozpouští, je jasné, že to model Aladin úplně nevychytal. Každý model je na něco citlivější, naši předpovědní kolegové musejí znát, který má v jaké situaci jakou slabinu, a podle toho se přiklonit k jednomu nebo druhému – a průběžně to upřesňují podle družic a radarů.

Vesmírná fronta války: Kyjevu pomáhají západní družice, Rusové vynikají v rušení signálů, popsal ukrajinský expert

Co se zlepší s třetí generací Meteosatu?

Budou dva typy družic. Teď startuje zobrazovací (imager), jaké už máme, nebude to takový skok jako z první generace na druhou. Jde o vývoj dosavadních přístrojů, zlepšení rozlišení, o něco více kanálů. Zemský disk bude snímat častěji, každých 10 minut. A až přibude druhá, stejná družice, bude sloužit jako záložní, ale zároveň bude snímat jen Evropu v rychlejším módu, každé dvě a půl minuty. Toto umí (po pěti minutách) i druhá generace, ale její přístroj to opotřebovává.

Přibudou kanály v rozlišení, které nemají žádné jiné geostacionární družice. Dva z nich slouží pro včasnou detekci požárů, jaký jsme viděli letos v Českém Švýcarsku. Na stávající družici byl ten oheň vidět v pixelu 3×6 km, na té nové generaci to bude 1×2 km. Rozliší už i ohně při pálení čarodějnic. Jakmile někde začne hořet, družice je schopná to detekovat, jednoduchý program vyhodnocuje teploty a vyšle varování.

Na imageru bude navíc nový přístroj pro detekci bleskové aktivity. Z vesmíru bude schopný detekovat jednotlivé blesky i ve dne. Zejména to pomůže v oblastech, které nejsou pokryté radary – v Atlantiku či Africe.

A ten druhý typ?

To bude sondážní družice – sounder. Startovat má roku 2024 a bude skutečně revoluční, přinese data z vertikální sondáže atmosféry, jaká nemáme. Doplní klasickou balonovou sondáž, známou i od nás, kdy se třikrát čtyřikrát denně do atmosféry pouští balony se sondou a měří se všechny možné parametry od země zhruba po výšku 30 km.

To jsou pro numerické modely nejdůležitější údaje, ale sondážních stanic je po světě relativně málo, v některých končinách žádné, tam přichází ke slovu družicová sondáž. Podobné přístroje už fungují na družicích na nízkých oběžných drahách, ale tyto družice přelétají danou oblast jenom dvakrát denně, Evropa má dvě a USA pět. Proto je snahou dostat sondážní přístroje na geostacionární družici, kde budou snímat celý disk každou hodinu. Pokud se nepletu, mají zatím takový pouze Číňané na jedné družici. Sounder také ponese sondážní přístroj pro měření znečištění atmosféry různými plyny a aerosoly.

Kdo evropské družice vyrábí a provozuje?

V Evropě zastřešuje tuto aktivitu organizace EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites – Evropská organizace pro využití meteorologických družic). Postupně se vyčlenila z Evropské vesmírné agentury (ESA), dnes má 30 plných členů. My jsme plným členem od roku 2010, už od roku 1992 ale Československo mělo smlouvu o využívání jejích dat za poplatky – jako první nečlenský stát EUMETSATu. Členy tehdy byly jen západní země. EUMETSAT také družice ve spolupráci s ESA vymýšlí a vyvíjí.

Premium

Sabotáž Nord Streamu a pomoc družic: Ponorku neodhalí, úniky ano, říká pro Blesk expert z Francie

Jak dlouho nová generace vznikala?

Ta družice se vyvíjela asi 10, 12 let od prvních požadavků uživatelů přes první koncepty, které dostala ESA k posouzení. Pak se jednotlivé přístroje zadávají třeba i komerčním subjektům, které s vývojem mají zkušenosti. Pak se všechno zkompletuje na družici, zkontroluje v laboratorních podmínkách, například tepelné testy, vibrace simulující start rakety, kalibrace přístrojů a podobně.

Kdy začne třetí generace sloužit?

Tento imager je úplně nová družice, po startu se počítá s jedenáctiměsíčním obdobím na odzkoušení, kalibraci. Ke koncovým uživatelům by se data měla dostat zhruba v prosinci 2023.

Do té doby musíte čekat?

ČHMÚ se bude podílet na testování nového přístroje, s dalšími osmi nebo devíti státy a celým EUMETSATem. Zaměřit se chceme na družicová pozorování bouřek, bouřkové oblačnosti, na to se specializujeme. Bude to hodně zajímavé období, nevíme, co čekat, ale těšíme se.

Bude to víc práce?

Máme hrozně málo lidí, dohromady čtyři úvazky, některé jsou dělené mezi víc lidí. S nástupem třetí generace bychom zoufale potřebovali jednoho dva navíc, abychom byli schopni zpracovávat veškerá ta data.

Lepší než konkurence

Jak si meteosaty stojí ve srovnání s dalšími velmocemi?

Nejnovější geostacionární družice USA, Japonska a Číny jsou o chlup lepší než meteosaty druhé generace, ta třetí bude zase o kus dál než ostatní. Indické a ruské družice jsou dost pozadu.

Využívá data meteosatů třeba i Afrika, když ji snímají?

Základní data se poskytují komukoli zcela zadarmo, to je v současnosti jednou za hodinu. Za data s vyšší frekvencí se už platí, cena se odvíjí od hrubého národního důchodu dané země. Arabské země platí daleko víc než africké státy kolem rovníku, těm se i častější data poskytují zdarma, ale třeba ve sníženém rozlišení. Oni by stejně nestíhali zpracovat obrovské objemy dat, které z té družice máme.

Jak funguje v oblasti meteorologie mezinárodní spolupráce s dalšími kosmickými velmocemi?

Mezinárodní výměna dat je už naprosto standardní praxe. Bohužel nyní vypadla data z ruských družic, která jsou však dobře nahraditelná jinými. Ale je tam jiný problém: Rusové vynášeli i řadu evropských nebo amerických družic pomocí nosičů Sojuz z Bajkonuru i z Francouzské Guyany, v plánu byla řada startů. Od uložení embarga ruské nosiče vypadly ze hry, nejen pro meteorologické družice. Evropa disponuje menšími raketami Vega C a těžkotonážními Ariane 5, koncem příštího roku by prvně měla startovat šestka, ale jsou tam zpoždění a raket není dost. I další meteosaty kvůli tomu mohou mít zpoždění.

Co firma SpaceX Elona Muska? Ta má raket Falcon 9 docela dost, a podstatně levnějších…

Evropa před několika lety přijala rezoluci, že bude primárně vynášet svoje družice pomocí evropských nosičů. Teď už se o SpaceX také uvažuje, ale musí se odsouhlasit změna doktríny.

Švýcarský nůž na oběžné dráze. Českou minidružici do vesmíru vynese Muskova raketa

Jak dlouho takový satelit vydrží?

Plány třetí generace počítají s 8,5 roku, ale obvykle vydrží déle. Meteosat-8 místo osmi let fungoval dvacet, i když už startovaly další v řadě. Ten nejstarší se pak vždy odsunul nad západní Indický oceán, kde ještě několik let sloužil. I proto, že ty indické a ruské v té oblasti nedosahovaly takových kvalit, pomohlo to meteorologii ve východní Evropě a Africe.

Od čeho se životnost odvíjí?

Záleží, jak rychle se vyčerpá palivo ke korekcím dráhy. Přístroje se opotřebovávají, navíc jsou tak daleko od Země exponované tvrdému kosmickému záření. Nakonec se zbytkem paliva družice navede o něco výše, kde už neohrožuje ty aktivní – na tzv. hřbitovní dráhu, vesmírné smetiště.

Imagery třetí generace budou postupně čtyři a soundery dva. V polovině 40. let je začne nahrazovat čtvrtá generace meteosatů, které zatím nejsou ještě ani na papíře.

Kdyby se start nepovedl nebo se třeba družice nehlásila, je plán B?

To radši nechci řešit. Samozřejmě máme ve výrobě další družice. Druhý imager je zatím plánovaný ke startu někdy koncem roku 2024, možná 25. Každopádně by to znamenalo zpoždění celého programu. V minulosti už se to stalo.“