علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

بررسی محموله‌های ماهواره‌های پایش گازهای گلخانه‌ای : پیشنهاد یک محموله و تحلیل الزامات پلتفرمی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران
2 سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران
10.22034/jssta.2025.516460.1243
چکیده
کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، یکی از راهکارهای مهم برای مقابله با تغییرات آب‌ و هوایی است که مستلزم پایش دقیق و مستمر است. پایش فضاپایه با توانایی جمع‌آوری اطلاعات جامع و گسترده از متغیرهای اساسی تغییر اقلیم، امکان شناسایی الگوهای تغییرات آب‌وهوایی را فراهم می‌سازد. هدف این مقاله، پیشنهاد یک محموله برای پایش گازهای گلخانه‌ای و بررسی و تحلیل الزامات پلتفرمی مرتبط با آن است. در این راستا پایش فضایی گازهای گلخانه‌ای به عنوان یکی از مهمترین متغیرهای اتمسفری مرتبط با تغییر اقلیم مورد بررسی قرار گرفت. ماهواره‌های طراحی‌شده برای پایش گازهای گلخانه‌ای و محموله‌های آن‌ها از جنبه‌های مختلف نظیر روش‌های سنجش، بودجه‌ی جرم و توان، بررسی و تحلیل شد. سپس، با توجه به محدودیت‌های جرم، توان و پیچیدگی‌ها و هزینه‌ی ساخت، یک محموله‌ی مناسب برای پایش گاز دی‌اکسید‌کربن پیشنهاد گردید. این محموله از فناوری طیف‌سنجی مبتنی بر پراش در باندهای مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز موج-کوتاه برای سنجش غلظت دی‌اکسید‌کربن بهره می‌برد. در این راستا، الزامات اپتیکی محموله از جمله وضوح طیفی، تعداد نمونه‌ها و میدان دید برای دستیابی به وضوح مکانی 1، 10 و 30 کیلومتر محاسبه و ارائه گردید. یک مدل‌سازی حرارتی ساده برای تعیین موقعیت بهینه‌ی رادیاتورهای پلتفرم مورد نیاز انجام شد و چالش‌های حرارتی جهت تأمین الزامات دمایی محموله و نیاز به یک سیستم خنک‌ساز کرایوژنیک بیان گردید. در پایان، حداقل الزامات پلتفرمی برای پشتیبانی از این محموله ارائه شد. نتایج این تحقیق، گامی مؤثر در جهت ورود بخش فضایی کشور به توسعه‌ی ماهواره‌های پایش تغییرات اقلیمی و ظرفیت‌سازی در این حوزه به‌شمار می‌رود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Climate Change 2021: The Physical Science Basis: Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 2021.
[2] A. L. Salvia, W. Leal Filho, L. L. Brandli, and J. S. Griebeler, “Assessing research trends related to Sustainable Development Goals: Local and global issues,” J. Cleaner Prod., vol. 208, pp. 841–849, 2019.
[3] Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability: Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 2022.
[4] S. Zhao, M. Liu, M. Tao, W. Zhou, X. Lu, Y. Xiong, F. Li, and Q. Wang, “The role of satellite remote sensing in mitigating and adapting to global climate change,” Sci. Total Environ., vol. 904, Art. no. 166820, 2023.
[5] C. J. Merchant, O. Embury, C. E. Bulgin, et al., “Satellite-based time-series of sea-surface temperature since 1981 for climate applications,” Sci. Data, vol. 6, no. 1, Art. no. 223, 2019.
[6] J. Yang, P. Gong, R. Fu, M. Zhang, J. Chen, S. Liang, B. Xu, J. Shi, and R. Dickinson, “The role of satellite remote sensing in climate change studies,” Nature Climate Change, vol. 3, no. 10, pp. 875–883, 2013.
[7] World Meteorological Organization (WMO), “Essential Climate Variables.” Accessed: Aug. 21, 2025. [Online]. Available: https://gcos.wmo.int/en/essential-climate-variables
[8] Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Climate Change 2014: Synthesis Report: Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press, 2014.
[9] J. Heymann, M. Reuter, M. Hilker, M. Buchwitz, O. Schneising, H. Bovensmann, J. P. Burrows, et al., “Consistent satellite XCO₂ retrievals from SCIAMACHY and GOSAT using the BESD algorithm,” Atmos. Meas. Tech., vol. 8, no. 7, pp. 2961–2980, 2015.
[10] M. Zhang, X.-Y. Zhang, R.-X. Liu, and L.-Q. Hu, “A study of the validation of atmospheric CO₂ from satellite hyperspectral remote sensing,” Adv. Climate Change Res., vol. 5, no. 3, pp. 131–135, 2014.
[11] C. Crevoisier, A. Chédin, H. Matsueda, T. Machida, R. Armante, and N. A. Scott, “First year of upper tropospheric integrated content of CO₂ from IASI hyperspectral infrared observations,” Atmos. Chem. Phys., vol. 9, no. 14, pp. 4797–4810, 2009.
[12] C. Serio, G. Masiello, P. Mastro, A. Cersosimo, P. Pasquariello, and S. Venafra, “Simultaneous retrieval of OCS and CO₂ from the IASI shortwave spectral band: Assessment of the accuracy of the retrieval products and validation with in situ observations,” in Proc. SPIE, Remote Sens. Clouds Atmos. XXV, vol. 11531, Art. no. 1153107, 2020.
[13] S. S. Kulawik, D. B. A. Jones, R. Nassar, F. W. Irion, J. R. Worden, K. W. Bowman, T. Machida, et al., “Characterization of Tropospheric Emission Spectrometer (TES) CO₂ for carbon cycle science,” Atmos. Chem. Phys., vol. 10, no. 12, pp. 5601–5623, 2010.
[14] Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), “About Greenhouse Gases Observing Satellite ‘IBUKI’ (GOSAT).” Accessed: Aug. 21, 2025. [Online]. Available: https://global.jaxa.jp/projects/sat/gosat/
[15] World Meteorological Organization (WMO), “OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory-2).” Accessed: Aug. 21, 2025. [Online]. Available: https://space.oscar.wmo.int/satellites/view/oco_2
[16] D. Crisp, H. R. Pollock, R. Rosenberg, L. Chapsky, R. A. M. Lee, et al., “The on-orbit performance of the Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) instrument and its radiometrically calibrated products,” Atmos. Meas. Tech., vol. 10, no. 1, pp. 59–81, 2017.
[17] A. Eldering, T. E. Taylor, C. W. O'Dell, and R. Pavlick, “The OCO-3 mission: Measurement objectives and expected performance based on one year of simulated data,” Atmos. Meas. Tech., vol. 12, no. 4, pp. 2341–2370, 2019.
[18] European Space Agency (ESA), “Copernicus Sentinel-5P.” Accessed: Aug. 21, 2025. [Online]. Available: https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-5P
[19] GHGSat, “World's first commercial CO₂ sensor in orbit.” Accessed: Aug. 21, 2025. [Online]. Available: https://www.ghgsat.com/en/newsroom/worlds-first-commercial-co2-sensor-in-orbit/
[20] Y. Zhang, J. Liu, L. Liu, W. Wang, L. Wang, and D. Wang, “TanSat: A Chinese satellite for global carbon dioxide monitoring,” Remote Sens., vol. 9, no. 6, Art. no. 596, 2017.
[21] G. Meng, Y. Wen, M. Zhang, Y. Gu, W. Xiong, Z. Wang, and S. Niu, “The status and development proposal of carbon sources and sinks monitoring satellite system,” Carbon Neutrality, vol. 1, no. 1, Art. no. 32, 2022.
[22] Y. Zhao, Y. Liu, and X. Zhang, “Gaofen-5: A new satellite for environmental monitoring and analysis,” Remote Sens., vol. 11, no. 6, Art. no. 674, 2019.
[23] X. Liu, S. Zhang, and Y. Hu, “Monitoring of atmospheric greenhouse gases using Gaofen-5 satellite,” Environ. Sci. Technol., vol. 54, no. 5, pp. 2751–2760, 2020.
[24] Y. Wang, J. Zhang, and X. Liu, “The launch of China's DQ-1 satellite for atmospheric monitoring,” Remote Sens., vol. 14, no. 5, Art. no. 1040, 2022.
[25] L. Zhang, C. Zhao, and H. Li, “DQ-2: The next-generation atmospheric monitoring satellite,” Environ. Monit. Assess., vol. 195, no. 2, Art. no. 82, 2023.
[26] O. Bock, J. Bremer, and D. Zeng, “The MERLIN mission: A lidar-based approach for methane monitoring,” Remote Sens. Environ., vol. 266, Art. no. 112689, 2022.
[27] K. Gerilowski, et al., “The Methane Remote Sensing Lidar Mission (MERLIN): An intergovernmental approach to global climate monitoring,” Atmos. Meas. Tech., vol. 13, no. 7, pp. 4131–4144, 2020.
[28] N. Strasser, C. Wührer, C. Kühl, M. Haiml, D. Viehmann, and M. Kritzler, “MERLIN (MEthane Remote sensing LIdar missioN): Heading towards PFM and observation of interesting effects,” in Proc. Int. Conf. Space Optics (ICSO 2022), SPIE, vol. 12777, Art. no. 127770X, 2023.
[29] L. S. Rothman, I. E. Gordon, Y. Babikov, A. Barbe, D. C. Benner, P. F. Bernath, M. Birk, et al., “The HITRAN2012 molecular spectroscopic database,” J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, vol. 130, pp. 4–50, 2013.
[30] T. Röckmann, et al., “Active and passive remote sensing of greenhouse gases,” Remote Sens. Environ., vol. 178, pp. 180–193, 2016.
[31] D. W. T. Griffith and J. Notholt, “Active remote sensing of greenhouse gases using laser technology,” Atmos. Meas. Tech., vol. 9, no. 5, pp. 1901–1913, 2016.
[32] R. Haring, R. Pollock, B. Sutin, and D. Crisp, “Current development status of the Orbiting Carbon Observatory instrument optical design,” in Infrared Spaceborne Remote Sensing XIII, Proc. SPIE, vol. 5883, pp. 61–70, 2005.
[33] J. G. Rivera, J. I. Rodriguez, and D. L. Johnson, “Development of the Orbiting Carbon Observatory instrument thermal control system,” SAE Int. J. Aerosp., vol. 1, pp. 268–279, 2008.
[34] A. Hashemi, S. Shakhesi, M. Haghgoo, T. Abdollahi, H. Bazrafshan, M. Abedi, et al., “Exploring the multifaceted landscape of space industry applications: Thematic analysis of strategic policy plans of developed and developing countries,” Space Sci. Technol. Appl., no. e216288, 2025, doi: 10.22034/jssta.2024.461961.1172. (in Persian).
[35] O. Shekoofa, M. Khoshsima, S. Ghazanfarinia, and F. Bagheroskouei, “Toward the establishment of a national center for space weather services: Vision, mission and organization,” Space Sci. Technol. Appl., vol. 1, no. 2, pp. 34–48, 2022, doi: 10.22034/jssta.2022.309735.1034. (in Persian).
 
 
 
دوره 5، شماره 2
شماره دهم - اسفند 1404
اسفند 1404
صفحه 156-168

  • تاریخ دریافت 28 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 19 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 21 مهر 1404