Copernicus - europejskie satelity obserwacji Ziemi

Copernicus to realizowany przez Komisję Europejską na rzecz UE program obserwacji Ziemi. Narodzin samej idei oraz początków jego planowania należy szukać jeszcze w latach 90-tych XX wieku. Pierwsze komponenty przedsięwzięcia uruchomiono w roku 2008 roku. Należy przy tym podkreślić, że przez pierwsze kilkanaście lat inicjatywa nazywała się Global Monitoring for Environment and Security (GMES). Nazwę Copenicus przyjęto dopiero w 2012 r. Jednym z pomysłodawców tego by projekt nazwać od imienia polskiego astronoma był dr Włodzimierz Lewandowski, obecny prezes Głównego Urzędu Miar. 

Niezwykle ważnym składnikiem Copernicusa jest stopniowo rozbudowywana konstelacja europejskich satelitów obserwacyjnych. Ten kosmiczny komponent całej sieci powstaje przy wydatnej współpracy Komisji Europejskiej z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA). Dla działania całego programu niezbędny jest także jego segment naziemny (in-situ), na który składają się stacje pomiarowe, statki prowadzące badania na morzach i oceanach czy też statki powietrzne monitorujące powierzchnię ziemi lub stan atmosfery. Za realizację części naziemnej odpowiada Europejska Agencja Środowiska oraz bezpośrednio państwa członkowskie Unii Europejskiej.

Czytaj też: Gowin: Większy udział Polski w programie Copernicus. Nowa umowa z ESA za 2 lata

Dane o Ziemi pozyskiwane w ramach programu Copernicus mają być dokładne i aktualne oraz dostępne dla użytkowników w przystępnej formie. Wachlarz ich zastosowań jest niezwykle szeroki. Dla przykładu można wymienić chociażby badanie stanu wód śródlądowych czy czystości powietrza, monitorowanie obszarów zalesionych czy osiadania budynków na terenach górniczych. Władze państwowe bądź samorządowe różnego szczebla mogą wykorzystywać dane z Copernicusa do planowania rozbudowy miast, badania intensywności ruchu kołowego w konkretnych miejscach i przedziałach czasowych, czy też zwiększania efektywności upraw rolnych. Dane gromadzone przez infrastrukturę programu Copernicus dotyczą sześciu głównych obszarów:

1. stan lądów,

2. stan wód,

3. stan atmosfery,

4. zmiany klimatu,

5. sytuacje kryzysowe/klęski żywiołowe,

6. bezpieczeństwo, pod którym to hasłem należy rozumieć aktywność dotyczącą ochrony granic, wspieranie europejskich misji poza granicami UE oraz nadzorowanie ruchu morskiego. 

Segment kosmiczny - satelity Sentinel

Orbitalny komponent infrastruktury Copernicusa stanowią satelity obserwacyjne, badawcze i pomiarowe, przy czym urządzenia te dzielą się na dwie grupy. Pierwsza z nich to budowana specjalnie na potrzeby tego programu i obsługiwana przede wszystkim przez ESA rodzina satelitów Sentinel:

• Sentinel-1 – operując na orbicie polarnej zapewniają niezależną od warunków pogodowych oraz pory dnia obserwację radarową lądów i oceanów. Sentinel-1A jest na orbicie od kwietnia 2014, zaś bliźniacza maszyna 1B od kwietnia 2016 roku. Rozpoczęto również prace nad dwoma kolejnymi satelitami 1C i 1D. 

• Sentinel-2 – zapewniają wysokiej jakości zobrazowanie optyczne lądów. Pozyskiwane w ten sposób dane mogą być wykorzystywane np. do monitorowania upraw czy stanu śródlądowych szlaków wodnych, jak również w razie katastrof naturalnych. Sentinel-2A działa od czerwca 2015, a 2B wystartuje w 2017 r.

• Sentinel-3 – satelity służące m. in. do monitorowania z dużą dokładnością temperatury i barwy powierzchni oceanów i lądów. Sentinel-3A poleciał w przestrzeń kosmiczną 16 lutego 2016. Sentinel-3B ma trafić na orbitę w 2017 roku, a 3C i 3D do 2021 roku. 

• Sentinel-4 i Sentinel-5 będą dostarczać dane o składzie atmosfery operując odpowiednio na orbicie geostacjonarnej i polarnej. Obydwa będą właściwie jedynie instrumentami, zamontowanymi na satelitach meteorologicznych nowej generacji: Meteosat Third Generation (MTG) and MetOp Second Generation.

• Sentinel-5 Precursor, to urządzenie, które ma polecieć w kosmos na początku 2017 roku, żeby wypełnić lukę w systemie pozyskiwania danych powstałą po stracie satelity Envisat w roku 2012, a do osiągnięcia gotowości przez właściwy pojazd Sentinel-5.

• Sentinel-6 będzie precyzyjnie radarowo mierzył poziom powierzchni mórz, co przyda się w oceanografii i badaniach nad klimatem.

Jednak segment kosmiczny programu Copernicus to nie tylko dedykowane urządzenia Sentinel. Informacje niezbędne do wykorzystania przy świadczeniu usług w ramach programu można także pozyskiwać z satelitów obsługiwanych przez inne niż europejska agencje kosmiczne, jak również bezpośrednio przez pojedyncze kraje. Mowa o misjach współpracujących (contributing missions). Zaliczają się do nich np. włoskie satelity SAR COSMO-SkyMed, czy francuska konstelacja optoelektroniczna Pleiades. Dane dla Copernicusa mogą także pochodzić ze źródeł pozaeuropejskich (np. z amerykańskich misji Landsat), jak i z archiwów pozostałych po aktywności satelitów już niedziałających (np. ze wspomnianego już Envisata).

Korzyści gospodarze programu Copernicus 

Pod koniec 2016 r. Komisja Europejska upubliczniła pierwszy raport podsumowujący wpływ programu Copernicus na europejski przemysł kosmiczny i gospodarkę ogółem. W dokumencie przyjrzano się dokładniej ośmiu kluczowym obszarom: rolnictwu, zalesieniu, urbanizacji, ubezpieczeniom, monitoringowi oceanów, paliwom kopalnym, odnawialnym źródłom energii oraz zarządzaniu jakością powietrza. Podsumowanie powstało po konsultacji z ponad 140. osobami, reprezentującymi zarówno instytucje publiczne jak i firmy – od małych do wielkich koncernów.

Na podstawie raportu można powiedzieć, że porgram Copernicus zdaje egzamin. Już teraz podmioty oferujące aplikacje oparte o obserwację Ziemi 10% swoich przychodów uzyskują dzięki bezpłatnym danym zapewnianym przez europejski program. Zgodnie z prognozami, dochody z tego tytułu będą rosnąć w niebagatelnym tempie 31% rocznie. Pieniądze zainwestowane w satelity Sentinel pomogły znacząco zwiększyć europejski sektor kosmiczny, tak jeśli chodzi o związany z budową infrastruktury "upstream", jak i o aplikacje satelitarne tzw. "downstream". W ramach tego drugiego rozwinęły się już dziesiątki komercyjnych rozwiązań.

Upstream wpłynął i wpływa dodatnio np. na grupę Airbus Defence & Space, która jest głównym konstruktorem części spośród Sentinelów i dostarcza ważne instrumenty do pozostałych. Z programu korzysta także Thales Alenia Space i szereg innych mniejszych firm. Wedle dokumentu suma pieniędzy zainwestowanych w inicjatywę Copernicus w latach 2008-2020 wyniesie 7,4 mld euro. Natomiast przewidywane zyski z wdrożenia i korzystania z programu mają w tym czasie osiągnąć 13,5 mld euro. Dodatkowo, we wspomnianym okresie program zagwarantuje 15 580 miejsc pracy w segmencie upstream oraz 12 450 miejsc pracy w segmencie downstream i na rynku tworzonym przez zewnętrznych, wtórnych użytkowników danych satelitarnych.

Czytaj też: Uruchomienie repozytorium danych satelitarnych. "Brakujące ogniwo między satelitą, a przedsiębiorcą"

Beneficjentów działania systemu Copernicus można wskazywać już dziś. Dla przykładu, w Austrii udało się o 70% zmniejszyć koszty związane z rolnictwem precyzyjnym. Dzięki wykorzystaniu prognoz pogody w oparciu o dane z programu Copernicus, producenci energii elektrycznej z wykorzystaniem paneli słonecznych zwiększyli swoje zyski o 50% w porównaniu z czasami, gdy mieli do dyspozycji tylko zwykłe prognozy. Natomiast podmioty działające na europejskim rynku ubezpieczeń zaoszczędziły ogółem dzięki programowi w 2015 r. 186 mln euro.

Satelity Sentinel-1 i -2 dostarczają danych optycznych w wysokiej rozdzielczości przestrzennej i spektralnej, oraz radarowych. Tych ostatnich, na taką skalę nigdy dotąd nie udostępniała żadna agencja kosmiczna. Już uwidaczniają się ogromne zalety Copernicusa. Po pierwsze dane Sentinel są dostępne dla wszystkich i za darmo. Nie jest ważne, czy jesteś wielkim koncernem, czy zdolnym licealistą - jeśli masz dobry pomysł, Copernicus oferuje ci dane, niezbędne by ten pomysł przetestować i wcielić w życie, a dobre pomysły rynek szybko doceni.

Można pisać również bardziej szczegółowe sposoby wykorzystania danych z Copernicusa przez niekiedy całkiem małe firmy. Bazując na darmowych danych z programu Pieter Bas Leezenberg założył w Holandii firmę Skygeo. Zatrudnia ona już 25 osób i ma 200 klientów z całego świata. Na podstawie zobrazowań satelitarnych pracownicy Skygeo określają np. z dokładnością co do milimetra tempo osiadania budynków w Rotterdamie i okolicach. Dzięki temu holenderscy dostawcy energii mogą zawczasu zabezpieczać w zagrożonych miejscach rury swoich sieci przesyłowych, zmniejszając koszty utrzymania własnej infrastruktury niekiedy nawet o 90%. Para satelitów Sentinel-1 udowodniła też całkiem niedawno swoją przydatność, potwierdzając, że jeden z drapaczy chmur w San Francisco zapada się w tempie kilku cm rocznie.

Znaczenie dla Starego Kontynentu

Program Copernicus jest obok systemu nawigacji satelitarnej Galileo drugim bardzo ważnym wyznacznikiem niezależności Europy. Dotąd szerokie strumienie danych z obserwacji Ziemi były przez Europejczyków pozyskiwane z programów amerykańskich, takich jak np. Landsat. Satelity Sentinel pozwolą nam się w dużej mierze uniezależnić od USA. Jest to o tyle ważne, że troska o klimat i środowisko naturalne jest jednym z filarów zrównoważonego rozwoju według Unii Europejskiej. Tymczasem przyszły prezydent Stanów Zjednoczonych Donald Trump i jego obóz bagatelizują i poddają w wątpliwość negatywny wpływ gospodarki człowieka na planetę. W tej sytuacji rodzi się pytanie, czy USA będą chciały dalej dzielić się tego typu danymi. Jest wielce prawdopodobne, że fundusze NASA na programy związane z monitorowaniem Ziemi zostaną wkrótce znacząco zredukowane.

Drugim kluczowym aspektem jest bezpieczeństwo. W zaistniałej, niespokojnej sytuacji międzynarodowej wydaje się coraz ważniejsze, żeby państwa europejskie mogły z pomocą satelitów strzec swoich granic, zbierać dane wywiadowcze oraz, w przypadku konfliktu zbrojnego, zapewnić maksimum potrzebnych informacji własnym wojskom. Te zadania również w pewnym zakresie może wypełniać infrastruktura stworzona na potrzeby programu Copernicus pomimo, że program był przewidziany jako narzędzie stricte cywilne.

Czytaj też: UE postawi na wykorzystanie militarne programów kosmicznych?

Niepewna przyszłość programu. W tle Brexit

W referendum Brytyjczycy opowiedzieli się za opuszczeniem przez Zjednoczone Królestwo Unii Europejskiej. Fakt ten nie wpłynie bezpośrednio na członkostwo Wielkiej Brytanii w Europejskiej Agencji Kosmicznej. Nie zapominajmy jednak, że zarówno Copernicus jak i Galileo są programami Unii Europejskiej, realizowanymi jedynie przy wydatnym wsparciu ESA. Co to oznacza w praktyce?

Obecna perspektywa finansowa w programie Copernicus rozciąga się do roku 2020. Biorąc pod uwagę, że formalne wystąpienie Wielkiej Brytanii ze struktur UE rozciągnie się na mniej więcej najbliższe 24 miesiące, zaangażowanie Wielkiej Brytanii w program do końca tej dekady stoi pod dużym znakiem zapytania. Szefujący Europejskiej Agencji Kosmicznej Jan Woerner nie pozostawia natomiast wątpliwości, że Brexit negatywnie wpłynie na angielski przemysł kosmiczny. To dlatego, że zakupy dokonywane w programie Copernicus, finansowane z budżetu Unii Europejskiej, mogą być dokonywane jedynie w krajach członkowskich UE. Jedyny wyjątek od tej reguły stanowi sytuacja, gdy niezbędny produkt lub usługa dostępna jest jedynie poza granicami Wspólnoty. Ta zasada siłą rzeczy uderzy w brytyjskie firmy, które dotąd zarabiały na zamówieniach związanych z Galileo czy Copernicusem.

Nowa nadzieja

W miarę rozbudowy konstelacji satelitów Sentinel możliwości oferowane przez program Copernicus będą rosły. W oparciu o pozyskiwane przezeń dane politycy i urzędnicy na różnych poziomach mogą tworzyć długofalowe racjonalne programy związane z urbanizacją, ochroną środowiska, polityką migracyjną czy rozbudową infrastruktury komunikacyjnej.

Po drugie, Copernicus to solidny i rozłożony w czasie bodziec dla rozwoju europejskiej gospodarki. W ramach segmentu upstream przedsiębiorstwa pozyskują zamówienia na budowę nowoczesnej infrastruktury, zaś downstream umożliwia rozwój nawet bardzo małych, ale często niezwykle innowacyjnych firm zarabiających na aplikacjach wykorzystujących dane obserwacyjne z satelitów.

Copernicus jest przewidziany na lata. Jest to program operacyjny, co oznacza, że z założenia planowana jest ciągłość obserwacji w długim horyzoncie czasowym. Eksploatowane obecnie satelity mają przewidzianych następców, i trafią oni orbitę na tyle wcześnie, by nie powstały żadne przerwy w dostępie do danych. Gospodarka będzie wdzięczna programowi Copernicus przede wszystkim za otwarty dostęp do doskonałej jakości danych satelitarnych. Dzięki temu obserwacje satelitów Sentinel staną się „paliwem” dla innowacyjnych produktów i usług.

Po trzecie, nie ma wątpliwości, że obecnie koncepcja europejska, tchnięta w kontynent przez Schumana i jemu współczesnych, przeżywa kryzys. Być może w tej niepewnej sytuacji zarówno wewnątrz kontynentu jak i międzynarodowej rozpoczęte i z powodzeniem wdrażane programy kosmiczne Copernicus i Galileo mają szansę stać się pewnymi drogowskazami? Pozwalają one bowiec skupić się na tym, co ważne, rozwojowe, zwiększające naszą wiedzę, rozwijające gospodarkę, poszerzające niezależność Europy i przynoszące miejsca pracy. Europejczycy mają dzięki temu szansę przypomnieć sobie, że działając wspólnie można osiągnąć naprawdę dobre efekty. Jednocześnie nie zamykając się na współpracę międzynarodową. Wszak kosmiczny komponent programu Copernicus stanowi europejski wkład w światowy system obserwacji Ziemi: Global Earth Observation System of Systems (GEOSS).