Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) zyskała nowe potężne narzędzie do monitorowania zmian klimatu i globalnego cyklu hydrologicznego. W piątek, 28 listopada 2025 r., z platformy startowej SLC-4E w bazie Vandenberg Space Force Base w Kalifornii, Falcon 9 w ramach misji Transporter-15 wyniósł na orbitę heliosynchroniczną podwójną misję HydroGNSS – pierwszy projekt z nowej rodziny tzw. misji Scout ESA. Dwa identyczne małe satelity, oddzielone o 180 stopni na orbicie na wysokości około 550 kilometrów, będą od teraz dosłownie „nasłuchiwać” Ziemi poprzez sygnały systemów nawigacyjnych, aby mapować wodę i powiązane parametry klimatyczne w skali globalnej.

Mniej niż półtorej godziny po starcie oba satelity zostały pomyślnie oddzielone od drugiego stopnia rakiety, a w godzinach wieczornych czasu środkowoeuropejskiego centrum kontroli firmy Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) w Wielkiej Brytanii potwierdziło odebranie pierwszych sygnałów. Tym samym potwierdzono, że oba satelity są żywe, stabilne i gotowe do rozpoczęcia kompleksowej fazy testów i oddawania do eksploatacji, która poprzedzi regularne zbieranie danych naukowych.

Nowa generacja małych satelitów dla cyklu hydrologicznego

HydroGNSS (Hydrological Global Navigation Satellite System) został pomyślany jako szybka, zwinna i stosunkowo tania misja, która uzupełnia większe platformy badawcze z programu FutureEO ESA. Mowa o dwóch mikrosatelitach o masie około 75 kilogramów i wymiarach mniej więcej 45 × 45 × 70 centymetrów, które w pakiecie oferują to, co jeszcze dziesięć lat temu wymagało znacznie większych i droższych statków kosmicznych.

Kluczem misji jest skupienie się na czterech kluczowych hydrologicznie i klimatycznie parametrach: wilgotności gleby, zalewaniu i terenach podmokłych (w tym bagnach i obszarach pod wodą), stanie zamarzania i tajania na obszarach wiecznej zmarzliny oraz biomasie nadziemnej lasów i innej roślinności. Mowa o zmiennych, które Global Climate Observing System (GCOS) uważa za kluczowe „niezbędne zmienne klimatyczne” lub ich bliskie pochodne, ponieważ bezpośrednio wpływają na bilans wody, energii i węgla w systemie klimatycznym.

Oprócz tych głównych celów, HydroGNSS będzie dostarczać także wtórne dane o prędkości wiatru nad oceanami i o zasięgu lodu morskiego. Tym samym misja bezpośrednio włącza się w globalne wysiłki monitorowania zmian na morzach polarnych, które odgrywają kluczową rolę w regulacji klimatu i bezpieczeństwie morskim.

Reflektometria GNSS: jak satelity „słyszą” wodę

W odróżnieniu od klasycznych misji radarowych, które wysyłają własny sygnał w kierunku Ziemi, a następnie mierzą echo, HydroGNSS wykorzystuje technikę znaną jako reflektometria GNSS. Systemy nawigacyjne takie jak GPS i europejskie Galileo nieprzerwanie emitują sygnały mikrofalowe w paśmie L. Sygnały te, po odbiciu się od powierzchni morza, gleby, lodu lub roślinności, niosą sygnaturę właściwości fizycznych tej powierzchni – na przykład jak wilgotna jest gleba, czy jest zamarznięta lub czy się topi, czy na określonym obszarze jest woda lub gęsta roślinność.

Każdy satelita HydroGNSS nosi zatem specjalny odbiornik o nazwie delay Doppler mapping receiver. Pracuje on z dwiema antenami: anteną zenitalną skierowaną w stronę nieba, która śledzi bezpośrednie sygnały GNSS, oraz antenąnadirową skierowaną w stronę Ziemi, która przechwytuje te same sygnały po odbiciu od powierzchni. Poprzez porównanie sygnału bezpośredniego i odbitego oraz przetwarzanie w formie tzw. map opóźnienia Dopplera, instrument może rekonstruować szereg parametrów geofizycznych związanych z wodą i roślinnością.

Im powierzchnia jest gładsza i równiejsza – jak spokojne morze – tym bardziej skoncentrowane są sygnały odbite. Bardziej chropowate lub pokryte roślinnością powierzchnie wytwarzają bardziej rozproszone echa, podczas gdy obecność wody w glebie zmienia właściwości dielektryczne i tym samym kształt odbitego sygnału. Na obszarach wiecznej zmarzliny przejście ze stanu zamarzniętego w rozmrożony pozostawia rozpoznawalny ślad w sposobie, w jaki sygnał GNSS odbija się od podłoża. Wszystkie te niuanse, zintegrowane na poziomie przestrzennym około 25 kilometrów, umożliwiają satelitom „widzenie” z kosmosu procesów hydrycznych i wegetacyjnych, które w terenie są często sfragmentowane i trudne do zmierzenia.

Wilgotność gleby: fundament prognozy plonów i powodzi

Wilgotność gleby jest jedną ze zmiennych, która bezpośrednio łączy meteorologię, hydrologię i rolnictwo. Ilość wody w górnych kilku centymetrach gleby określa, ile opadów wsiąknie w głębsze warstwy, jak szybko dojdzie do spływu powierzchniowego i możliwych powodzi błyskawicznych, oraz ile wilgoci jest dostępne dla roślin w krytycznych fazach wzrostu.

Dotychczas globalne mapy wilgotności gleby w dużej mierze zależały od kombinacji modeli numerycznych i pomiarów ze specjalistycznych satelitów, takich jak misja SMOS ESA lub misja SMAP NASA. HydroGNSS wprowadza trzecie podejście, które wykorzystuje już istniejącą infrastrukturę GNSS, co zmniejsza koszty i zwiększa możliwość częstego przelotu nad tymi samymi obszarami. Dwa satelity na orbicie polarnej będą mogły pokryć ponad 80 procent powierzchni lądowej planety w ciągu około dwóch tygodni, dając w ten sposób prawie ciągły obraz zmian wilgotności gleby.

Takie dane mają kluczowe znaczenie także dla adaptacji produkcji rolnej do coraz częstszych susz. Precyzyjniejsze informacje o wilgotności gleby umożliwią rolnikom, agencjom ds. nawadniania i decydentom lepsze planowanie dystrybucji wody, optymalizację czasu siewu i zbiorów oraz zmniejszenie ryzyka utraty plonów w ekstremalnych sezonach.

Wieczna zmarzlina i stan zamarzania: sygnał topnienia na północy

Drugim kluczowym zadaniem HydroGNSS jest monitorowanie stanu zamarzania i tajania na wysokich szerokościach geograficznych, szczególnie na obszarach wiecznej zmarzliny. Wieczna zmarzlina – trwale zamarznięty grunt – magazynuje ogromne ilości węgla organicznego. Kiedy lód w gruncie zaczyna się topić, mikroorganizmy rozkładają materię organiczną i uwalniają gazy cieplarniane, przede wszystkim metan i dwutlenek węgla.

Zmiany w stanie zamarzania wpływają także na stabilność gruntu, przez co zwiększa się ryzyko zawalenia się infrastruktury w społecznościach arktycznych: budynków, dróg, rurociągów. Dane, które będzie dostarczać HydroGNSS, w połączeniu z lokalnymi pomiarami i innymi misjami satelitarnymi, pomogą naukowcom lepiej zrozumieć, jak wieczna zmarzlina zachowuje się w warunkach przyspieszonego ocieplenia oraz gdzie znajdują się krytyczne strefy przyszłych zmian.

Monitorowanie przejścia ze stanu zamarzniętego w roztopiony – i odwrotnie – jest także ważne dla obliczania powierzchniowego bilansu promieniowania. Śnieg i lód odbijają więcej energii słonecznej niż ciemniejsza gleba lub roślinność. Utrata pokrywy śnieżnej i topnienie lodu powierzchniowego zmieniają stosunek energii odbitej do pochłoniętej, co dodatkowo wzmacnia ocieplenie regionalne. HydroGNSS uzupełni istniejące dane satelitarne o śniegu i lodzie informacjami o tym, co dzieje się w cienkiej powierzchniowej warstwie gleby bezpośrednio pod śniegiem.

Inundacja, bagna i ukryte źródła metanu

Trzeci zestaw parametrów, które misja będzie obserwować, odnosi się do zalewania i zasięgu bagien. Równiny zalewowe, sezonowe stawy i wielkie kompleksy bagienne są często ukryte pod koronami drzew, przez co satelity optyczne z trudem je rozróżniają, szczególnie w pochmurnych regionach tropikalnych. Reflektometria GNSS, dzięki przenikaniu sygnałów pasma L przez roślinność, może wykryć obecność wody także tam, gdzie dla ludzkiego oka jest ona w rzeczywistości niewidoczna.

Bagna są jednym z najważniejszych, ale i najwrażliwszych typów ekosystemów. Jednocześnie służą jako magazyny węgla, naturalne filtry wody i obszary o wysokiej bioróżnorodności. Jednakże określone typy bagien są jednocześnie znaczącymi naturalnymi źródłami metanu – silnego gazu cieplarnianego. Lepsze mapy sezonowych i międzyrocznych zmian w zalewaniu umożliwią precyzyjniejsze szacunki emisji metanu z tych ekosystemów oraz poprawią modele sprzężeń zwrotnych między biosferą a klimatem.

Dla krajów europejskich, w tym Chorwacji, precyzyjniejsze informacje satelitarne o powodziach i bagnach mają także bardzo praktyczny wymiar. Dane z HydroGNSS mogą być zintegrowane z operacyjnymi systemami wczesnego ostrzegania o powodziach, planowym zarządzaniem obszarami retencyjnymi oraz odtwarzaniem zdegradowanych bagien jako naturalnych „gąbek”, które łagodzą ekstremalne nadmiary i niedobory wody.

Biomasa i węgiel w lasach

Biomasa nadziemna – przede wszystkim w lasach – jest bezpośrednio powiązana z ilością węgla zmagazynowanego w roślinności. W sytuacji, gdy polityka klimatyczna coraz mocniej liczy na rolę lasów jako pochłaniaczy węgla, wiarygodne i aktualne szacunki biomasy stają się kluczem do planowania środków, od gospodarki leśnej po projekty handlu emisjami.

HydroGNSS poprzez zmiany w odbitym sygnale GNSS będzie wykrywać różnice w strukturze i gęstości roślinności. Choć sama misja nie zastąpi specjalistycznych misji radarowych lub lidarowych poświęconych biomasie, jej dane posłużą jako cenna dodatkowa warstwa informacji: na przykład w detekcji obszarów, gdzie doszło do większych zmian, a które następnie należy szczegółowiej zobrazować innymi instrumentami.

W połączeniu z krajowymi inwentaryzacjami lasów i wysokorozdzielczymi zdjęciami satelitarnymi, HydroGNSS może pomóc w wykrywaniu nielegalnych wyrębów, monitorowaniu odradzania się lasów po pożarach lub wichurach, oraz weryfikacji skuteczności projektów zalesiania i odnowy zdegradowanych powierzchni leśnych.

Scouts: szybkie i zwinne misje w erze New Space

HydroGNSS to pierwsza wystrzelona misja z nowej serii Scout ESA, zaprojektowanej pod wpływem filozofii New Space. Podstawową ideą jest to, aby stosunkowo małe, celowane misje były projektowane, budowane i wystrzeliwane w ciągu trzech lat od rozpoczęcia projektu oraz w ramach finansowych około 35 milionów euro, wliczając rozwój, budowę i zarządzanie na orbicie. Tym samym ESA stara się wprowadzić dynamikę start-upową do tradycyjnie wolniejszego sektora kosmicznego, a jednocześnie nie poświęcać wartości naukowej danych.

Scouts mają uzupełniać większe i droższe misje Earth Explorer, które przynoszą rewolucyjne technologie i nowe zasady pomiarowe, ale wymagają dłuższego cyklu rozwojowego i znacznie większych budżetów. HydroGNSS opiera się przy tym na technologii już sprawdzonych misji reflektometrii GNSS, takich jak konstelacja CYGNSS NASA lub demonstrator TechDemoSat-1, ale przenosi ją w nowe, bardziej operacyjne ramy i skupia się na szeregu jasno zdefiniowanych zmiennych klimatycznych.

Ponieważ rodzina Scout jest pomyślana jako szereg mniejszych misji, które wzajemnie się uzupełniają, HydroGNSS w przyszłości będzie dzielić orbitę z innymi satelitami z tego portfela, dzięki czemu europejski system obserwacji Ziemi zyska dodatkową elastyczność. Tworzy to warunki wstępne do szybszego wprowadzania nowych technologii, takich jak bardziej zaawansowane odbiorniki do reflektometrii GNSS lub kombinacje z innymi pasywnymi i aktywnymi czujnikami.

Partnerzy przemysłowi i brytyjski ślad

Głównym partnerem przemysłowym misji jest brytyjska firma Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), pionier komercyjnych małych satelitów, która już uczestniczyła w rozwoju poprzednich projektów reflektometrii GNSS. SSTL jest odpowiedzialna za projekt i budowę obu satelitów, rozwój kluczowego instrumentu odbiornika delay Doppler, ale także za operacje na orbicie oraz dystrybucję danych do użytkowników końcowych.

Misja jest częściowo finansowana także ze środków Zjednoczonego Królestwa, które tym samym dodatkowo umacnia swoją pozycję w segmencie nowoczesnych technologii obserwacji Ziemi. Dla europejskiego przemysłu kosmicznego HydroGNSS jest jednocześnie demonstracją, jak kombinacja finansowania publicznego, zwinnego przemysłu i współpracy międzynarodowej może skutkować szybkimi dostawami wyrafinowanych misji bez wieloletnich opóźnień.

Transporter-15: wspólny start trzech inicjatyw narodowych

Falcon 9 w ramach misji Transporter-15 nie wyniósł na orbitę tylko dwóch satelitów HydroGNSS. Na tym samym locie wystrzelono także nowe satelity dla włoskiego programu narodowego IRIDE oraz dwa satelity radarowe firmy ICEYE dla greckiego Narodowego Programu Małych Satelitów. Tym samym jeden komercyjny lot typu rideshare stał się swoistym przeglądem kluczowych europejskich inicjatyw obserwacji Ziemi następnej dekady.

IRIDE to jeden z najambitniejszych włoskich programów kosmicznych w historii. Mowa o wielkiej konstelacji satelitów do obserwacji Ziemi finansowanej przez rząd włoski poprzez Krajowy Plan Odbudowy i Zwiększania Odporności (PNRR), z dodatkowymi środkami z Krajowego Planu Uzupełniającego. Program koordynuje ESA w ścisłej współpracy z Włoską Agencją Kosmiczną (ASI) i ponad 70 włoskimi firmami i instytucjami.

Ostatecznie IRIDE powinien objąć sześć oddzielnych konstelacji, każda z innym typem czujników – od optycznych i radarowych po instrumenty termiczne i hiperspektralne. Satelity Eaglet-II, które zostały wystrzelone razem z HydroGNSS, są częścią tej szerszej układanki i zostały zaprojektowane, aby zapewnić wysoką częstotliwość obrazowania terytorium Włoch i okolicznych obszarów. Dane z IRIDE są przeznaczone przede wszystkim dla włoskich instytucji publicznych, w tym Obrony Cywilnej, ale także dla naukowców, władz lokalnych i sektora prywatnego.

Główne zastosowania obejmują monitorowanie ruchów gruntu, osuwisk i trzęsień ziemi, nadzór pokrycia terenu i zmian w użytkowaniu przestrzeni, kontrolę jakości powietrza i wody, nadzór erozji brzegowej oraz wczesne wykrywanie pożarów. W kontekście zmian klimatu, IRIDE da Włoskiej Obronie Cywilnej i innym instytucjom nowe narzędzie do szybkiego rozpoznawania ryzyk – od nagłych powodzi po długotrwałe susze.

Grecja i ICEYE: radarowe oczy na Morze Śródziemne

Druga inicjatywa narodowa, która otrzymała swoją pierwszą orbitę na tym samym locie, to grecki Narodowy Program Małych Satelitów, a dokładniej jego segment radarowy pod oznaczeniem „Axis 1.2”. Program jest realizowany we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną, a kluczowym partnerem przemysłowym jest firma ICEYE, globalny lider w dziedzinie technologii radaru z syntetyczną aperturą (SAR).

Grecja podpisała z ICEYE umowę, która obejmuje rozwój i wystrzelenie dwóch satelitów SAR, budowę linii produkcyjnej w kraju oraz dostęp do globalnej konstelacji ICEYE. Program jest finansowany poprzez krajowy plan odbudowy „Greece 2.0”, ze wsparciem instrumentów Unii Europejskiej, przede wszystkim Instrumentu na rzecz Odbudowy i Zwiększania Odporności. Celem jest nie tylko zakup satelitów, ale i budowa zrównoważonego krajowego przemysłu kosmicznego – od miejsc pracy w sektorze wysokich technologii po infrastrukturę badawczą.

Satelity radarowe z tego programu będą odgrywać kluczową rolę w monitorowaniu klęsk żywiołowych, zwłaszcza powodzi, pożarów i trzęsień ziemi, w nadzorze ruchu morskiego i nielegalnych działań na morzu, jak i w kontroli infrastruktury krytycznej. Ponieważ technologia SAR może „widzieć” przez chmury i obrazować także w nocy, dane z konstelacji ICEYE będą cennym dodatkiem do informacji, które zapewniają misje optyczne takie jak IRIDE lub misje pasywne takie jak HydroGNSS.

Europejska architektura obserwacji Ziemi: układanie mozaiki

HydroGNSS, IRIDE i grecki program radarowy nie są izolowanymi projektami, lecz częściami szerszej europejskiej architektury obserwacji Ziemi. Podczas gdy program Copernicus z flotą Sentinel zapewnia globalne, operacyjne dane dla licznych aplikacji, nowe satelity narodowe i tematyczne wypełniają luki, przynoszą specjalistyczne dane i mogą szybciej reagować na specyficzne potrzeby państw członkowskich.

HydroGNSS ma tu szczególnie interesującą rolę. Z jednej strony chodzi o stosunkowo mały i efektywny finansowo projekt, ale z drugiej strony dane, które będzie zbierać, bezpośrednio wchodzą w sedno globalnej agendy klimatycznej: wodę, energię i węgiel. Jeśli porówna się koszt misji z potencjalnymi korzyściami – od lepszych prognoz powodzi i susz po precyzyjniejsze śledzenie emisji metanu i zmagazynowanego węgla w lasach – jasne jest, dlaczego ESA coraz mocniej promuje koncepcję szybkich, skoncentrowanych misji.

W sensie praktycznym dane HydroGNSS mogłyby zostać w stosunkowo krótkim czasie zintegrowane z istniejącymi systemami informacyjnymi, z których korzystają krajowe służby meteorologiczne i hydrometeorologiczne, agencje zarządzania wodami oraz instytucje odpowiedzialne za obronę cywilną i zarządzanie katastrofami. Poprzez politykę otwartych danych i współpracę z inicjatywami międzynarodowymi, takimi jak Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) i GCOS, misja ma potencjał, by stać się globalnym źródłem referencyjnym dla zmiennych hydrologicznych, które dotychczas trudno było monitorować z wystarczającą rozdzielczością przestrzenną i czasową.

Równie dobrze programy narodowe IRIDE i grecki segment SAR pokazują, jak instrumenty Instrumentu na rzecz Odbudowy i Zwiększania Odporności mogą być wykorzystywane nie tylko do krótkoterminowej odbudowy gospodarczej, ale i do strategicznych inwestycji w infrastrukturę kosmiczną, która przez dekady będzie generować dane i wiedzę. W tym kontekście Transporter-15 nie był tylko kolejnym komercyjnym lotem rideshare, lecz symbolem nowej fazy, w której państwa europejskie i ESA wykorzystują dostępne narzędzia, aby przyspieszyć własny ekosystem kosmiczny i jednocześnie odpowiedzieć na największe wyzwanie naszych czasów – kryzys klimatyczny.