U tehnološkom okruženju u kojem klimatske promjene postaju sve izraženije, misije promatranja Zemlje dobivaju sve veću važnost. U tom kontekstu, najnoviji projekt Europske svemirske agencije (ESA) – misija HydroGNSS – ubrzano ulazi u završne faze prije lansiranja. Trenutno se nalaze u Kaliforniji, spremni za konačne procedure prije poleta u orbitu.

Što je HydroGNSS i zašto je važan

Misija HydroGNSS (Hydrological GNSS Reflectometry) dio je ESA-inog programa FutureEO, unutar kog je definirana kategorija „Scout“ misija — brze, agilne i relativno jeftine satelitske kampanje čiji je cilj demonstracija novih metoda i tehnologija za promatranje Zemlje. Scout misije su dizajnirane da u kratkom roku (oko tri godine) donesu znanstvene rezultate uz ograničen budžet.

HydroGNSS se planira lansirati krajem 2025. godine, sa ciljem da dopuni i poveže podatke iz postojećih misija poput ESA-ine SMOS ili nadolazeće misije Biomass.

Tehnički okvir: dva mikrosatelita i GNSS reflektometrija

Za razliku od klasičnih satelitskih instrumenata, HydroGNSS koristi metodu poznatu kao GNSS reflectometry (GNSS-R). Ova tehnika koristi navigacijske signale koje globalni sustavi satelitske navigacije (kao što su Galileo i GPS) emitiraju prema Zemlji — ali ne samo da prima direktne signale, nego i one koje se odbiju od površine Zemlje. Analizom razlika između direktnog i reflektiranog signala moguće je izvesti ključne zaključke o karakteristikama tla, vegetacije, voda, leda i biomase.

HydroGNSS će koristiti dva identična mikrosatelita, stacionirana u orbiti visine ~500–600 km, raspoređena 180° jedno od drugog kako bi se poboljšala vremenska učestalost revisita podataka. Svaki satelit težak je približno 65 kg i dimenzija oko 50 × 50 × 70 cm.

Funkcioniranje načela je sljedeće: GNSS navigacijski sateliti kontinuirano emitiraju L-band mikrovalne signale usmjerene prema Zemljinoj površini. Dio tih signala dopire izravno do prijamnika na satelitu, dok se drugi dio odbija od površine Zemlje i kasnije se prima kao reflektirani signal. Promjene u reflektiranom signalu (u fazi, jačini, polarizaciji) nose informacije o fizičkim svojstvima površine — vlazi tla, vegetaciji, vodenim površinama, stanju smrzavanja / otapanja, te o biomasi iznad tla.

Ciljane klimatske varijable i znanstenska primjena

Glavni zadatak HydroGNSS misije je mjerenje nekoliko ključnih varijabli koje su dio tzv. Essential Climate Variables (ECV), kako ih definira Global Climate Observing System (GCOS). To su:

• Vlaga tla (soil moisture)


• Poplavljene površine i močvarna područja (inundation / wetlands)


• Stanje smrzavanja / otapanja (freeze/thaw) – osobito nad permafrostom


• Biomasa iznad tla (above-ground biomass)

Pored toga, misija će kao sekundarne proizvode pratiti brzinu vjetra nad oceanima te prostorno pokrivanje leda na moru.

Podaci o vlažnosti tla iz svemira izuzetno su značajni za meteorologiju, prognozu poplava i suša, upravljanje vodama, poljoprivredu, modeliranje klimatskih promjena, ali i za praćenje permafrosta i stanja vegetacije. Biomasa mjeri koliko je organske tvari iznad zemlje — ključan parametar za razumijevanje globalnog kruženja ugljika, praćenje šumskih resursa, kao i procjenu rizika od šumskih požara.

Trenutni status: odobrenje, testovi, prihvatljivost leta

Do rujna 2025., misija HydroGNSS je prošla značajan prekretnicu — Flight Acceptance Review (FAR). Taj završni skup testova potvrđuje da su sateliti spremni za transport do lansirne lokacije i za lansiranje te zadovoljavaju sve tehničke, sigurnosne i misijske zahtjeve. Trenutno se nalazi u objektima Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) u Velikoj Britaniji, gdje su obavljeni čišći prostori i finalne provjere.

Prema najnovijim informacijama, planirano je da se sateliti prevezu u Kaliforniju za smještaj na lansirnu rampu, nakon čega se očekuje lansiranje u četvrtom tromjesečju 2025. godine pomoću rakete Falcon 9.

Važno je napomenuti da je, izvorno, misija planirana sa samo jednim satelitom, no tijekom razvoja odlučeno je da se izradi dva identična satelita kako bi se povećala frekvencija pokrivanja i znanstvena učinkovitost. Ideja je da dvojna konstelacija smanji vrijeme između ponovnih mjerenja iste lokacije gotovo za pola.

Koncepti brzih (agilnih) misija i uloga Scout programa

Scout misije, kao što je HydroGNSS, zamišljene su kao komplementarni segment tradicionalnih istraživačkih misija (npr. Earth Explorer). One nastoje unijeti inovaciju i fleksibilnost kroz manje satelite, niže troškove (< ~ €35 milijuna) i kraći razvojni ciklus (~3 godine).

U kontekstu Earth Observation programa ESA, Scout misije služe da testiraju nove tehnike — poput GNSS reflectometry — i ispitaju njihovu praktičnu korisnost u svakodnevnom satelitskom promatranju. HydroGNSS je prva od predviđenih triju Scout misija, čime postavlja temelj za buduće pristupe u promatranju klime i hidrologije.

Kroz svoju agilnost i inovaciju, misija bi mogla otvoriti put za niskobudžetne, replikabilne satelitske mreže koje bi u budućnosti mogle davati kontinuirane podatke za praćenje klime, vode i vegetacije — bez velikih troškova i dugih rokova razvoja.

Tehnološki izazovi i očekivani učinak

Iako GNSS reflectometry ima velik potencijal, nije bez izazova. Primjerice, signali su vrlo slabi i izazovno ih je razlikovati od pozadinske buku. Potrebne su sofisticirane tehnike obrade signala, korekcije polarizacije, višefrekvencijske mjere i modeli inverzije koji izravno pretvaraju odraze u fizičke parametre (npr. vlažnost tla).

Nadalje, za podatke o biomasi, misija će pokušati razlikovati komponente vegetacije — lišće, grane i debla — na temelju načina na koji se signal reflektira i gubi energiju kroz vegetacijske slojeve. To zahtijeva modele koji povezuju strukturne značajke šume s mjerljivim signalima.

U konačnoj fazi, rezultati misije mogu značajno poboljšati Earth system modele (modeli zemaljskog sustava), jer će ponuditi visoku prostornu i vremensku rezoluciju podataka za ključne varijable hidrosfere i biosfere. U područjima osjetljivim na klimatske ekstremne događaje — poput suša, poplava, promjena vodnih režima — takvi podaci mogu pokazati vrlo visoku vrijednost za prijavu i prevenciju rizika.

Osim toga, HydroGNSS je projektni model održivosti — razvijen pod relativno malim budžetom, sa satelitima male mase i modularnim dizajnom, s ciljem da demonstrira da se znanstveno vrijedne misije ne moraju oslanjati isključivo na velike svemirske programe.

Gdje će dati prijeko potrebne podatke – u vremenu prijeloma

Jedan od ključnih razloga pokretanja misije upravo sada je činjenica da komplementarne misije koje su do sada osiguravale podatke o vlažnosti tla, poput ESA-inog SMOS ili NASA-inog SMAP, polako stižu do kraja operativnog vijeka. HydroGNSS ima potencijal preuzeti njihovu ulogu i osigurati kontinuirane podatke.

Osim toga, HydroGNSS će pojačati podatke o biomasi u odnosu na misiju Biomass, pokrivajući područja izvan radnog dometa ove misije te omogućavajući brže ponovne mjere i detekciju promjena u vegetaciji.

Put do lansiranja i što slijedi

Nakon što su sateliti prošli Acceptancu leta (FAR) — što je finalna provjera njihove spremnosti za lansiranje — sljedeći korak je transport do lansirne lokacije u Kaliforniji, integracija na raketu i pripreme za lansiranje.

Raketa Falcon 9, koju planiraju koristiti za lansiranje, dosad je realizirala brojne misije i smatra se pouzdanom opcijom za stavljanje satelita u orbitu. Plan je da sateliti štartuju zajedno kao mali konstelacijski par.

Po postavljanju na orbitu, uslijedit će faza inicijalnog rada (`commissioning`), kalibracija instrumenata i testiranje sustava. Tada će započeti svakodnevna operativna mjerenja i prijenos podataka prema Zemlji, gdje će sofisticirani algoritmi obrađivati reflektirane signale u korisne geofizičke parametre.

HydroGNSS misija je — unatoč svojoj relativnoj "maloj" skali — veliki iskorak u razvoju svemirske tehnologije za klimatske i hidrografske primjene. Ako se ostvari prema planu, mogla bi postati ključni element globalne mreže za praćenje vlažnosti tla, hidroloških ciklusa i stanja vegetacije — u doba kada je takvo kontinuirano praćenje neophodno.