Дистанційний екологічний моніторинг (стр. 5 из 19)
Рис.1.13. Загальний вигляд АМС "Венера-9" ("Венера-10") до відокремлення шароподібного СА від орбітального апарату
Рис.1.14.Спускний апарат станції “Венера-9” (“Венера-10”): 1 - спіральна антена; 2 - аеродинамічний гальмівний пристрій; 3 - корпус з контейнером приладів; 4 - еластичний посадочний пристрій; 5 - прожектори (не знадобились)
Рис.1.15. Ракета “Місяць-Земля” (“Луна-16”)
Підчас проектування системи управління для міжпланетних КА необхідно враховувати деякі особливості міжпланетного перельоту. До них відносяться:
• точність наведення КА на ціль в момент виходу з траєкторії пасивного польоту;
Рис. 1.16. Астронавт Е. Олдрин на Місяці
• наявність перехідної орбіти та проходження її через різні області космічного простору, внаслідок чого елементи орбіти отримують збурення і змінюються;
• необхідність корекції на ділянці пасивного польоту через великі міжпланетні відстані, неминучих похибок під час виведення КА на орбіту та уточнення астрономічних сталих;
• необхідність використання на КА спеціальних (інфрачервоних або радарних) систем наведення для корекції та управління на проміжній та кінцевій ділянках траєкторії польоту, а також використання бортового комп'ютера для попередніх обчислень параметрів траєкторії КА;
• наявність системи життєзабезпечення (рис.1.16);
• необхідність пристосовувати міжпланетні траєкторії до умов радіозв'язку в момент зближення з об'єктом дослідження (планетою, астероїдом, кометою тощо), ускладнення системи космічного зв'язку через необхідність підтримки зв'язку з КК під час висадки космічної експедиції на Місяць (рис.1.17) та інші небесні тіла, коли КК лишається на планетоцентричній орбіті;
• зазначений термін перебування на небесних об'єктах (він не може бути доцільним), бо старт в бік Землі доступний лише при сприятливому положенні Землі та об'єкта відносно Сонця.
Рис. 1.17. Дж. Ірвін біля КК ”Аполлон-15” на поверхні Місяця
Особливості навігації міжпланетних КА полягають:
• в значній протяжності каналів передачі сигналів, що потребує великих потужностей передавачів, високої чутливості приймачів, приймання просторової та частотної селекції і в зв'язку з цим підвищення значення природних навігаційних точок з необмеженими запасами енергії (Сонце, зорі);
• в підсиленні автономного характеру роботи КА, що визначає спрямованість до використання методів самовизначення;
• у зростанні значущості оператора та його кваліфікації в зв'язку з підвищенням ролі автономних навігаційних визначень;
• в обмеженості енергоресурсу (тому траєкторію польоту обирають з умов мінімуму витрат енергії та найкращого використання гравітаційного поля Сонця і планет);
• у необхідності проведення вимірювань на міжпланетних трасах на всій траєкторії з максимально можливою точністю (при цьому особливо відповідальні вимірювання перед включенням РУ для корекції траєкторії або для виконання тривалого маневру. Міжпланетний політ відрізняється від навколопланетного також і можливим складом змінних параметрів. Не використовуються вимірювання висоти, різниці відстаней до двох поверхонь навігаційних точок (НТ) або швидкості вимірювання такої різниці відстаней. Вимірювати на борту відстані та радіальні швидкості відносно планетних НТ неможливо, у цьому разі приймально-вимірювальна частина апаратури ускладнюється в порівнянні з бортовими засобами навколоземних КК.
ІІ. АЕРОКОСМІЧНИЙ МОНІТОРИНГ ЕКОЛОГО-ГЕОЛОГІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА
2.1 Космічна зйомка поверхні Землі
2.1.1 Основні типи зйомки
Будь-яка зйомка – це реєстрація яскравості поверхні Землі в певному діапазоні спектра електромагнітних хвиль, до того ж в діапазоні, для якого атмосфера досить прозора.
Гама- та рентгенівські промені не відбиваються і слабо випромінюються поверхнею Землі: ультрафіолетове (УФ) світло та більшість спектру довжин хвиль інфрачервоного (ІЧ) випромінювання атмосфера Землі практично не пропускає; радіохвилі, за виключенням найкоротших, не утворюють направленого випромінювання. Внаслідок цього можливі лише наступні варіанти зйомок Землі з космосу:
Реєстрація сонячного світла, відбитого від поверхні Землі в видимій області спектру (0,5...0,7 мкм) та в “вікнах прозорості” атмосфери ближнього ІЧ-діапазону (0,7...3 мкм). Космічні знімки у діапазонах цих частот у подальшому будемо називати зйомками в оптичному діапазоні спектра.
Зйомка власного ІЧ-теплового та радіотеплового випромінювання Землі, головним чином ІЧ-теплова зйомка в зоні довжин хвиль 9...12 мкм та радіотеплова зйомка в мікрохвильовому діапазоні радіохвиль, що включає міліметрові та сантиметрові хвилі.
Активні методи дистанційного зондування, тобто реєстрація сигналів, відбитих від поверхні Землі та тих, що генеруються штучним джерелом направленого випромінювання, яке розташоване на борту КА. Це або лазерна, або радіотеплова зйомка.
Практично лазерна зйомка, й лише з літаків, а не з КА, тільки починає розвиватись. Що до радіолокаційної зйомки, то в класичному варіанті вона має суттєве обмеження: реєстрація здійснюється в діапазоні, довжини хвиль на декілька порядків більші в порівнянні з видимим світлом, і тому просторове розрізнення радіолокаційних знімків відносно досить низьке. Ці ускладнення вдалося подолати за рахунок створення так званих радіолокаційних станцій (РЛС) з синтезованою апертурою. Основна перевага зйомки за допомогою РЛС з синтезованою апертурою – можливість її здійснення в будь-який час доби та незалежно від наявності хмарності.
2.1.2 Космічна фотозйомка
Основний вид космічних зйомок - це фотографування поверхні Землі за допомогою спеціалізованих народногосподарських супутників серії “Космос”, “Фотон”, “Фрам” (Росія), “Січ”, “Океан-0” (Україна) із середньою висотою ≈250 км. Вони устатковані декількома фотокамерами з різними фокусними відстанями та здійснюють космічну фотозйомку в різних масштабах.
Великомасштабні знімки мають високу фотографічну якість та витримують, без істотного зменшення різкості, збільшення до мірил 1:100 000...1:25 000 із смугою огляду на поверхні Землі 100...300 км. Розрізнення на місцевості досягає 5 м.
Кожний із супутників функціонує приблизно 2 тижні, після чого відзнята плівка повертається на Землю для фотохімічної обробки та репродуціювання.
Фотозйомка з борту пілотованих ОС поступається космічній зйомці з КА “Космос”. Це пов’язано з тим, що ОС за умов радіаційної безпеки виводять на орбіти з нахилом 51...520 до земного екватору. Космічна фотозйомка з борту ОС проводиться у мірилах порядку 1:3000 000 та менших.
Недоліки космічної фотозйомки
Основна мета аерокосмічного моніторингу еколого-геологічного середовища – оперативне вироблення оптимальної реакції на її стан та зміни (а від замовлення на космічну фотозйомку до передачі знімків замовнику проходить кілька місяців).
В існуючих варіантах космічна фотозйомка недостатньо оперативна не лише для моніторингу, але і для цілей дистанційного зондування внаслідок обмеженої кількості запусків відповідних супутників та короткостроковості дії кожного з них. Знімки деяких ділянок не можливо одержати навіть протягом декількох років.
Повторні космічні фотознімки певних ділянок, якщо і можливі, то в різних умовах освітлення та в різні пори року, внаслідок чого, порівняння їхніх результатів ускладнено.
Космічна фотозйомка можлива лише в фотографічному діапазоні спектру (довжин хвиль λ=0,5...0,9 мкм).
Внаслідок зауваженого провідні космічні держави орієнтуються насамперед не на космічну фотозйомку, а на космічну сканерну зйомку, яка дозволяє подолати наведені недоліки.
2.1.3 Космічна сканерна зйомка
Космічна сканерна зйомка (КСЗ) здійснюється за допомогою супутників, що не повертаються, кожний з яких функціонує протягом декількох років та передає зареєстровану інформацію на Землю по радіоканалам. З метою успішного здійснення КСЗ необхідне створення цілої системи моніторингу. До такої системи входять:
природо ресурсні ШСЗ,
наземний командно-вимірювальний комплекс,
канали зв’язку,
центри приймання та обробки інформації,
підсистема збору замовлень, каталогізації та розсилання знімків користувачам,
геостаціонарні ШСЗ (іноді), що приймають інформацію від природо ресурсних ШСЗ та направляють її на Землю.
Природоресурсна система здійснює періодичний глобальний огляд поверхні Землі, а використання її даних має міжнародний характер.
КСЗ можлива при сонячному освітленні, тобто лише вдень.
При нахиленні орбіти
=00 вона має назву екваторіальна, а при =900 – полярна. При <900, коли супутник запускають в північно-східному напрямку (або південно-східному) – називають орбіту прямою, а при >900 – оберненою. Запуск супутника на обернену орбіту енергетично невигідний, так як обертання Землі в цьому випадку зменшує вихідну орбітальну швидкість, однак для довготривалих природоресурсних супутників цей виграш перекривається можливістю завжди пролітати зйомочний маршрут в денні часи, до того ж в одні й ті ж самі.