Космические системы

Страница 3

По-настоящему широко удалось взглянуть на атмосферу только с помощью космических аппаратов: только метеороло­гический спутник, вооруженный специальной аппаратурой, не­прерывно перемещаясь над Землей, может дать информацию о погоде на всей планете.

Измеряя с помощью бортовой аппаратуры спутника пара­метры излучения тепла различных слоев атмосферы, можно получить богатый материал для изучения происходящих в ней процессов. Кроме того, спутник может служить хорошим сред­ством для сбора информации с наземных метеорологических пунктов, разбросанных по всему земному шару. За время од­ного оборота вокруг Земли спутник собирает данные, которые в 100 раз превышают информацию, поступающую со всех метео­рологических станций, и, кроме того, дает сведения о погоде на той части поверхности земного шара, которая является «бе­лым пятном» для метеорологов.

Таким образом, космическая техника станет одним из самых эффективных средств в метеорологии, имеющих огромное эко­номическое значение. Уже первые метеорологические спутни­ки дали много ценной для хозяйственной практики информации. Так, например, «Космос-144», входивший в экспериментальную метеорологическую систему «Метеор», обнаружил, что от о. Врангеля до Берингова пролива океан очистился от льда. Это позволило начать навигацию по Северному морскому пути на месяц раньше намеченного срока.

Обнаружение тайфунов и ураганов с помощью спутников стало обычным явлением. Так были обнаружены ураганы «Бэтси», «Эстер», тайфуны «Ненси», «Памела», которые наносят ог­ромные убытки хозяйству. Например, ураган «Агнес», обрушив­шийся на восточную часть США 20—23 июня 1972 г., унес 118 жизней, а причиненный им материальный ущерб оценивается в три с лишним миллиарда долларов. Объем осадков, выпав­ших на сушу во время урагана, составил около 100 куб. км.

Уже сегодня эксплуатация метеорологических космических систем вносит серьезный вклад в экономику, а в ближайшие годы он возрастает во много раз. Так, например, если метео­рологические спутники позволят составлять надежный прогноз погоды на пять суток вперед, то (по оценкам совета экономи­ческих экспертов при президенте США) ежегодно будет обес­печен следующий экономический эффект: в сельском хозяйстве—2500 млн. долл., в наземном транспорте—100 млн.; в лесной промышленности—45 млн.; в водном хозяйстве—3000 млн. долл. Таким образом, суммарный эффект в хозяйственных отраслях Соединенных Штатов от такой системы составит около 6 млрд. долл. Для всего мира эта цифра возрастет во много раз.

По мнению зарубежных ученых, прогнозы погоды с досто­верностью 90—95% для всего земного шара на трое суток вперед с помощью космической метеорологической системы обеспечат ежегодную экономию около 60 млрд. долл.

Для составления прогнозов Гидрометеослужбы СССР широко используются спутники «Метеор», на основе которых в 1967 г. была создана метеорологическая космическая система. Она, по далеко не полным данным, позволяет сохранить ежегодно материальные ценности на сумму около 700 млн. руб.

Метеорологическая система «Метеор» состоит из метеоро­логических спутников, находящихся на орбитах, наземного комплекса приема, обработки и распространения информации, а также службы контроля состояния бортовых систем спутни­ков и управления ими.

Метеорологический спутник состоит из двух герметичных от­секов: приборного, находящегося в его нижней части и содер­жащего научную аппаратуру, и энергоаппаратурного, в котором размещаются основные служебные системы. С этим отсеком конструктивно связан механизм электропривода панелей сол­нечных батарей. Продольная ось спутника постоянно направ­лена к центру Земли. Спутник ориентирован также по двум дру­гим осям, направленным вдоль траектории и перпендикулярно к плоскости орбиты. Стабилизируется он с помощью электро-маховичной системы. Солнечные батареи с помощью специаль­ной системы ориентации и стабилизации постоянно располага­ются плоскостями панелей перпендикулярно солнечным лучам. Направление оси спутника контролируется датчиками теплового излучения Земли, а для ориентации солнечных батарей используются специальные фотоэлементы. Система терморегулирова­ния обеспечивает требуемый режим работы внутри спутника.

Метеорологическая аппаратура спутника состоит в основном из телевизионной (ТВ), инфракрасной (ИК) и актинометрической (АК) систем. Она может работать циклами различной продол­жительности и включается по заданной программе или по ко­мандам с Земли. ТВ и ИК снимки позволяют выявить осо­бенности структуры полей облачности, не доступные наблюде­ниям с наземной сети станций, и сделать выводы не только о положении, но и об эволюции соответствующих синоптических объектов и воздушных масс. Совместная ТВ и ИК информация позволяет сделать более надежную оценку синоптической обстановки и характера развития атмосферных процессов.

АК аппаратура предназначена для измерения радиации, ухо­дящей от Земли. В ее составе имеются два сканирующих узко-секторных прибора, один — для диапазона 0,3—3 мкм, а дру­гой для диапазона 3—30 и 8—12 мкм. Это позволяет исследо­вать отражательные и излучательные свойства облаков и от­крытых участков земной поверхности, а также радиационный баланс системы Земля—атмосфера.

За один оборот вокруг Земли спутник «Метеор» получает ТВ и ИК информацию с территории около 8% и о радиацион­ных потоках—с 20% площади земного шара. Система из двух спутников, находящихся на круговых околополярных орбитах высотой около 630 км, плоскости которых пересекаются под углом 95°, дает в течение суток информацию с половины по­верхности Земли. При этом каждый из районов планеты наб­людается с интервалом 6 ч.

В СССР создана также наземная система сбора, обработки и распространения метеоинформации, построенная на использо­вании электронно-вычислительных машин. Получаемая инфор­мация оформляется в виде снимков, на которые наносится сетка географических координат, свободных от перспективных искажений, приведенных к одному масштабу и удобных для сравнения с синоптическими картами. Результаты обработки данных АК аппаратуры представляются в виде цифровых карт с автоматически нанесенной на них сеткой координат и изоли­ниями. Полученная информация используется для междуна­родного обмена. Уже в течение ряда лет ученые социалистиче­ских стран ведут в рамках программы «Интеркосмос» исследо­вания облачности, радиационного и теплового баланса системы Земля — атмосфера по спутниковым данным. В результате этой работы специалисты Болгарии, Венгрии, ГДР, Румынии и Совет­ского Союза создали совместную книгу «Использование данных о мезомасштабных особенностях облачности в анализе погоды». Это издание имеет практическое значение для оперативной ра­боты синоптиков-прогнозистов. Большой практический интерес представляет также совместная работа ученых этих стран над усовершенствованием методов получения полей метеорологи­ческих элементов на основе спутниковой информации. В ряде социалистических стран создаются бортовые приборы, устанав­ливаемые на советских метеорологических спутниках, а также наземная аппаратура для приема информации со спутников в режиме непосредственной передачи.

Большие возможности для оперативного наблюдения погод­ных явлений имеют пилотируемые космические корабли и стан­ции, так как космонавт может немедленно дать сведения о тех или иных погодных явлениях, не дожидаясь специальной обра­ботки метеоинформации в наземном центре. В процессе поле­та космических кораблей «Союз» и орбитальных станций «Са­лют» был получен ряд ценных сведений, используемых в рабо­те Гидрометцентра СССР.

Метеорологические системы как в СССР, так и в других стра­нах непрерывно совершенствуются. Можно предполагать, что в будущем в метеорологическую систему войдут космические аппараты, расположенные на трех ярусах. Первый ярус состав­ляет долговременные обитаемые орбитальные станции. Они обеспечат визуальные наблюдения геосферы и быстропротекающих метеорологических явлений, а также, приливов, обвалов, пыльных и песчаных бурь, цунами, ураганов, землетрясений. Второй ярус — это автоматические спутники типа «Метеор» на полярных и приполярных орбитах высотой 1—1,5 тыс. км. Ос­новное их назначение — поставлять информацию, необходимую для численных методов прогнозирования погоды в глобальном и локальном масштабах, обеспечить наблюдение средне- и мел­комасштабных процессов в атмосфере. Наконец, третий ярус — метеорологические спутники на орбитах высотой до 36 тыс. км для непрерывного наблюдения динамических процессов в атмосфере Земли. Они дадут картину общей циркуляции атмос­феры. Кроме того, такая трехъярусная метеосистема будет по­лучать дополнительную информацию о «погоде» в космосе от космической службы Солнца и космоса. Суммируя всю эту ин­формацию, ученые смогут точнее предсказывать ход событий в атмосфере, познать закономерности погодообразования, что позволит вплотную подойти к управлению погодой на нашей планете и создаст предпосылки для преобразования природы на Земле в нужном для человечества направлении.