Спектрометрическое сканирование атмосферы и поверхности Земли
Измерения на СА «Викинг-2» с обогащением образцов воздуха в 10 раз позволили определить содержание криптона и ксенона, выявив, что криптон присутствует в бульших количествах, чем ксенон. Относительное содержание различных изотопов криптона близко соответствует земным значениям, но отношение концентрации ксенона-129 и ксенона-132 оказалось более высоким, чем в земной атмосфере.
Полученные результаты позволяют считать мало вероятным, что Марс мог иметь в прошлом массивную первоначальную атмосферу, которая была затем постепенно «сдута» солнечным ветром, так как в противном случае отношение концентраций 36Аr и криптона должно быть гораздо меньшим, чем в земной атмосфере, поскольку «сдувание» аргона более эффективно, чем криптона. Обнаруженная в атмосфере Марса низкая концентрация аргона свидетельствует об одной из следующих возможностей: 1) на Марсе в период его формирования имело место пониженное содержание летучих компонентов (это, однако, мало вероятно, ввиду близости планеты к Солнцу); 2) значительная часть первоначальной атмосферы планеты подвергалась «сдуванию» солнечным ветром, в процессе которого происходило изменение состава атмосферы; 3) на Марсе не было такой интенсивной дегазации твердой оболочки планеты, как на Земле. Последняя возможность является наиболее вероятной.
Важное значение имеет факт преобладания криптона над ксеноном в марсианской атмосфере (аналогичная ситуация наблюдается в земной атмосфере), тогда как обратное справедливо для состава протопланетной газовой компоненты обычных или карбонатных хондритов. В связи с этим можно предположить, что на Марсе происходил подобный земному процесс преимущественной адсорбции ксенона, выделившегося при дегазации осадочными породами. Возможно, что подобный процесс имел место на Марсе в периоды флювиальной эрозии. Альтернативное (или дополнительное) предположение состоит в том, что ксенон был поглощен реголитом.
Низкая концентрация аргона свидетельствует о необходимости внести поправки в оценки концентрации других летучих компонентов, основанные на предположении о высоком содержании аргона. Однако малое по сравнению с земным отношение концентрации изотопов аргона указывает, по-видимому, на большую сложность процессов дегазации на Марсе, чем это предполагается по аналогии с Землей.
Можно считать, что Марс и Земля имеют, в целом, сходный состав и поэтому продукция газов осуществляется в одинаковых пропорциях, но дегазация и выветривание были на Марсе гораздо менее полными. Значительная часть летучих компонентов могла быть захвачена слоями вечной мерзлоты (Н2О), полярными шапками (Н2О, СО2), химически связана в грунте (нитраты, окислы, карбонаты) или диссипировала. Если принять такую гипотезу, то из нее вытекает, что масса марсианской атмосферы в прошлом не могла превышать современную более, чем в 10 раз, т. е. давление у поверхности не превосходило 100 мбар. Существование огромных количеств «погребенных» СО2 и Н2О допускает, однако, возможность циклических или эпизодических вариаций климата, которые могли обусловить появление флювиальных структур рельефа.[1, 14-17]
Структурные параметры
Измерения на участке входа СА в марсианскую атмосферу позволили получить сведения о вертикальных профилях структурных параметров. Вход СА «Викинг-2» (САВ-2) в атмосферу Марса произошел 3 сентября 1976 г. около 15 ч 49 м по тихоокеанскому дневному времени, что соответствует местному утру. Структура марсианской атмосферы утром на высотах до 100 км, определенная по данным акселерометрических (на высотах более 25 км) и прямых (парашютный спуск) измерений во время входа СА в атмосферу, характеризуется наличием почти изотермического слоя 1,5—4 км вблизи поверхности планеты с вертикальным градиентом температуры не более 1,3 К/км на высотах, превосходящих 2,5 км. Вертикальный градиент температуры в слое 5—19 км ниже адиабатического и равен 1,8 К/км, а в вышележащей толще атмосферы наблюдается волнообразный ход температуры.
Различие по сравнению с данными САВ-1, согласно которым вертикальный градиент температуры составляет 3,7 К/км, обусловлено влиянием суточного хода (данные САВ-1 относятся к послеполуденному времени). Атмосферное давление у поверхности оказалось примерно на 10% выше (7,75 мбар) зарегистрированного в тот же момент времени в точке посадки СА «Викинг-1» (6,98 мбар). Это определяется тем фактом, что САВ-2 совершил посадку в точке, находящейся на уровне, который на 2,7 км ниже отсчетного уровня марсианского эллипсоида (уровня 6,1 мбар поверхности) и примерно на 0,96—1,20 км ниже уровня САВ-1. Плотность воздуха у поверхности равна 0,0180 кг/м3. Полученный вертикальный профиль температуры на высотах до 100 км согласуется (по крайней мере, качественно) с данными, найденными ранее на основе использования модели тепловых приливов.
Для изменения температуры с высотой характерен волнообразный характер при амплитуде волны, возрастающей примерно до 25 К на высоте 90 км. Вертикальные длины волн (расстояния между экстремумами) варьируют в пределах 17—23 км (теоретические расчеты приводят к значениям, равным 22—24 км). По-видимому, подобные волны являются следствием слоистой структуры вертикальных осцилляции и связаны с нагреванием и охлаждением, обусловленными сжатием и расширением (требуемый коэффициент сжатия на высотах меньше 80 км должен варьировать в пределах 0,80—1,26). Последние определяются влиянием суточного хода температуры поверхности планеты.
Как это необходимо для распространения гравитационных волн, атмосфера устойчива к конвекции, за исключением, возможно, некоторых участков планеты. В обеих точках посадки СА температура атмосферы везде существенно выше уровня конденсации углекислого газа, что исключает возможность формирования дымки из сухого льда летом в северном полушарии по крайней мере до 50° с. ш. Следует, таким образом, считать, что наблюдаемый на этих широтах приповерхностный туман состоит из конденсата водяного пара.
По данным масс-спектрометрических измерений плотности углекислого газа во время снижения СА «Викинг-1, -2» (САВ-1 и САВ-2) рассчитаны вертикальные профили температуры на высотах 120—200 км. Расчеты сделаны на основе барометрической формулы с применением итерационной схемы, предусматривающей послойное определение температуры, начиная с уровня верхней границы, где атмосфера первоначально предполагается изотермической в пределах интервала высот, охватываемого первыми двумя точками измерений. Вертикальные профили температуры восстановлены независимо по ионным пикам, соответствующим массовым числам 44, 22 и 12, что позволяет оценить точность определения температуры.
В обоих случаях (САВ-1 и САВ-2) вертикальные профили температуры имеют волнообразную структуру на высотах более 30 км (для сравнения использованы данные, относящиеся к высотам 0—100 км), причем амплитуда волны возрастает с высотой в слое 50—120 км. В нескольких интервалах высот вертикальный градиент температуры близок к адиабатическому. В случае данных САВ-1 волновая структура профиля температуры может быть обусловлена влиянием суточного прилива. Амплитуда волны меньше в районе снижения САВ-2, что, вероятно, связано с более высокой широтой этого района.
Полученные значения температуры термосферы Марса значительно ниже (<200 К), чем найденные ранее по данным измерений УФ свечения атмосферы с АМС «Маринер-6, -7, -9». Это можно объяснить как влиянием расстояния до Солнца (измерения на CAB сделаны в период, когда Марс был близок к апогею при расстоянии около 1,64 а. е., тогда как АМС «Маринер» функционировали при положении планеты, близком к перигелию при расстоянии около 1,43 а. е.), так и различиями потока энергии, переносимого приливами из нижней атмосферы в верхнюю.
Данные САВ-2 обнаруживают неожиданное возрастание температуры выше 170 км, достоверность которого требует тщательной проверки. Сравнение вычисленных по барометрической формуле вертикальных профилей концентрации аргона и азота с измеренными позволило оценить коэффициент турбулентного перемешивания на различных высотах, варьирующий от 2,1—5,0Х 107 см2/с на уровне 100 км до 1,2—4,2— 109 см2/с на высоте 170 км. Модельные расчеты вертикальных профилей концентрации СО, NO и О2 обнаружили хорошее согласие с результатами измерений.
Построена модель марсианской ионосферы, соответствующая данным САВ-2. Анализ рассматриваемых данных привел к выводу, что отношения смеси азота, аргона и кислорода в основной толще атмосферы равны 2,4 · 10-2; 1,5 · 10-2 и 1,6 · 10-3, соответственно. Верхняя атмосфера обогащена окисью углерода и азота по сравнению с нижней, где отношения смеси этих компонент составляют около 8·10-4 и 10-8—10-9.
2. АППАРАТУРА ДЛЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Научная аппаратура модуля 77КСИ "Природа" "Алиса"
Научная аппаратура (НА) "Алиса" является лидаром (лазерным локатором атмосферных образований), установленным в модуле "Природа" и предназначенным для геофизических исследований из космоса:
определения верхней границы облачного слоя;
измерения вертикального распределения атмосферного аэрозоля;
возможного измерения аэрозолей спорадического происхождения.
НА работает в комплексе с радиометром "Исток" и наземными станциями.
НА расположена в ПГО-3 модуля "Природа" и работает через иллюминатор №2. НА состоит из собственно лидара и системы охлаждения СВТ.
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Вертикальное разрешение, м | 150 |
| Горизонтальное разрешение, м | 200 |
| Длина волны излучателя, нм | 532 |
| Частота импульсов, Гц | 50 |
| Срок службы, час | 20-100 |
| Напряжение питания, В | 27 |
| Рабочий ток, А | 100 |
| Мощность СВТ, Вт | 105 |
| Масса СВТ, кг | 42,7 |
| Ресурс СВТ, лет | 3 |
ДК-33
Прибор ДК-33 предназначен для измерения быстропеременных и стационарных полей яркости в спектральном диапазоне от 120 до 1100 нм и исследования их влияния на служебную и научную оптическую аппаратуру. В УФ-диапазоне такие измерения проводятся впервые.
Блеск отдельных частиц определяется по приведенной к полю зрения эквивалентной яркости фона. Целевым назначением прибора ДК-33 является фотометрический контроль состояния окружающей среды в зоне служебной и научной оптической аппаратуры и полезного груза на всех этапах НИ изделия.
Прибор четырехканальный; характеристики применяемых каналов приведены в таблице:
| № канала | Спектральный диапазон, нм | Диапазон яркостей, Вт/м*стр. |
| 1 | 120-180 | 10-7-10-2 |
| 2 | 180-350 | 10-7-10-2 |
| 3 | 350-600 | 7,5*10-7-7,5*10-2 |
| 4 | 400-1100 | 7,5*10-7-7,5*10-1 |
Прибор состоит из двух блоков:
приемного устройства (устанавливается снаружи);
блока электроники (внутри ГО).
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания, В | 27 |
| Время готовности к работе, мин | 1 |
| Масса, кг | 17 |
| Ресурс работы, час | 1000 |
| Время непрерывной работы, час | 36 |
| Потребляемая мощность, Вт | 20 |
| Диапазон рабочих температур, 0С | 0-40 |
"Икар-Дельта"
Радиометрический комплекс "Икар-Дельта" предназначен для измерения амплитудного и пространственного распределения собственного радиотеплового излучения земной поверхности в микроволновом диапазоне с целью определения следующих характеристик атмосферы, океана и суши:
положения и изменчивости основных фронтальных зон Северной Атлантики: зоны течения системы Гольфстрим, Северо-Атлантического течения, струйных течений тропической зоны Атлантического океана;
положения, интенсивности и направления перемещений крупномасштабных температурных аномалий, локализованных в верхних слоях океана;
параметров снежного и ледового покрова;
водозапасов облаков и интегральных параметров атмосферы;
границ зон осадков;
приводной скорости ветра;
распределения температуры воздуха.
Состав комплекса.
радиометр "Дельта-2П" 1шт.
радиометр "Икар-ИП" 1 шт.
радиометр поляризационный РП-225 3 шт.
сканирующая двухполяризационная радиометрическая система Р-400 1 шт.
радиометр РП-600 6 шт.
Технические характеристики:
| Наименование | Значение |
| Рабочие длины волн, см | 0,3/0,8/1,35/2,25/4/6 |
| Напряжение питания, В | 27 |
| Мощность, ВА | 600 |
| Время установления рабочего режима, мин | 30 |
| Время непрерывной работы, час | 7 |
| Ресурс, час | 1500 |
| Масса, кг | 400 |
"Индикатор"
Аппаратура "Индикатор" предназначена для контроля параметров собственной внешней атмосферы ОС. Аппаратура применяется для измерения плотности (общего давления) СВА, потока заряженных частиц и интенсивности набегающего потока.
Аппаратура "Индикатор" состоит из:
блока входного преобразователя с собственным датчиком, установленным на внешней поверхности изделия;
блока управления, установленного в ГО.
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Общие габариты БВП, мм | 270х130х160 |
| Масса БВП, кг | 35 |
| Общие габариты БУ, мм | 204х200х140 |
| Масса БУ, кг | 2 |
| Потребляемая мощность, Вт | 20 |
| Время непрерывной работы, час | 24 |
| Перерыв, час | 2 |
| Ресурс, лет | 10 |
Ионозонд (Институт прикладной геофизики).
Ионозонд представляет собой комплекс бортовых и наземных средств для обеспечения глобального мониторинга околоземного космического пространства методом радиозондирования атмосферы Земли с низкоорбитальных пилотируемых объектов.
Состав аппаратуры:
аппаратура Ионозонда на модуле "Природа";
система телекоммуникационного контроля и управления "Сигма";
наземные ионосферные станции в городах Ростов-на-Дону и Нарофоминск.
Назначение аппаратуры Ионозонда.
Предназначена для импульсного зондирования внешней атмосферы с целью получения оперативной информации о ее состоянии.
Управление аппаратурой Ионозонда и съем контрольной телеметрической информации осуществляется через ПЭВМ-КСИ и ПАО-КСИ из состава СТКУ "Сигма".
Состав аппаратуры Ионозонда:
аппаратура АИ 804:
- АИ 011 – приемопередатчик, предназначенный для формирования зондирующих сигналов и приема отраженного от ионосферы сигнала;
- АИ 502 – блок цифровой обработки, предназначенный для кодирования и преобразования информации с последующей передачей в СТКУ:
аналоговый передатчик СОРС-Д, работающий на частоте 137 МГц и предназначенный для передачи на Землю комплексного видеосигнала в аналоговом виде в зоне радиовидимости наземных ионостанций:
антенна Ионозонда.
Ограничения:
время непрерывной работы не более 60 мин;
перерыв в работе не менее 25 мин.
"Исток-1"
ИК спектрометрическая система "Исток-1" предназначена для измерения спектров собственного теплового излучения атмосферы и подстилающей поверхности при различных углах наблюдения, ИК спектров пропускания атмосферы и углов рефракции видимого излучения в режиме слежения за Солнцем для определения в составе атмосферы содержания озона, углекислого газа, паров воды, закиси азота, метана и азотной кислоты.
Состав КНА "Исток-1".
инфракрасный спектрорадиометр (ИКСР)
электронное визирующее устройство (ЭВУ)
бортовое вычислительное устройство (БВУ)
автоматически стабилизируемая платформа (АСП)
калибровочный источник спектрорадиометра (КИС)
контрольный источник ЭВУ
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Масса системы | 180 кг |
| Потребляемая мощность: | |
| ИКСР | 140 Вт |
| ЭВУ | 13 Вт |
| АСП | 180 Вт |
| БВУ | 25 Вт |
| Ресурс системы | 700 ч |
| Время непрерывной работы | 1,5 ч |
"МОЗ-Обзор"
Аппаратура "МОЗ-Обзор" предназначена для регистрации отраженного от поверхности Земли и атмосферы излучения Солнца в видимой и ближней ИК областях спектра с последующей передачей этой информации в виде цифровых массивов в ТМ систему.
Аппаратура может работать в ручном и автоматическом режимах.
Аппаратура "МОЗ-Обзор" состоит из следующих приборов:
МОЗ - модульный оптико-электронный сканер, включающий в себя оптико-электронный блок, устанавливаемый на иллюминатор, зеркало, блок процессора и блок питания;
БВУ "Обзор" - бортовое вычислительное устройство, предназначенное для взаимодействия с СУБК;
ПУ "Обзор" - пульт ручного управления;
К-1…К-16 - межблочные кабели.
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания, В | 27 |
| Мощность, Вт | 170 |
| Информативность, Кбит/с | 256 |
| Ресурс, час | 5000 |
| Спектральный диапазон, нм | |
| МОЗ-А | 756-767 |
| МОЗ-Б | 408-1010 |
МОМС-2П
Целью космического эксперимента МОМС-2П является решение следующих задач:
съемка поверхности Земли;
съемка облачного покрова;
съемка внутренних водоемов и поверхности океана в районе шельфа.
Виды съемок:
во всех спектральных диапазонах видимого спектра с обычным разрешением;
в видимом диапазоне спектра с повышенным разрешением;
стереосъемка в видимом диапазоне спектра с обычным разрешением.
Съемка полигонов обеспечивается за счет орбитального движения изделия и поперечного сканирования поверхности Земли ПЗС-приемников.
В состав аппаратуры МОМС-2П входят:
оптический модуль массой 181 кг (устанавливается снаружи модуля 77КСИ);
антенны МОМС НАВ (3 шт. системы GPS);
блок питания;
магнитофон DCRSi-107 с кассетами.
Тип прибора – модульный оптический многоспектральный стереосканер, позволяющий снимать поверхность Земли в 4 спектральных диапазонах (каналы: 1,2,3,4-спектральные, 6,7-стерео, 5А, 5В-высокого разрешения).
Характеристики каналов:
| Канал | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Длина волны, нм | 440-505 | 530-575 | 645-680 | 770-810 | 520-760 | 520-760 | 520-760 |
| Поле зрения, град | 15 | 15 | 15 | 15 | 7,2 | 13,9 | 13,9 |
| Разрешение с высоты 350 км, м | 15,9 | 15,9 | 15,9 | 15,9 | 5,3 | 15,9 | 15,9 |
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Масса, кг | 250 |
| Мощность максимальная, Вт | 540 |
| Мощность в режиме сброса информации, Вт | 440 |
| Информативность БИСУП, Мбайт/с | 7,64 |
| Время непрерывной работы, мин | 20 |
| Ресурс, лет | 1,5 |
МСУ-СК
Прибор предназначен для получения и передачи на Землю изображения подстилающей поверхности в однострочном режиме в видимом, ближнем и дальнем ИК диапазонах.
Технические характеристики:
| Наименование | Значение |
| Температура корпуса, С | -27…+37 |
| Рабочее давление, Па | 105 |
| Число спектральных каналов | 5 |
| Угловое разрешение для всех каналов, мрад | 0,186 |
| Энергопотребление, Вт | 295 |
| Время непрерывной работы, мин | 20 |
| Перерыв между включениями, мин | 70 |
| Масса, кг | 56 |
| Ресурс, час | 1500 |
МСУ-Э(многофункциональное сканирующее устройство с электронной разверткой)
Аппаратура состоит из двух приборов МСУ-Э. Прибор предназначен для получения изображения подстилающей поверхности Земли.
При проведении эксперимента ось +Z модуля 77КСИ должна быть направлена по местной вертикали с погрешностью +1 угл. град. Ось Х должна быть направлена по направлению полета, угол С-О-З должен быть больше 115 угл. град. Съемка проводится при минимальной облачности.
Приборы имеют негерметичные корпуса.
Технические характеристики:
| Наименование | Значение |
| Температура корпуса, С | 20+/-5 |
| Рабочее давление, Па | от 1,013*10-5 до 133,3 |
| Число спектральных каналов | 3 |
| Угловое разрешение для всех каналов, угл. сек: | |
| по строке | 7,04 |
| по кадру | 10,8 |
| Энергопотребление, Вт: | |
| без подогрева | 100 |
| при максимальном подогреве | 38 |
| Время непрерывной работы, мин | 20 |
| Перерыв между включениями, мин | 60 |
| Информативность, Мбит/с | 3,84 |
"Озон - Мир"
Целью научного эксперимента является измерение с борта ОС спектральных характеристик прямого солнечного излучения, проходящего через атмосферу Земли, при заходах Солнца относительно станции с целью последующей обработки измеренных коэффициентов спектральной прозрачности атмосферы и восстановления вертикальных профилей концентрации кислорода, озона, паров воды и других малых газовых составляющих и аэрозолей.
Аппаратура работает в автоматическом режиме и выполнена в виде 3-х независимых блоков:
блока спектрометров;
блока электроники;
блока питания.
Аппаратура имеет 4 спектральных канала для измерения спектральной прозрачности атмосферы в диапазоне 257-1155 нм.
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Скорость обмена информацией с РПИ, Кбайт/с | 50 |
| Время подготовки к работе, мин | 8 |
| Время непрерывной работы, мин | 30 |
| Ресурс, час | 500 |
| Максимальная мощность, Вт | 280 |
Канопус
Канопус предназначен для исследования космического пространства как среды обитания биологических и технических объектов.
Дозиметр ДК-1 предназначен для измерения основных дозовых характеристик поля ионизирующих излучений. На модуле 77КСИ "Природа" установлены два блока детектирования (БД-03 и БД-06) и регистратор (БР).
Спектрометр СПЭ-1 предназначен для измерения спектральных и угловых характеристик электронов и протонов низких энергий.
Анализатор С-11 предназначен для измерения динамики энергетического распределения протонов и спектров линейных потерь космических лучей.
| Блоки | Масса, кг | Габариты, мм | Мощность, Вт | Размещение |
| БР | 1,9 | 136х182х118 | 3,7 | ГО |
| БД-03 | 0,1 | 112х80х24 | 0,001 | снаружи |
| БД-06 | 1,4 | 160 (сфера) | 0,001 | снаружи |
| СПЭ-1 | 4,5 | 215х257х200 | 4 | снаружи |
| С-11 (детектор) | 2,4 | 250х105х100 | 3 | снаружи |
| С-11 (анализатор) | 3,0 | 250х110х200 | 3 | ГО |
| Суммарно | 13,3 | 13,7 |
"Траверс-1П"
Система "Траверс-1П" - это двухчастотный радиолокатор бокового обзора с синтезированной апертурой. Он предназначен для получения радиолокационных изображений (карт) земной поверхности.
Использование научных данных "Траверс-1П" для исследования поверхности суши позволяет проводить оценку состояния и типа растительности и влажности почв, картографирования рельефа льда и волнения поверхности мирового океана.
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Длина волны зондирующего сигнала, см | |
| С-диапазон | 9 |
| D-диапазон | 23 |
| Угол наблюдения, угл. град. | 35 |
| Разрешающая способность, м | 100 |
| Размер антенны, м | 2,8х6,0 |
| Вид информации | цифровой |
| Скорость передачи информации, Мбит/с | 15 |
| Энергопотребление, Вт | |
| С-диапазон | 500 |
| D-диапазон | 700 |
| Ресурс, ч | 500 |
Картирующий спектрометр видимого и инфракрасного диапазона
спектрометрическая съемка поверхности и атмосферы марса
Основные научные задачи:
картирование состава поверхности Марса - вулканических и осадочных пород, измороси и льдов;
картирование основных газообразных и твердых атмосферных компонент.
Прибор имеет три канала:
IR - 1 диапазон 2,7 - 5,2 мкм;
IR - 2 диапазон 1,05 - 2,7 мкм;
VNIR диапазон 0,35 - 1,05
Основные характеристики:
спектральное разрешение 50 - 100
угловое разрешение 4 угл.мин
пространственное разрешение 0,4 - 4 км
многофункциональную стереоскопическую ТВ-камеру высокого разрешения HRSC, диапазон длин волн 0,4-1,0 мкм;
ширина полосы обзора 8,8°
масса 23,7 кг
Пассивное аэрокосмическое зондирование атмосферы и земной поверхности в геоинформационных технологиях исследования и мониторинга окружающей среды
При решении задач ресурсно-экологического мониторинга подстилающей поверхности Земли (ППЗ) с использованием аэрокосмической информации в условиях влияния аэрозольных компонент атмосферы возникает задача предварительной обработки изображений, заключающаяся в фильтрации (подавлении шума) и восстановлении, реставрации изображений (путем "обращения" влияния искажающих факторов). Корректное решение задачи предобработки позволяет повысить точность решения задач тематической обработки данных, в частности, решать задачи обнаружения аномалий ППЗ по серии снимков одного и того же участка поверхности Земли на фоне сезонных вариаций радиояркостей.
В связи с этим прелагается рассмотреть новые подходы к тематической обработки изображений подстилающей поверхности Земли, наблюдаемой со спутников в условиях искажающего влияния атмосферы. В качестве объекта исследования рассматривается поле аэрозольной компоненты атмосферы и тепловые аномалии на земной поверхности.
Для изучения региональных свойств атмосферного аэрозоля применяются различные средства дистанционного мониторинга и в том числе результаты спутниковых измерений. В работе дается оценка принципиальных возможностей использования системы AVHRR/NOAA для проведения в Томском регионе регулярного космомониторинга атмосферного аэрозоля и в том числе дымов от лесных пожаров. С этой целью выполнен сравнительный анализ данных AVHRR/NOAA и наземных измерений ряда характеристик атмосферного аэрозоля (аэрозольная оптическая толщина, коэффициент рассеяния λ=0.52 μm, массовое содержание сажи, счетная концентрация аэрозольных частиц), полученных для условий Томска в летние месяцы 1998-99 г.г.
Предварительная обработка спутниковой информации включает следующие основные этапы:
калибровка, географическая привязка, визуализация и отбраковка облачных снимков;
b) статистический анализ пространственно-временной изменчивости данных в окрестности Томска с целью поиска "темных" участков подстилающей поверхности, характеризующихся малыми значениями альбедо и пространственной квазиоднородностью;
c) атмосферная (молекулярная) коррекция измерений спутниковых измерений с учетом реального состояния атмосферы на момент проведения космомониторинга.
В результате сравнительного анализа спутниковых данных и наземных измерений аэрозольных характеристик получен следующий предварительный вывод. Установлена статистически значимая положительная корреляционная связь между данными первого и второго каналов AVHRR и наземными измерениями. Этот факт говорит о перспективности использования спутниковой информации AVHRR/NOAA для мониторинга в атмосферного аэрозоля и дымов лесных пожаров с использованием адаптированных к условиям наблюдений спутниковых методов и локальных наземных измерений.
Не менее важной задачей космомониторинга является обнаружение очагов пожаров еще на ранней стадии их развития. Это требует эффективного решения задачи автоматического распознавания на спутниковых снимках высокотемпературных аномалий, размеры которых на один-два порядка меньше пространственного разрешения радиометра. Для достижения максимальной точности решения такой задачи очевидна необходимость проведения атмосферной коррекции спутниковых данных, основанной на оперативном учёте оптико-геометрических условий наблюдений. Анализ литературных данных говорит о том, что в силу сложности этой задачи в большинстве спутниковых алгоритмов обнаружения очагов пожаров атмосферная коррекция на практике как правило не осуществляется. Вместе с тем, даже в условиях прозрачной атмосферы коэффициент атмосферного ослабления восходящего теплового излучения очага составляет для углов сканирования радиометра AVHRR/NOAA ( =0-55 ) величину порядка 0,8-0,5. При наличии же аэрозоля этот коэффициент дополнительно уменьшается (до 1,5-2 раз) с ростом аэрозольной оптической толщины (АОТ).
Создание эффективных процедур раннего обнаружения малоразмерных очагов требует учета в 3-ем канале AVHRR (3,75 мкм) такого мешающего фактора, как отраженное поверхностью и рассеянное атмосферой солнечное излучение (солнечная дымка). Как правило, для этого выбирается фиксированное пороговое значение (не учитывающее даже геометрические параметры положения Солнца) или величина, связанная фактически только с зенитным углом Солнца.
Как показывают предварительные оценки в отраженном от атмосферы излучении формируется максимум (в диапазоне высот Солнца 5-15 ), амплитуда которого связана с оптическими характеристиками приземного аэрозоля и направлением вектора вдоль оптической оси прибора. При этом азимутальные различия вклада могут быть достаточно существенны.
Аэрокосмические средства для исследования концентраций озона в атмосфере
Предлагается проект зондов для измерения высотных профилей метеопараметров и концентраций озона в любом районе земного шара. Зонды доставляются в исследуемый регион аэрокосмическим планирующим аппаратом типа “Бор-2”, выводимым на суборбитальную траекторию с последующим планированием ракета-носителями типа “Штиль”. Возможен сброс зондов с высотных самолетов “М-50”, выполнявших замеры концентраций над Антарктидой, поэтому радиозонды выполняются в двух модификациях: для сброса с самолета и с аэрокосмического аппарата.
Информация передается по спутниковым телекоммуникационным каналам. Для входа в атмосферу с суборбитальной траектории зонды помещены в специальную отделяемую защитную спускаемую капсулу, доставляющую приборно-измерительно-передающий контейнер в слой атмосферы на высоте 30-35 км, с которой осуществляется с помощью парашютно-зонтичного устройства снижение до контакта с поверхностью Земли.
Рассмотрены компоновочные схемы двух различных вариантов спускаемой капсулы и для варианта с паразонтичным раскрываемым устройством разработана конструктивная схема разделяемой капсулы и паразонта.
Сделано технико-экономическое обоснование затрат и времени на создание зондов, средств их доставки, а также бортовых и наземных средств информационно-измерительного комплекса. [17]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые документы очень разнообразны по