|
вступ
Освоєння космосу, космічні дослідження відносяться до одного з основних напрямків науково-технічної революції. Розгляд цього напряму в техніко-економічному аспекті представить певний інтерес для фахівців, що розробляють міжнародні програми співробітництва в галузі економіки, науки і техніки.
У цій роботі показані деякі техніко-економічні та наукові передумови створення низки космічних систем. Розглядаються умови спостереження природних утворень з космосу, обговорюються методи і засоби дистанційного зондування при дослідженні природних ресурсів і навколишнього середовища. Крім того, наводяться відомості про рішення ряду інших завдань (зв'язок, геодезія і т. Д.) За допомогою космічних систем.
Штучні супутники Землі, володіючи такими особливостями, як можливістю знаходитися в зоні прямої видимості з значних територій поверхні Землі, високою швидкістю переміщення і регулярністю руху, дозволяють ефективно вирішувати важливі народногосподарські завдання: визначення координат (геодезія і навігація), передача інформації (телебачення, радіомовлення, телефонний і телеграфний зв'язок), спостереження за Землею (дослідження природних ресурсів і навколишнього середовища), вивчення і контроль процесів в атмосфері.
Великий практичний інтерес, зокрема, представляє винесення в космос, наприклад на орбіти штучних супутників Землі або на Місяць, частини виробничо-технічних комплексів. На Місяць можуть бути винесені шкідливі, гірничодобувні, енергоємні види виробництва. В умовах космічного польоту (невагомість, вакуум) можуть проводитися великі кристали, композитні матеріали, унікальна оптика, надчисті хімічні і лікарські препарати і багато іншого. Особливе значення в найближчому майбутньому буде мати винесення за межі Землі шкідливих, вдруге не переробляються відходів виробництва.
Технічні характеристики ракетно-космічних систем, а також успіхи в створенні радіоелектронної і оптико-механічною апаратури дозволили розпочати вже в наші дні до вирішення конкретних завдань. Серед них особливо важливе значення мають завдання, пов'язані з різнобічним і комплексним дослідженням природних ресурсів Землі і навколишнього середовища. Це пояснюється принаймні двома головними обставинами. Перше з них пов'язане з дедалі ширшою (причому за останні роки темпи ростуть лавиноподібно) господарською діяльністю людини на нашій планеті, що вимагає форсованої розробки природних ресурсів, друге - з усе більш істотним впливом людини і його виробничої діяльності на природне середовище. Якщо в колишні роки питання стояло про те, щоб в мінімальному ступені впливати на екологічну систему планети, іншими словами, не порушувати рівноваги в природі, то тепер ми змушені на підставі глибокого вивчення біосфери змінювати ці умови, але таким чином, щоб зберегти природне середовище в стані, придатному для комфортного життя людини. Вирішувати такі глобальні завдання можливе лише за допомогою космонавтики.
Космічні системи зв'язку
Використання космічної техніки істотно підвищило ефективність системи зв'язку, дозволило зв'язати між собою всі куточки земної кулі, дало можливість широко використовувати самі інформативні, короткі хвилі, на яких працює телебачення. Дальня радіозв'язок з допомогою звичайних радіостанцій здійсненна на порівняно малоінформативному діапазоні радіохвиль довжиною від 200 до 10 м. В цьому діапазоні, наприклад, можна одночасно здійснювати приблизно кілька тисяч розмов. Це мало. Більш короткі радіохвилі - від 10 м до 2 см - істотно більш інформативні, але прямолінійність поширення цих хвиль (вони не затримуються іоносферою) унеможливлює їх використання для глобальної радіозв'язку за допомогою звичайних наземних радіопередавальних засобів. Більш того, навіть в тому діапазоні, яким користуються наземні засобі, не вдається створити високоякісної зв'язку, так як радіосигнали, багаторазово відбиваючись від іоносфери і Землі, зазнають помітні зміни в залежності від стану атмосфери. Досить частою ситуацією є повне порушення зв'язку на кілька діб при так званих магнітних бурях, викликаних сонячною активністю. Все це обмежує якість і надійність глобальної радіозв'язку.
Нові можливості для підвищення якості, оперативності та надійності зв'язку відкрилися з запуском штучних супутників Землі. Перебуваючи в полі прямої радиовидимости великого числа віддалених один від одного наземних пунктів, супутник дозволяє об'єднати їх мережею космічного зв'язку. У цьому випадку завдяки прямої видимості супутника з наземних пунктів використовуються інформативні, короткі хвилі, що забезпечує надійну і високоекономічних передачу великого обсягу інформації на далекі відстані.
Використання штучних супутників Землі в системі зв'язку грунтується на ретрансляції відбиває або апаратурою супутника сигналів від передавальних наземних станцій до прийомних. У першому випадку ретрансляція називається пасивною, в другому - активної. При пасивної ретрансляції використовується велика площа поверхні, що відбиває супутника, яка розсіює падаючу на нього частину енергії радіохвиль, а наземна приймальня радіостанція приймає частина розсіяною супутником енергії. Пасивні супутники передають сигнали без затримки (в реальному масштабі часу), т. Е. Забезпечують миттєву ретрансляцію.
Такі супутники відрізняються простотою і малою вартістю. Це можуть бути надувні тонкостінні оболонки, що не містять складної спеціальної апаратури. Вони надійні в роботі і можуть служити досить тривалий час. Керувати їхньою роботою гранично просто. Ще одним їх перевагою є можливість одночасної і незалежної ретрансляції через один супутник практично необмеженого числа сигналів абсолютно різних систем зв'язку, що з'єднують різні пункти (за умови, що системи працюють на різних частотах).
За схемою пасивної ретрансляції працювали американські супутники серії "Відлуння". Тонкостінна оболонка з металізованих синтетичних плівок мала сферичну форму діаметром 30 м у "Ехо-1" і 40 м - у "Ехо-2". Експериментальна експлуатація цих супутників показала, що зв'язок на їх основі недостатньо ефективна. Це пояснюється перш за все занадто великим загасанням сигналу. У зв'язку з цим потрібні великі потужності (близько 10 МВт) передавальних станцій і дуже високі чутливості прийомних наземних пристроїв. Це визначає складність і високу вартість наземних станцій і, отже, всієї системи космічного зв'язку в цілому, незважаючи на відносно невелику вартість самих супутників. Крім того, слабкість відображених до Землі сигналів обумовлює великі шуми і перешкоди, а отже, низька якість зв'язку. Все це змусило відмовитися від створення в даний час експлуатаційних систем зв'язку на основі використання пасивних космічних ретрансляторів.
Набагато перспективнішим виявився принцип побудови космічних систем зв'язку на основі активної ретрансляції сигналів. В цьому випадку апаратура супутника приймає радіосигнали з Землі, підсилює і потім знову передає (ретранслює) їх на Землю. Наявність на супутнику спеціальної приймально-передавальної апаратури дозволяє істотно знизити потужність передавальної і чутливість приймальні станції, що працюють на Землі. Викликане цим зниження вартості наземних станцій настільки велике, що цілком окупаються витрати на створення досить складного супутника, його запуск і подальшу експлуатацію. Така система космічного зв'язку рентабельніше системи на основі пасивних ретрансляторів і більш рентабельна, ніж звичайні наземні системи зв'язку. Оцінки показують, що, наприклад, в ряді випадків подібна космічна система зв'язку стає економічно більш ефективною в порівнянні зі звичайною наземної вже при дальності зв'язку більш 200 км. Високий рівень потужності приходить до Землі сигналу при його активній ретрансляції супутником обумовлює високу якість зв'язку. Ці фактори визначили використання для космічної системи зв'язку принципу активної ретрансляції сигналів.
Великими достоїнствами володіє космічна система зв'язку з супутниками на так званій стаціонарній орбіті, що представляє собою кругову екваторіальну орбіту висотою близько 30 тис. Км. Така орбіта характерна тим, що супутник на ній знаходиться в нерухомому відносно поверхні Землі положенні (в зв'язку з рівністю їх кутових швидкостей обертання). З стаціонарної орбіти забезпечується велика зона охоплення поверхні. Один стаціонарний супутник може забезпечити цілодобовий зв'язок між пунктами, віддаленими одна від одної на відстань близько 17 тис. Км, причому для зменшення втрат сигналів приймається, що супутник а крайніх точках видно під кутом 7,5 °.
Весь діапазон частот, що ретранслюються супутником зв'язку, ділиться на піддіапазони, звані стовбурами, причому кожен стовбур займає смугу частот, необхідну для передачі однієї телевізійної програми. Однак через нього може передаватися не тільки телевізійна інформація, але і, якщо необхідно, телефонна, телеграфна, фототелеграфная, радіомовна. Так, наприклад, через один ствол можна передавати одночасно до 600 телефонних розмов. Чим більша кількість стовбурів має зв'язковий супутник, тим більш інформативну зв'язок він може забезпечити, тому більш "продуктивної" буде космічна система зв'язку.
Загальний охоплення населення великій території телебаченням за допомогою наземних засобів хоча в принципі і можливий, але пов'язаний з великими матеріальними витратами, необхідними для побудови унікальних телевізійних веж і ліній радіорелейного зв'язку. При цьому при використанні кабельних ліній доводиться посилювати сигнали зв'язку через кожні 6-10 км, а для зв'язку по радіорелейних лініях необхідно через кожні 40-60 км встановлювати складні ретрансляційні станції. Для їх створення потрібні дефіцитні будівельні матеріали і велика армія будівельників, які могли б бути використані на інших роботах. Час, необхідний для введення в дію таких унікальних наземних споруд, буде обчислюватися десятиліттями. Крім того, багатоелементного такої системи робить її малонадійною, неоперативної і низькоякісної. Що ж стосується організації міжконтинентальних передач, то наземними засобами реалізувати їх через океан практично не представляється можливим. Таке завдання під силу тільки супутникових систем зв'язку.
У 1973 р в СРСР почав експлуатуватися новий супутник зв'язку "Блискавка-2" з діапазоном частот 4-6 ГГц. Він призначений для організації багатоканального телефонно-телеграфного зв'язку, передачі програм чорно-білого або кольорового телебачення на мережу системи "Орбіта", а також для забезпечення міжнародного співробітництва в галузі космічної зв'язку. У наступні роки удосконалювалися як супутники, так і приймальні станції. У Радянському Союзі були запущені супутники "Молния-3", "Веселка" і "Екран", які повинні увійти в постійну експлуатацію в 1975-1980 рр., Причому супутник "Екран", розташовуючись на стаціонарній орбіті, дозволяє приймати сигнали на недорогі малогабаритні наземні антени колективного користування.
Системи космічного зв'язку забезпечують рішення національних завдань щодо задоволення внутрішніх потреб кожної країни і одночасно розширюють можливості міжнародного обміну інформацією.
Сьогодні космічні системи зв'язку міцно увійшли в життя. Десятки країн широко використовують можливості систем космічного зв'язку і телебачення, які створили передумови для узагальнення та поширення інформації в глобальному масштабі.
метеорологічні системи
Безліч причин ускладнює точне передбачення погоди. В кінцевому рахунку практично всі явища в атмосфері пов'язані з перетвореннями одержуваної Землею сонячної енергії, але ці перетворення настільки різноманітні і складні, що їх вивчення, облік, а тим більше прогнозування представляють великі труднощі. Пов'язано це з неоднорідністю атмосфери, її рухливістю, різноманітністю рельєфу і фізичних властивостей поверхні Землі, її обертанням, випромінюванням тепла від Землі і атмосфери в космос. До межі земної атмосфери на кожен її квадратний метр приходить від Сонця протягом хвилини 20 ккал енергії. Близько 35% її відбивається назад в космос, 15% поглинається атмосферою і 50% - поверхнею Землі.
Різноманітний характер сонячного випромінювання.Воно проявляється у вигляді радіовипромінювання, інфрачервоного, світлового, ультрафіолетового, рентгенівського випромінювань, а також у вигляді потоку заряджених частинок - електронів, протонів. Кожне з перерахованих випромінювань Сонця надає різний вплив на різні шари атмосфери. При цьому до поверхні Землі приходить в основному видима частина випромінювань Сонця.
Нагріваючись, Земля віддає тепло атмосфері. Тепловіддача відбувається як при контакті повітря з поверхнею суші і води, так і шляхом теплового випромінювання Землі. Атмосфера дуже добре поглинає випромінюється Землею тепло. Велика рухливість атмосфери веде до швидких переміщень теплих мас повітря вгору, а холодних вниз. Цією ж причиною викликаються вельми значні переміщення холодних мас з охолоджених районів Землі і теплих з районів з високою температурою. Обертання Землі змушує виникають в північній півкулі потоки повітря відхилятися вправо, а в південному-вліво від тих напрямків, які вони мали б у випадку нерухомості земної кулі. Це призводить до розвитку гігантських вихрових атмосферних утворень-циклонів і антициклонів.
Внаслідок тертя між земною поверхнею і що переміщається повітряної масою і між окремими шарами повітря відхиляє вплив обертання Землі на різних висотах позначається по-різному. Воно зростає зі збільшенням висоти. Наприклад, безпосередньо над поверхнею суші напрям вітру змінюється до 45-55 °, а на рівні 50 м - до 90 °. В результаті спільної дії всіх факторів виходить дуже складна картина розподілу повітряних течій в атмосфері.
Таким чином, для вивчення погодообразующих процесів і прогнозування погоди необхідно всебічне вивчення найрізноманітніших явищ в атмосфері Землі і на її поверхні, а також в космосі (в навколоземному і далекому, включаючи Сонце).
Справа в тому, що під дією короткохвильового радіації "спокійного" Сонця утворюється земна іоносфера. Це випромінювання також безпосередньо впливає на молекулярний склад і щільність верхніх шарів атмосфери, що в свою чергу визначає тепловий баланс нижніх її шарів. Не менш важливим є вплив різних активних процесів в сонячній короні, найбільш відомими з яких є сонячні спалахи.
Проблеми сонячно-земних зв'язків ще багато в чому чекають свого вирішення. Але вже сьогодні зрозуміло, що багато "спускові механізми" погодних явищ, що відбуваються на Землі, ініційовані космічними причинами. Різноманітні супутники і міжпланетні станції приступили до систематичного вивчення проблем сонячно-земної фізики.
Подальший розвиток техніки і економіки висуває нові вимоги до метеорології. Ще недавно прогнози погоди становили для забезпечення господарської діяльності відносно невеликих районів. Тепер же зі створенням регулярних авіаліній в найвіддаленіші пункти нашої планети, з організацією міжконтинентальних перельотів в Антарктиду, з розвитком морського транспорту і поширенням рибальства на весь Світовий океан найбільш необхідна повна інформація про гідрометеорологічної обстановки та її майбутні зміни в масштабі всієї Землі.
Впевнене прогнозування погоди на тривалий термін вимагає створення теорії загальної циркуляції атмосфери, що неможливо без систематичних метеорологічних спостережень на всій поверхні планети. Однак існуючі в даний час близько 10 тис. Метеостанцій на Землі не дозволяють вирішити цю задачу. Вони не можуть дати інформацію з величезних просторів океанів, їх мало в важкодоступних районах суші, на крижаних просторах Арктики і Антарктики. Майже 80% планети залишається "білою плямою" для метеорології. Неконтрольована частина атмосфери не тільки велика за розмірами, але і розташована над районами, що грають найважливішу роль у формуванні погодних явищ.
По-справжньому широко вдалося поглянути на атмосферу тільки за допомогою космічних апаратів: тільки метеорологічний супутник, озброєний спеціальною апаратурою, безперервно переміщаючись над Землею, може дати інформацію про погоду на всій планеті.
Вимірюючи за допомогою бортової апаратури супутника параметри випромінювання тепла різних верств атмосфери, можна отримати багатий матеріал для вивчення що відбуваються в ній процесів. Крім того, супутник може служити хорошим засобом для збору інформації з наземних метеорологічних пунктів, розкиданих по всій земній кулі. За час одного обороту навколо Землі супутник збирає дані, які в 100 разів перевищують інформацію, що надходить з усіх метеорологічних станцій, і, крім того, дає відомості про погоду на тій частині поверхні земної кулі, яка є "білою плямою" для метеорологів.
Таким чином, космічна техніка стане одним з найефективніших засобів у метеорології, мають велике економічне значення. Уже перші метеорологічні супутники дали багато цінної для господарської практики інформації. Так, наприклад, "Космос-144", що входив в експериментальну метеорологічну систему "Метеор", виявив, що від о. Врангеля до Берингової протоки океан очистився від льоду. Це дозволило розпочати навігацію по Північному морському шляху на місяць раніше наміченого терміну.
Виявлення тайфунів і ураганів за допомогою супутників стало звичайним явищем. Так були виявлені урагани "Бетсі", "Естер", тайфуни "Ненсі", "Памела", які завдають величезних збитків господарству. Наприклад, ураган "Агнес", що обрушився на східну частину США 20-23 червня 1972 р забрав 118 життів, а заподіяну їм матеріальний збиток оцінюється в три з гаком мільярда доларів. Обсяг опадів, що випали на сушу під час урагану, склав близько 100 куб. км.
Уже сьогодні експлуатація метеорологічних космічних систем вносить серйозний внесок в економіку, а в найближчі роки він зростає в багато разів. Так, наприклад, якщо метеорологічні супутники дозволять складати надійний прогноз погоди на п'ять діб вперед, то (за оцінками ради економічних експертів при президенті США) щорічно буде забезпечений такий економічний ефект: в сільському господарстві-2500 млн. Дол., В наземному транспорті-100 млн .; в лісовій промисловості-45 млн .; у водному господарстві-3000 млн. дол. Таким чином, сумарний ефект в господарських галузях Сполучених Штатів від такої системи складе близько 6 млрд. дол. Для всього світу ця цифра зросте у багато разів.
На думку зарубіжних вчених, прогнози погоди з вірогідністю 90-95% для всієї земної кулі на три доби вперед за допомогою космічної метеорологічної системи забезпечать щорічну економію близько 60 млрд. Дол.
Для складання прогнозів Гідрометеослужби СРСР широко використовуються супутники "Метеор", на основі яких в 1967 році була створена метеорологічна космічна система. Вона, за далеко не повними даними, дозволяє зберегти щорічно матеріальні цінності на суму близько 700 млн. Руб.
Метеорологічна система "Метеор" складається з метеорологічних супутників, що знаходяться на орбітах, наземного комплексу прийому, обробки і поширення інформації, а також служби контролю стану бортових систем супутників і управління ними.
Метеорологічний супутник складається з двох герметичних відсіків: приладового, що знаходиться в його нижній частині і містить наукову апаратуру, і енергоаппаратурного, в якому розміщуються основні службові системи. З цим відсіком конструктивно пов'язаний механізм електроприводу панелей сонячних батарей. Поздовжня вісь супутника постійно спрямована до центру Землі. Супутник орієнтований також за двома іншими осях, спрямованим уздовж траєкторії і перпендикулярно до площини орбіти. Стабілізується він за допомогою електро-маховикові системи. Сонячні батареї за допомогою спеціальної системи орієнтації та стабілізації постійно розташовуються площинами панелей перпендикулярно сонячним променям. Напрямок осі супутника контролюється датчиками теплового випромінювання Землі, а для орієнтації сонячних батарей використовуються спеціальні фотоелементи. Система терморегулювання забезпечує необхідний режим роботи всередині супутника.
Метеорологічна апаратура супутника складається в основному з телевізійної (ТВ), інфрачервоної (ІК) і актінометріческой (АК) систем. Вона може працювати циклами різної тривалості і включається за заданою програмою або за командами із Землі. ТВ і ІК знімки дозволяють виявити особливості структури полів хмарності, не доступні спостереженнями з наземної мережі станцій, і зробити висновки не тільки про становище, а й про еволюцію відповідних синоптичних об'єктів і повітряних мас. Спільна ТБ і ІК інформація дозволяє зробити більш надійну оцінку синоптичної обстановки і характеру розвитку атмосферних процесів.
АК апаратура призначена для вимірювання радіації, що йде від Землі. В її складі є два скануючих вузько-секторальних приладу, один - для діапазону 0,3-3 мкм, а інший для діапазону 3-30 і 8-12 мкм. Це дозволяє досліджувати відбивні і випромінювальних властивості хмар і відкритих ділянок земної поверхні, а також радіаційний баланс системи Земля-атмосфера.
За один оборот навколо Землі супутник "Метеор" отримує ТБ і ІК інформацію з території близько 8% і про радіаційні потоках-з 20% площі земної кулі. Система з двох супутників, що знаходяться на кругових приполярних орбітах заввишки близько 630 км, площини яких перетинаються під кутом 95 °, дає протягом доби інформацію з половини поверхні Землі. При цьому кожен з районів планети спостерігається з інтервалом 6 год.
В СРСР створена також наземна система збору, обробки і поширення метеоінформації, побудована на використанні електронно-обчислювальних машин. Отримана інформація оформляється у вигляді знімків, на які наноситься сітка географічних координат, вільних від перспективних спотворень, приведених до одного масштабу і зручних для порівняння з синоптичними картами. Результати обробки даних АК апаратури представляються у вигляді цифрових карт з автоматично нанесеною на них сіткою координат і ізолініями. Отримана інформація використовується для міжнародного обміну. Вже протягом ряду років вчені соціалістичних країн ведуть в рамках програми "Інтеркосмос" дослідження хмарності, радіаційного та теплового балансу системи Земля - атмосфера за супутниковими даними. В результаті цієї роботи фахівці Болгарії, Угорщини, НДР, Румунії та Радянського Союзу створили спільну книгу "Використання даних про мезомасштабних особливості хмарності в аналізі погоди". Це видання має практичне значення для оперативної роботи синоптиків-прогнозистів. Великий практичний інтерес представляє також спільна робота вчених цих країн над удосконаленням методів отримання полів метеорологічних елементів на основі супутникової інформації. У ряді соціалістичних країн створюються бортові прилади, що встановлюються на радянських метеорологічних супутниках, а також наземна апаратура для прийому інформації з супутників в режимі безпосередньої передачі.
Великі можливості для оперативного спостереження погодних явищ мають пілотовані космічні кораблі і станції, так як космонавт може негайно дати відомості про ті чи інші погодні явища, не чекаючи спеціальної обробки метеоінформації в наземному центрі. У процесі польоту космічних кораблів "Союз" і орбітальних станцій "Салют" було отримано ряд цінних відомостей, що використовуються в роботі Гідрометцентру СРСР.
Метеорологічні системи як в СРСР, так і в інших країнах безперервно вдосконалюються. Можна припускати, що в майбутньому в метеорологічну систему увійдуть космічні апарати, розташовані на трьох ярусах. Перший ярус складає довготривалі населені орбітальні станції. Вони забезпечать візуальні спостереження геосфери і швидкоплинних метеорологічних явищ, а також, припливів, обвалів, курних і піщаних бур, цунамі, ураганів, землетрусів. Другий ярус - це автоматичні супутники типу "Метеор" на полярних і приполярних орбітах заввишки 1-1,5 тис. Км. Основне їх призначення - поставляти інформацію, необхідну для чисельних методів прогнозування погоди в глобальному і локальному масштабах, забезпечити спостереження середньо-і дрібномасштабних процесів в атмосфері. Нарешті, третій ярус - метеорологічні супутники на орбітах заввишки до 36 тис. Км для безперервного спостереження динамічних процесів в атмосфері Землі. Вони дадуть картину загальної циркуляції атмосфери. Крім того, така триярусна Метеосистеми буде отримувати додаткову інформацію про "погоді" в космосі від космічної служби Сонця і космосу. Підсумовуючи всю цю інформацію, вчені зможуть точніше передбачати хід подій в атмосфері, пізнати закономірності погодообразованія, що дозволить впритул підійти до управління погодою на нашій планеті і створить передумови для перетворення природи на Землі в потрібному для людства напрямку.
Використання супутників в геодезії і навігації
Штучні супутники відкрили нову еру в науці про вимір Землі - еру космічної геодезії.Вони внесли в геодезію нове якість - глобальність; завдяки великим розмірам зони видимості поверхні Землі з супутника значно спростилося створення геодезичної основи для великих територій, тому що істотно скоротилося необхідну кількість проміжних етапів вимірювань. Так, якщо в класичній геодезії середнє відстань між обумовленими пунктами становить 10-30 км, то в космічній геодезії ці відстані можуть бути на два порядки більше (1-3 тис. Км). Тим самим спрощується передача геодезичних даних через водні простори. Між материком і островами, рифами, архіпелагами геодезична зв'язок може бути встановлена при прямій їх видимості з супутника безпосередньо через нього, без будь-яких проміжних етапів, що сприяє більш високої точності побудови геодезичної мережі.
Основним методом космічної геодезії є одночасне спостереження супутника з наземних пунктів. При цьому вимірюються найрізноманітніші параметри щодо положення пунктів і супутників. Параметрами можуть служити дальність, швидкість зміни дальності (або радіальна швидкість), кутова орієнтація лінії візування пункт-супутник в будь-якій системі координат, швидкість зміни кутів і т. Д. Вимірювальні засоби розташовуються на наземних пунктах. На супутнику ж розміщується апаратура, що забезпечує роботу цих вимірювальних засобів. Супутник - це допоміжний маяк для проведення вимірювань щодо положення опорних пунктів, причому цей маяк може бути як пасивним, так і активним. У першому випадку супутник, освітлений сонцем або що має спеціальну лампу-спалах, фотографується з наземних пунктів на тлі зоряного неба.
Одночасність спостережень супутника з декількох пунктів забезпечується спеціальним синхронизирующим пристроєм, який за сигналами єдиного часу виробляє одночасне відкривання і закривання затворів фотокамер. Наявність на фотографії зображень зірок (у вигляді точок) і сліду супутника у вигляді пунктирною лінії дозволяє шляхом графічних вимірювань визначити взаємне положення штрихів пунктирною лінії, що відповідають положенням супутника, і найближчих до них точок, відповідних зірок. Це дає можливість, знаючи положення зірок по зоряному каталогу, визначити координати штрихів супутника або, точніше, кутову орієнтацію ліній візування спостережний пункт-супутник. Сукупність кутових координат лінії візування пункт-супутник дозволяє визначити взаємну кутову орієнтацію геодезичних пунктів. Орієнтація всієї мережі на поверхні Землі вимагає знання координат хоча б одного пункту, визначаються класичними методами, і дальності до іншого або координат двох пунктів, які називаються базисними. - Для подолання несприятливих метеорологічних умов при оптичних спостереженнях супутника використовуються радіотехнічні засоби. В цьому випадку супутник є як би активним маяком. Застосовуються різні принципи вимірів: ефект Доплера, зсув фаз радіосигналів супутника, прийнятих в різних точках пункту, час поширення сигналу пункт-супутник-пункт і т. Д.
Великі перспективи в вимірювальній техніці космічної геодезії мають оптичні квантові генератори (лазери). Вони дозволяють вимірювати дальність і радіальну швидкість зі значно більш високою точністю, ніж за допомогою радіотехнічних засобів. Таким чином, космічна геодезія дозволить уточнити форму Землі - геоїд, точно визначити координати будь-яких пунктів на поверхні нашої планети, створити топографічні карти на будь-які райони земної поверхні і визначити параметри поля тяжіння Землі.
Все це дасть можливість морському флоту визначати обриси материків і отримувати точні координати островів, рифів, маяків та інших морських об'єктів, авіації - визначати координати аеропортів, наземних орієнтирів і станцій наведення. Ці дані дозволять вибирати найкращі маршрути руху і забезпечать надійність і безпеку роботи морського та повітряного транспорту.
Як відомо, для прокладки курсу корабля або літака в кожен момент часу необхідно точно знати їх місце розташування. Для цих цілей служать різні навігаційні системи, які забезпечують водіння по заданих маршрутах. З давніх часів в навігації використовувалися природні орієнтири або поля: небесні світила, магнітне поле Землі і ін. Останнім часом великого поширення набули радіонавігаційні системи, серед яких найбільш сучасними є системи, що використовують штучні супутники Землі.
Супутники забезпечують навігаційній системі глобальність. Всепогодность навігації в цьому випадку досягається завдяки використанню радіозасобів надвисокочастотного діапазону.
Навігація з використанням супутників заснована на вимірі параметрів відносного положення і руху навігіруемого об'єкта і супутника. Такими параметрами можуть служити: відстань (дальність), швидкість зміни цієї відстані (радіальна швидкість), кутова орієнтація лінії об'єкт-супутник (лінії візування) в будь-якій системі координат, швидкість зміни цих кутів і ін.
Координати супутника в моменти навігаційних визначень можуть повідомлятися кораблям (або літакам) при кожній навігації. Крім того, на супутнику може встановлюватися пристрій, в який закладаються дані про його прогнозованому русі. Ця інформація "скидається" із супутника в процесі польоту (періодично або за запитом з навігіруемого об'єкта). Для спрощення процесу визначення координат об'єкту може бути складений каталог ефемерид (параметрів орбіт) навігаційних супутників на кілька місяців або років вперед.
Великий вплив на прогнозування руху супутника надають помилки визначення елементів орбіти, які залежать насамперед від точності роботи наземних вимірювальних засобів. Ці кошти повинні бути добре "прив'язані" до геодезичної системі координат. Якщо цього не буде, то може статися "зрушення" координатної системи навігаційного супутника щодо геодезичної. А це призведе до зсуву в визначенні положення навігіруемого об'єкта щодо геодезичної системи, а отже, і до зрушення щодо земних орієнтирів, що може викликати катастрофічні наслідки. Геодезичні супутники дозволяють з високою точністю здійснити прив'язку координат вимірювальних пунктів до геодезичної системі.
Для успішної роботи навігаційних супутників має значення правильний вибір параметрів їх орбіт. Необхідно забезпечити достатню частоту видимості супутника з навігіруемого об'єктів. З цієї точки зору різні орбіти сильно відрізняються один від одного. Так, супутник, що летить за низькою полярної орбіті "оглядає" всю Землю двічі на добу, один раз на прямих, інший-на зворотних витках. Точніше кажучи, Земля щодо рухається по орбіті супутника переміщається так, що з будь-якої її точки він може бути видно 2 рази на добу. Щоб забезпечити безперервний огляд поверхні Землі зі супутників, що запускаються на полярні орбіти, т. Е. Для забезпечення видимості одного або більше супутників з корабля або літака, що знаходиться в будь-якій точці нашої планети, необхідно на орбітах заввишки 200 км мати 160 супутників, а заввишки 1 тис. км - 36 супутників.
Створення систем космічної навігації дозволяє значно поліпшити безпеку руху транспорту. Подібні системи міцно входять в практику кораблі і літаководіння, так як дозволяють з високою точністю визначати місце розташування кораблів і літаків в будь-який час доби, при будь-якому стані погоди.
Вплив космічних досліджень на розвиток науки і виробництва
Створення найскладніших ракетно-космічних систем, виникнення космічної індустрії і рішення фундаментальних проблем науки і техніки, пов'язаних з польотами в космос, дали масу ідей, технічних засобів і принципово нових конструктивно-технологічних рішень, впровадження яких в традиційне виробництво і використання в різних сферах діяльності людини дасть колосальні економічні вигоди. Опосередковані вигоди, які приносить людству космонавтика, вельми важко піддаються кількісним оцінкам. Проте спроби таких розрахунків робляться. Так, наприклад, згідно з підрахунками ряду зарубіжних фахівців, прибуток, обумовлена науковими дослідженнями і розробками в області космосу, досягає 207 млрд. Дол.
Завдяки розвитку космонавтики фізична наука збагатилася фундаментальними відкриттями в області астрофізики, космічного випромінювання, вивчення радіаційних поясів Землі, сонячно-земної фізики, рентгенівської астрономії та ін. Потреби космічної техніки стимулювали дослідження в галузі фізики електронних і іонних пучків і спрямованих плазмових потоків. Застосування низькотемпературних (кріогенних) ракетних палив, створення бортових електрогенераторів надвеликої потужності, технічно досконалих, призвело до необхідності глибокого вивчення фізики низькотемпературних рідин, поведінки їх в умовах невагомості, розробки нових методів криостатирования легких надійних магнітних систем з малим енергоспоживанням, стимулювало розвиток фізики надпровідності і гелієвої кріогеніки.
Розвиток космічної енергетики дозволило значно удосконалити існуючі джерела струму. Так, наприклад, паливні елементи, що виробляють електричний струм в результаті електрохімічних процесів, що застосовуються в космічних кораблях, в майбутньому можуть знайти найширше використання в автомобілях, що дозволить ліквідувати один з основних джерел забруднення атмосфери, яким є двигун внутрішнього згоряння. Паливні елементи, очевидно, будуть широко впроваджені в промисловість і сільське господарство як зручний і ефективний джерело електроенергії. Те ж можна сказати про радіоізотопних і ядерних джерелах струму. Поряд з цим вдосконалені хімічні акумулятори (нікель-кадмієві, срібно-кадмієві, срібно-цинкові) і сонячні батареї, широко використовуються в космічних системах, знайдуть застосування в самих різних галузях народного господарства.
Велике значення в сучасній техніці має надійність механізмів і машин. Розробка складних космічних комплексів, експлуатація яких проходить у винятково важких і Маловідомі умовах, стимулювала подальший розвиток теорії надійності, теорії проектування (впровадження системних методів), методів випробувань і експериментального відпрацювання та ін. В зв'язку з тим що на космічну техніку працюють практично всі галузі народного господарства, проблеми підвищення надійності охоплюють і електроніку, і вимірювальну техніку, і машинобудування. Таким чином, космонавтика стимулює підвищення надійності в самих різних областях виробництва.
Велике значення ракетно-космічної техніки в розвитку мікроелектроніки і обчислювальних машин. Гостра потреба в малих розмірах і незначному енергоспоживанні привела до розробки надмініатюрних, компактних і високонадійних радіоелектронних приладів і пристроїв, ініціювала розвиток транзисторної техніки і інтегральних схем, які в останні роки широко вживаються у виробництві радіоприймачів, телевізорів, електронних годинників і т. Д. Впровадження досконалих електронних обчислювальних машин в різні галузі народного господарства призвело до різкого збільшення продуктивності праці і здешевлення продукції, п озволіло вивільнити велику кількість часу для творчої діяльності людини.
Ракетно-космічна техніка пов'язана з розробкою та розгортанням промислового виробництва найрізноманітніших конструкційних матеріалів, які знаходять в даний час застосування в різних областях виробництва і будівництва. Добре відомо, як широко використовується "крилатий" метал алюміній. Все більше починає впроваджуватися титан і його сплави. Але, мабуть, найбільше значення має створення всіляких неметалевих конструкційних матеріалів: армованих, комбінованих, шаруватих, стійких і до високих і до вкрай низьких температур. Так, наприклад, новий складовою матеріал, що складається з ниткоподібних кристалів бору, склеєних спеціальної гумою, вдвічі міцніше і в два з половиною рази твердіше алюмінію. При цьому він на 25% легше його. Одна з фірм Швейцарії застосувала розроблену для космічних цілей технологію у виробництві нового "листкового" матеріалу (алюміній і пластикова піна) для виготовлення стінових панелей, а також надзвичайно міцних і легких лиж. Для великих твердопаливних ракетних двигунів в США був створений так званий армований пластик (зі скловолокна). Зараз він широко використовується для виробництва водопровідних і каналізаційних труб і в іригації. Він легкий, не схильний до корозії, стійкий на стиснення, практично не б'ється і придатний для отримання тонкостінних труб (особливо великого діаметра). Виробництво цього матеріалу відрізняється простотою і не вимагає великих економічних витрат. Широке поширення вже отримав алюмінійовані пластик. Він нетеплопроводен, гнучкий, стійкий проти вітру і води. Хоча його товщина всього 0,012 мм, він разюче міцний. Широке застосування в народному господарстві знайшли також поліетиленові плівки, спеціальні штучні шкіри і багато інших матеріалів. Таким чином, потреби ракетно-космічної техніки викликали цілу революцію в області конструкційних матеріалів. Тепер матеріали практично з будь-якими властивостями можуть бути отримані чи не з будь-якого придатного сировини, що дозволяє менше залежати від природних ресурсів. Це має велике економічне значення.
Великий внесок внесла космонавтика в рішення проблем організації робіт і управління розробками, а також в науку про прогнозування розвитку науки і техніки.Реалізація найбільших проектів, пов'язаних зі створенням ракет-носіїв, міжпланетних станцій, пілотованих кораблів і орбітальних баз, дозволила розробити методи і засоби, що дають можливість впритул підійти до таких, наприклад, глобальних проектів, як освоєння Світового океану; послужила гарною школою для перекладу управління різними галузями промисловості і народного господарства в цілому на програмні методи з найширшим використанням електронної обчислювальної техніки.
Великий внесок внесли космічні дослідження в охорону здоров'я і медицину. Польоти в космос вперше по-новому поставили питання вивчення організму людини, його працездатності в різних умовах, визначення його місця в складній кибернетизированном системі, якою є сучасна космічна техніка. Медики стали вивчати здорової людини, тому що тільки з хорошим здоров'ям можливі польоти в космос. Екстремальні умови, в яких виявляється космонавт (невагомість, вібрації, перевантаження, ізольованість і ін.), Дозволяють розкрити як найтонші механізми організму людини, але і зрозуміти його потенційні можливості щодо виконання найрізноманітніших робіт.
Велика кількість різних технічних розробок (приладів, пристроїв) знайшло ефективне застосування в медичній науці та клінічній практиці. Це спеціальна датчикову і телеметрична апаратура, високонадійні і мініатюрні мотори, використовувані в апаратах "штучне серце" і "штучна нирка", кошти пересування по поверхні Місяця, використовувані в якості "крокуючих" інвалідних колясок і ін. Широко застосовуються при лікуванні різних захворювань барокамери і відповідним чином пристосовані Гермошоломи. У майбутньому всі нові досягнення космічної медицини і техніки будуть використовуватися в медичній практиці. Не виключено, що багато хто почне носити антіпатори - мініатюрні пристрої для контролю життєдіяльності організму - так само природно, як, наприклад, зараз носять зубні протези або штучні шевелюри. Деякі антіпатори можуть бути спеціалізованими. Їх мета - ретельно відстежувати окремі боку життєдіяльності (для хворих нирками-склад крові, для шлункових хворих - рівень кислотності і т. Д.). Можуть застосовуватися і комплексні антіпатори для відстеження найбільш загальних характеристик життєдіяльності: дихання, роботи серця, температури тіла та ін. Подібні пристрої дозволять людям своєчасно дізнаватися про насуваються порушеннях здоров'я і про необхідність вжиття відповідних заходів. Деякі антіпатори зможуть повідомляти і доцільних заходів для попередження багатьох недуг. Здорові люди будуть при бажанні отримувати сигнали про наближення кордону фізичної і розумової перевантаження. При відповідній системі сигналізації прискориться надання допомоги при катастрофах, травмах і раптових порушеннях в роботі життєво важливих органів.
Заходи, що застосовуються по стерилізації космічних апаратів, які здійснюють посадку на інші небесні тіла, а також заходи, що виключають занесення чужий для нас живої матерії при поверненні після космічної подорожі на Землю, дозволять накопичити необхідний досвід і стимулюють вивчення проблем стерильності і дезінфекції та створення необхідних для цих цілей технічних пристроїв.
Важливе значення вже в наші дні має розробка цілого ряду заходів і ліків, що збільшують стійкість організму проти радіації, що викликано потребами тривалих космічних польотів. В майбутньому будуть створені більш ефективні засоби протипроменевого захисту, без яких немислимий міжпланетний політ космонавтів. Ці кошти будуть використовуватися і на Землі при роботі на атомних електростанціях, в ізотопний виробництві та в інших необхідних випадках.
У масове виробництво запущено створений в ході робіт над космічними проектами невеликий переносний прилад для виміру мікросопротівленій електричних ланцюгів, а також портативний прилад для перевірки характеристик магнітофонів і визначення несправностей
Таким чином, впровадження результатів космічних досліджень і найрізноманітніших досягнень космонавтики в господарську діяльність має велике економічне значення. Різні галузі народного господарства вже отримують масу корисної інформації наукового і технічного характеру, запозичуючи її з космонавтики. Цей процес буде неухильно розвиватися, причому темпи цього розвитку будуть тим більше, чим більшою мірою буде налагоджено обмін досвідом країн - розробників ракетно-космічної техніки на основі широкого міжнародного співробітництва.
висновок
Розглянуті в цій роботі питання використання космічної техніки (як безпосереднього, так і опосередкованого) показують той великий внесок, який вносить космонавтика в різні сфери діяльності людей. Номенклатура завдань, що вирішуються вже сьогодні космічними системами, виключно різноманітна. Це і дослідження природних ресурсів Землі, і охорона навколишнього середовища, і зв'язок, і геодезія, і навігація, і метеорологія, і ін.
Особливе значення в наші дні набуло дослідження природних ресурсів і навколишнього середовища за допомогою космічних систем, забезпечених різноманітної апаратурою дистанційних вимірювань з космосу. Цьому напрямку має бути внесено основний внесок в народне господарство.
У рішенні цього найважливішого завдання велика роль належить космічним системам дослідження природних ресурсів і навколишнього середовища, які взяли на озброєння досягнення ракетно-космічної техніки, радіоелектроніки та обчислювальної техніки, в оптико-механічною і оптико-електронної апаратури. Фотоапаратура і різні види телевізійних систем, ІК і НВЧ радіометри, поляризатори і спектрометри, скаттерометри і радіолокатори бічного огляду, лідари (лазерні висотоміри) і радіовисотомір, магнітометри і гравіметри і інші види бортової апаратури дозволяють отримати з космічних орбіт найціннішу інформацію про фауну і флору нашої планети і краще зрозуміти закономірності геологічної будови земної кори і розміщення в ній корисних копалин.
Ці дослідження, доповнені астрофізичними і планетологіческімі дослідженнями в космосі, поряд з розв'язанням злободенних господарських завдань дають можливість підійти до вирішення фундаментальних проблем перетворення природи на нашій планеті.
Велике значення подальшого розвитку і вдосконалення всіх видів зв'язку (радіо, телефонного, телеграфного, телевізійної). Сьогодні цей процес носить глобальний характер, і тут все більшого значення набуває зв'язок на основі космічних систем. Те ж можна сказати про навігаційних системах. Розвиток метеорології завдяки космічній техніці вступило в принципово нову фазу, коли розпочато глибоке вивчення тонких механізмів і першопричин породообразующих процесів.
Список літератури
А. Д. Коваль, Ю. А. Тюрін "Космос - землі" М :; "Знання" 1989р.
"Космічна техніка" під редакцією К. Гетланда. Видавництво "Світ". 1986 г. Москва.
Освоєння космічного простору в СРСР. Академія наук СРСР. Москва, Наука, 1977.
|