Услуги космических средств дистанционного зондирования Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Задачи транспортного обслуживания космических систем

2. Услуги космических средств дистанционного зондирования Земли

2.1 Сегментация рынка космических услуг ДЗЗ

2.2 Потенциальные потребители космической информации ДЗЗ

Введение

В настоящем курсовом проекте представлена концепция развития средств выведения проведен анализ рынков отечественных и зарубежных ракет носителей, представлены основные характеристики. Приведен пример транспортной задачи по доставке элементов марсианского экспедиционного комплекса (МЭК) на околоземную орбиту.

Космические услуги средств ДЗЗ рассмотрены с точки зрения стоящих задач, их перспектив развития, а также в аспекте сегментации рынка космической информации (КИ) и потенциальных потребителей. Представлена постановка задачи по созданию современного микроспутника (МС) для целей ДЗЗ, разработка которого основана на микро- и нано- технологиях.

1. Задачи транспортного обслуживания космических систем

дистанционное зондирование космический

Концепция развития отечественной системы средств выведения, обеспечивающая решение задач по запуску КА в интересах федеральных ведомств, определена в “Cтратегии развития средств выведения космических аппаратов и наземной космической инфраструктуры”, утвержденной в 1998г. Министром обороны РФ и генеральным директором Росавиакосмоса.

Главной целью стратегии развития СВ является обеспечение гарантированного доступа России в космос, который заключается в возможности запуска КА, в первую очередь КА военного назначения, на орбиты в требуемом диапазоне наклонений и высот с космодромов на территории России средствами выведения, производимыми на российских предприятиях .

В настоящее время ведутся работы по замене:

-РН легкого класса «Космос» и «Циклон» ракетами-носителями «Рокот» и «Стрела» на базе МБР, а затем - переход к использованию РН на экологически чистых компонентах топлива (ОКР «Ангара»);

-РН среднего класса «Союз» и «Молния» модернизированной РН «Союз-2» (ОКР «Русь»);

-РН тяжелого класса «Протон-К» модернизированной РН «Протон-М» (ОКР «Протон-М»), а затем- переход к использованию РН тяжелого класса на экологически чистых компонентах (ОКР «Ангара»).

Завершаются летные испытания КРК «Рокот» и «Протон-М», КРБ «Бриз-М» и «Фрегат», по программе «Днепр» проводятся пуски РН на базе МБР РС-20,начаты летные испытания КРК «Стрела»(проведен экспериментальный пуск с космодрома «Байконур») и КРН «Союз-2», проводится наземная экспериментальная отработка КРК «Ангара».

Прогноз потребного количества пусков по программам федеральных ведомств составляет:

РН легкого класса - до 2010 гг. - около 6 пусков в год, в 2011-2015 гг. - 2-3 пуска в год;

РН среднего класса - в 2008-2015 гг. - 17-18 пусков в год;

РН тяжелого класса - до 2010 гг. - 5-6 пусков в год,2011-2015 гг. - около 4 пусков в год.

Прогнозируемые потребности в РН легкого класса обусловлены планируемым развертыванием орбитальных группировок на базе КА : «Экола», «Смотр», «Гонец-М», «Вулкан», «Родник-С», «Кондор», «Кондор-Э», «Муссон-2». Уменьшение потребности в пусках РН тяжелого класса в 2011-2015 гг. связано с увеличением сроков активного существования геостационарных КА и переводом запусков КА системы ГЛОНАСС с РН тяжелого класса на РН среднего класса. Стабильно высокие потребности в РН среднего класса (около 60% от общего количества пусков до 2010 гг. и более 70% в 2011-2015 гг.) связаны с тем, что они обеспечивают выполнение пилотируемой программы, поддержание КС «Лабринт-В», ЕКС, «Меридиан», запуски КА ДЗЗ военного и социально-экономического назначения, а также КА «Глонасс-К».

1.1 Рынок отечественных и зарубежных средств выведения (СВ)

Основными участниками борьбы за рынок космических транспортных услуг в настоящее время являются США и объединение западноевропейских стран. Быстрый прогресс в области коммерческого использования космических транспортных систем наблюдается с начала 1980-х годов. Он связан, прежде всего, с деятельностью западноевропейского концерна «Арианспейс», эксплуатирующего несколько модификаций ракеты-носителя «Ариан». Спроектированная целевым порядком для коммерческих запусков связных спутников, составляющих 80 % всего грузопотока на орбиту, эта ракета, стартующая с наиболее выгодного с точки зрения энергетических затрат, полигона Куру (Западная Гвиана) обеспечила концерну «Арианспейс» такие позиции на рынке космических транспортных систем, с которыми до сих пор никто не может серьезно конкурировать.

С 1985 года до настоящего времени «Арианспейс» успешно контролирует половину рынка услуг по запуску спутников. Со времени первого запуска, состоявшегося 24.12.79г., и до 01.06.89г. концерн «Арианспейс» вывел на орбиты 42 спутника с помощью 31 ракеты «Ариан» разных модификаций. За это время было потеряно 4 ракеты-носителя, то есть надежность этой транспортной системы составляла в этот период 87%. Из общего числа заказчиков на запуск 80% являлись частными владельцами спутников. Суммарная выручка концерна за время до 01.06.89г. составляла 24 млрд.франков при ежегодном чистом доходе концерна около 300 млн.франков.

Уверенный в успехе в борьбе за рынок космических транспортных услуг, концерн заказал четырем западноевропейским аэрокосмическим компаниям изготовление до конца столетия 50 РН «Ариан-4» на сумму 18 млрд.франков. В настоящее время в портфеле заказов концерна уже находится 38-40 заявок на сумму 18 млрд.франков. Последний из серии этих заказов приходится на конец 1992г.

Первый космический запуск в США был осуществлен 31.05.89 г., когда с помощью РН «Дельта» на переходную орбиту был выведен индийский связной спутник «Инсат-1Д». К этому времени тремя американскими компаниями были заказаны запуски 24-х спутников на сумму 1,5 млрд. долларов. Из этой суммы 400 млн. долларов приходится на компанию «Макдоннел Дуглас» (РН «Дельта»), 450 млн. долларов - на компанию «Мартин-Мариетта» (РН «Титан») . С тех пор портфели заказов этих компаний быстро пополнялись, и в октябре министерство транспорта опубликовало перечень, который включал уже 34 заказных запуска на период до июля 1995 года. Среди заказчиков находятся не только американские и зарубежные частные компании, но и министерство обороны. Согласно расписанию министерства транспорта, более половины всего грузопотока на орбиты, обеспеченного тремя упомянутыми компаниями , составит спутники связи. Помимо них будут запускаться метеоспутники, военные спутники, а также космические аппараты для проведения фундаментальных космических исследований. Среди зарубежных стран- заказчиков упоминаются: Индонезия, Италия, Индия, Япония и Англия.

Помимо США и Франции на рынке космических транспортных услуг в настоящее время в ограниченном объёме выступает также Китай (РН «Великий поход») и Япония (РН «Н-11»).

В ближайшие годы ожидается появление новых РН: «Ариан-5» (Франция), «Великий поход-CZ3Л» (Китай), «H-2» (Япония).

Характеристики отечественных и зарубежных эксплуатируемых в настоящее время и разрабатываемых для эксплуатации в ближайшем будущем ракет-носителей приведены в таблицах 1.1.1; 1.1.2.

Таблица 1.1.1

Характеристики отечественных средств выведения.

Таблица 1.1.2

Характеристики зарубежных средств выведения

Примечание: (*) - Промежуточная ГСО

1.2 Постановка транспортной задачи по доставке элементов марсианской станции (МЭК) на околоземную орбиту

В рамках европейско-российской программы «Аврора» по исследованию Солнечной системы ведется поиск возможных направления международного сотрудничества в области исследования Луны и планет.

Российскими организациями накоплен значительный опыт проведения исследований планет Солнечной системы и их спутников. Ведутся работы по проекту «Фобос-Грунт», «Марс-«Грунт», «Луна-Глоб», работы по подготовке пилотируемых экспедиций на Марс, разрабатываются соответствующие технологии.

Имея опыт по обеспечению транспортных операций с ОПС «Мир» и в настоящее время с РС МКС, распределение международной кооперации в части средств выведения при конструировании МЭК на околоземной орбите может сложиться в пользу России (надежность, сравнительно низкие стоимости выведения 1кг ПГ и другие параметры).

Представленная задача содержит анализ составных частей конструкции МЭК, возможных средств их доставки на околоземную орбиту и ориентированные оценки затрат на эти операции.

Облик МЭК представлен на рис 1.3.1. В таблице 1.3.1 представлено рациональное членение МЭК на элементы, которые могут быть доставлены отечественными РН типа «Протон».

Таблица 1.3.1

Укрупненный расчет числа запусков РН «Протон» основывается на возможностях РН «Протон-М» по одноразовому выведению максимально возможного полезного груза (21,6т) на опорную орбиту Нкр=200км.

С учетом вышеотмеченного, Марсианский орбитальный корабль (МОК) массой 80000 кг может быть с запасом доставлен на опорную орбиту четырьмя пусками РН «Протон».

Марсианский взлетно-посадочный комплекс (МВПК) и Марсианские взлетные корабли (МВК), предусматривающие специальную конфигурацию, обеспечивающую газодинамические торможения в атмосфере Марса (суммарная масса 60000 кг), требуют пересмотра конструкции РН класса «Протон».

В качестве возможного варианта можно рассматривать вариант «катамаранного», развертываемого построения, спускаемого аппарата. Такой «катамаран» может быть построен из четырех (пяти - пятый вспомогательный) блоков массой около 15000 кг, выводимых РН «Протон» (включая МВК, который устанавливается на спускаемый комплекс после выведения на монтажную орбиту). Таким образом, для запуска МВПК и МВК необходимо 3 пуска РН «Протон» (головной части и пр.).

Специфика корабля возвращения на Землю массой 10 т требует выведения одним пуском РН «Протон».

Околоземный тормозной блок в случае выведения РН «Протон» технологически трансформируется в связку 2 автономных ракетных блоков, каждый массой около 15 т.Итого 2 пуска РН «Протон».

Околомарсианский тормозной блок в случае выведения РН «Протон» трансформируется в связку 2 автономных блоков, каждый массой около 15 т.Итого 2 пуск РН «Протон».

Структура энергодвигательного комплекса предоставлена ЯЭДБ с электрической мощностью 1600 кВт, состоящего из 2-х боков по 8000 кВт каждый. Наличие в составе ЯЭДБ ядерного реактора предопределяет известную лучевую компоновку МЭК, в соответствии с которой в вершине луча помещается блок реакторов. Блок реакторов отделяется от всего остального комплекса блоком защиты. За защитой, в пределах конуса радиационной тени , размещается наиболее крупногабаритный элемент ЯЭДБ- высокотемпературный холодильник-излучатель. Конструкция излучателя применительно к выведению РН «Протон» - сборная.

Энергетически и по весовым показателям наиболее привлекательной и совместимой по электрическим параметрам с типовым реактором-преобразователем является ЭРДУ, использующая в качестве рабочего тела литий.

Укрупненная массовая сводка одного блока ЯЭДБ мощностью 8000 кВт, распределение подсистем по пускам РН «Протон» предоставлено в таблице 1.3.2.Распределение проработано с учетом массовых и габаритных ограничений.

Таблица 1.3.2

Распределение пусков для формирования ЯЭДБ.

Как видно из таблицы 1.3.2. для двух блоков ЯЭДБ, включая запас рабочего тела электрореактивной ДУ необходимо 18 пусков РН «Протон».

Итоговый расчет потребных пусков РН «Протон» сведен в таблицу 1.3.3.

Таблица 1.3.3

Суммарное число потребных пусков РН «Протон».

Расчет числа запусков РН Союз представлен ниже:

При постановке задачи с использованием данной концепции создания МЭК продолжительность сборки МЭК может составить 4 года плюс Ѕ года на отладку и апробирование взаимодействия систем.

Принимая время пребывания сменных экипажей в течение 4-х месяцев, получаем 14 сменных экипажей. Для обеспечения доставки и жизнедеятельности каждого потребуется 2-3 пуска КА типа «Союз» (принимается в среднем 2,5 пуска на экипаж). Следовательно, для обеспечения сборки станции потребуется 35 пусков КА «Союз» + 2 пуска- доставка непосредственно экипажа экспедиции на борт МЭК (итого 37 пусков).

При оценке технико-экономических показателей на проведение пусков полезных грузов (ПГ) на опорную орбиту рассмотрены:

· Ракеты носители «Протон-М» и «Союз - 2»;

· Стартовые комплексы;

· Технические комплексы

· Наземный комплекс управления.

В качестве основных технико-экономических показателей выступают суммарные затраты на запуск, включающие в себя:

· стоимость изготовления РН;

· затраты на обеспечения запусков;

· затраты на ремонтно-восстановительные работы (СК) после каждого пуска;

· затраты на страхование пуска.

Таким образом, для доставки элементов МЭК с учетом выбранной концепции на опорную орбиту Нкр=200 км с использованием современных способов выведения потребуется:

1. 33 пуска РН «Протон-М»;

2. 39 пусков РН «Союз - 2».

Потребное число СВ учитывает надежность рассматриваемых РН. С учетом вышеизложенного, ТЭП данной транспортной задачи представлены в таблице 1.3.4.

Таблица 1.3.4

Потребные объемы финансирования на создание МЭК на опорной орбите

Как видно, суммарные затраты на проведение пусков составляют внушительную величину.

В долларовом исчислении стоимость данной задачи может быть оценена ~ 2 млрд. долл., что вполне приемлемо с учетом международной кооперации.

2. Услуги космических средств ДЗЗ

Космические данные позволяют решать задачи трех основных классов:

· Изучение природных условий и ресурсов, хозяйственной деятельности и экологической обстановки в целях оптимального развития отраслей хозяйства в интересах рационального природопользования и ресурсосбережения, охраны природы и развития регионов. Конечный информационный продукт при этом чаще имеет картографическую форму представления - топографические , тематические и специальные карты, в т.ч. в цифровом виде;

· Изучение динамики развития элементов окружающей среды и экологических ситуаций, систематический оперативный контроль результатов и условий взаимодействия системы общество-природа. Результат может быть представлен как в картографической форме, так и в виде соответсвующим образом обработанных изображений - для обеспечения возможности оперативного принятия решений;

· Наблюдение территорий и объектов, предрасположенных к появлению черезвычайных ситуаций и стихийных бедствий, с целью их предупреждения, наблюдения и оценки последствий, а также оперативного принятия решений по их ликвидации.

Сегодня в мире насчитывается более 2х десятков космических систем ДЗЗ, а в непосредственной реализации программ спутниковых наблюдений участвуют около 25ти стран. По мнению экспертов, собственные ИСЗ для дистанционного зондирования как в гражданских, так и в военных целях к 2010му году смогут обладать примерно 30 государств. Их число будет расти и дальше с появлением малых и сравнительно недорогих спутников. Тенденцию к росту имеет и объем рынка космической информации, особенно высокого разрешения, поскольку внедрение информационных технологий - это объективный процесс , который интенсивно идет во всем мире и отражает усложняющуюся структуру экономики, расширяющиеся международные связи и кооперацию по решению целого ряда экономических, политических и социальных проблем. Уровень информатизации становится все более важным критерием оценки могущества и безопасности любого государства и важным средством выработки внутренней и внешней стратегии.

2.1 Сегментация рынка космических средств ДЗЗ

Возрастающие запросы потенциальных потребителей имеют тенденцию к получению оперативной качественной КИ среднего и высокого разрешения. Спрос на эти материалы как на внутреннем, так и на мировом рынке определяет потребную емкость отечественного рынка космической продукции. При этом сегментация российского рынка по тематическому исследованию космической продукции выглядит следующим образом:

· Нефтегазовая отрасль и водные ресурсы - 38%

· Экологический мониторинг - 18%

· Гидрометеорология -13%

· Картография -12%

· Геология - 9%

· Сельское и лесное хозяйство - 8%

· Другие применения -2%

Возможность получения конкурентоспособной КИ с идеальны и высокодетальным разрешением и видимом и РЛ диапазонах спектра, спектрозональные данные, оперативный анализ динамики процессов в заданных районах представляют интерес как для отечественных заказчиков, так и для пользователей СНГ, развитых зарубежных стран, стран третьего вида. Проявляется тенденция вытеснения традиционных картографических материалов цифровыми данными, используемыми в геоинформационных системах (ГИС).

2.2 Потенциальные потребители космической информации ДЗЗ

Наибольшим спросом на мировом рынке космических услуг ДЗЗ в период до 2010 года будут пользоваться следующие типы космических данных:

· Панхромические изображения с разрешением 1-5м (до 15 тысяч потребителей);

· Многозальные, цветные изображения с разрешением 3-10м (до 17 тысяч потребителей);

· Многозональные изображения с разрешением 20-50м (до 9 тысяч потребителей);

· Многоспектральные изображения (облачный покров) с разрешением 0,5-1,0 км (до 15 тысяч потребителей);

· РЛ изображения с разрешением 2-10 м (детальным) и 500м (обзорным) для всепогодного наблюдения суши и океана (до 14 тысяч потребителей).

Размещено на Allbest.ru