Дистанционное оптическое зондирование атмосферы

Наряду с Ti : А1₂0₃-лазером большое внимание в последнее время, например на CLEO-89, уделяется перестраиваемому лазеру на форстерите с хромом (Cr : Mg₂Si0₄), генерация в котором получена в диапазоне от 1,15 до 1,37 мкм при накачке основной гармоникой АИГ Nd-лазера. Отметим, что диапазоны совместной спектральной перестройки излучения лазеров на форстерите с хромом и на сапфире с титаном перекрывают «октаву» (когда частота коротковолновой границы излучения совпадает со 2-й гармоникой длинноволновой границы).

Среди твердотельных лазеров с фиксированными частотами излучения самое широкое распространение в задачах лазерного зондирования атмосферы получил наиболее отработанный и надежный АИГ Nd-лазер. Длина волны излучения этого лазера 1064 нм может преобразовываться во вторую гармонику 532 нм с помощью кристаллов, LBO, КТР (КТiOР0₄) или других более традиционных, но менее эффективных кристаллов KD*P и CD*A. Использование первых двух кристаллов обеспечивает эффективность удвоения частоты более чем 60 %. Кроме того, эти кристаллы, по-видимому, в настоящее время являются наиболее надежными и долговечными, поскольку они негигроскопичны и имеют высокую радиационную стойкость и твердость.

Значительные успехи в повышении КПД АИГ Nd-лазера наблюдаются в последние годы при использовании диодной накачки.

В сообщается, что при уровне накачки диодного лазера 10,9 Вт выходная мощность АИГ Nd-лазера на длине волны излучения 1064 нм составляла 3,8 Вт. Таким образом, была достигнута эффективность накачки около 40%. Успешно продолжаются также разработки лазеров на сенсибилизированных гранатах типа YSGG или GSGG и бериллате лантана (BEL), эффективность генерации в которых в 2--3 раза выше по сравнению с традиционным АИГ Nd-лазером.

Схожими с АИГ Nd-лазером параметрами излучения обладают твердотельные эрбиевый, гольмиевый, осмиевый, диспрозийный и другие лазеры, длины волн излучения которых разбросаны в диапазоне 1... 3 мкм. Однако эти лазеры пока не нашли широкого применения в лазерном зондировании атмосферы.

В среднем ИК-Диапазоне спектра на длинах волн более 2,5 мкм излучают мощные высокоэффективные газовые лазеры на молекулах HF, DF, СО, С0₂, N₂0, NH₃ и других. Используя дифракционную решетку, в этих лазерах можно осуществлять дискретную перестройку по вращательным линиям колебательновращательных полос излучения, причем положения центров этих линий измерены с большой точностью. В лазерах высокого давления (более 1 атм) возможна плавная перестройка длины волны излучения за счет перекрывания уширенных давлением линий излучения.

Типичные параметры некоторых молекулярных ИК-лазеров приведены в табл. 1.

Наиболее отработанным и надежным среди молекулярных ИК-лазеров является С0₂-лазер. Кроме традиционных полос излучения 9,6 и 10,6 мкм в этом лазере эффективно генерируются (особенно в импульсном режиме) полосы секвенции высших порядков, немного смещенные по спектру относительно традиционных полос, а также основная полоса 4,3 мкм и горячие линии излучения. Если учесть дополнительно изотопическое смещение спектров излучения для разных изотопов молекулы С0₂, то налицо богатейший набор линий излучения. С точки зрения лазерного зондирования атмосферы важно, что все эти линии попадают в спектральные окна прозрачности атмосферы. Более того, вторые, третьи и четвертые гармоники излучений С0₂-лазера в 9--10-мкм полосах также попадают в окна прозрачности атмосферы. Эти гармоники могут реализовываться с высокой эффективностью с помощью нелинейных кристаллов ZnGeP₂, CdGeAs₂, Tl₃AsSe₃, AgGaSe₂ и др. Наиболее эффективные из них ZnGeP₂ и CdGeAs₂ изготовляются в нашем НТК «Институт оптики атмосферы» СО АН СССР. Некоторые параметры ППЧ на базе этих кристаллов приведены в табл. 2. В последней графе указана эффективность преобразования частоты с учетом всей оптической системы в целом, в скобках -- значение внутри кристалла.

Таким образом, перестраиваемый С0₂-лазер, снабженный высокоэффективным ППЧ, является неоценимым инструментом особенно в лазерном газоанализе атмосферы в среднем ИК-диапа зоне спектра, который наиболее богато представлен информативными спектрами атмосферных газов.

Таблица 2 Характеристики параметрических преобразователей частоты

Вид	Кристалл	Лазер накачки	Параметры лазера	Эффективность физическая (внутренняя), %
			л, мкм	ф, с
Генератор второй гармоники	ZnGеР2	Гибридный С02	9,28		49 (83,5)
		То же	10,2... 10,3		17
		ВГ С02	4,64		14 (22)
		ТЕА С02	9,2...10,8		9,3
		CW-мод. СО	5,3...6,1		3,1 (5,6)
		CW-мод. С02	4,3		8,4 (10,1)
Генератор четвертой гармоники	СdGеАS2	Импульсный NН3	11,7		2(5,2)
	ZnGeP2	Гибридный С02	9,28		1,4
Генератор суммарной частоты	ZnGеР2	2-волновой С02	4,3		} 20% от
		CW-мод. С02	10,4		4,3-мкм излучения
		Непрерывный СО	5,3... 6,1		6 мВт
		Непрерывный С02	10,6

Спектральная чистота и стабильность линий излучения С0₂-лазера позволяют использовать его в когерентных, в том числе гетеродинных лидарах. Узкополосные, стабилизированные С0₂-лазеры успешно используются в доплеровских лидарах для дистанционного измерения скорости и направления ветра.

Отметим в заключение, что список применяемых на практике в лазерном зондировании источников когерентного излучения, конечно, шире, чем рассмотренный нами. Мы, например, практически не коснулись диодных лазеров и лазеров на центрах окраски, вообще не рассматривали параметрические генераторы света (ПГС). Это объясняется тем, что эти источники когерентного излучения значительно уступают приведенным выше лазерам практически по всем параметрам излучения. Поэтому они не нашли широкого применения в лазерном зондировании.

Фотодетекторы лидарных сигналов

Как уже отмечалось, в УФ и видимом диапазонах спектра наибольшее распространение в лидарных системах для детектирования локационного сигнала приобрели фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Существуют разные типы ФЭУ, которые отличаются спектральной чувствительностью фотокатодов, конструкцией, а также преимущественной ориентацией либо на режим детектирования отдельных импульсов фототока, либо на режим детектирования непрерывного токового сигнала (аналоговый режим). Спектральная чувствительность наиболее распространенных типов фотокатодов ФЭУ приведена на рис. 10. Что же касается разных режимов детектирования ФЭУ оптических лидарных сигналов, то отметим следующее.

Рис. 10. Спектральные чувствительности наиболее распространенных типов фотокатодов ФЭУ.

Большой коэффициент усиления ФЭУ позволяет регистрировать в анодной цепи импульсы тока, образующиеся при выходе с фотокатода единичных электронов. В связи с этим возможно использование ФЭУ для регистрации слабых световых сигналов методом счета отдельных фотоэлектронов, вылетающих с фотокатода, т. е. измерением средней частоты следования импульсов за рассматриваемые интервалы времени и их средней амплитуды. При этом следует учитывать, что с увеличением напряжения питания ФЭУ растет его коэффициент усиления, а следовательно, увеличивается амплитуда импульсов анодного тока. Однако с определенного значения напряжения питания достигается порог чувствительности регистрирующего устройства, и дальнейшее увеличение напряжения не должно изменять скорости счета импульсов.

На счетной характеристике ФЭУ появляется так называемое счетное плато, изображенное на рис. 11. У реальных ФЭУ могут регистрироваться импульсы фототока, соответствующие термоэлектронам с первого и последующего диодов, а также обусловленные постепенным развитием оптической и ионной обратной связи. Эти импульсы вызывают незначительный подъем плато вплоть до уровня напряжений, когда резко начинают развиваться газоразрядные процессы в ФЭУ.

Рис. 11. Плато счетной характеристики ФЭУ (участок б).

Преимущество метода счета отдельных фотонов обусловлено прежде всего тем, что при работе на плато счетной характеристики и отсекании с помощью линейных ворот усилителя-дискриминатора низко- и больше амплитудных импульсов излучения, не инициированных эмиссией с фотокатода, число сигнальных импульсов излучения может быть определено простым вычитанием из общего числа зарегистрированных импульсов числа предварительно измеренных импульсов, обусловленных термоэмиссией фотокатода и фоном. Это связано с аддитивным характером пуассоновской статистики, которой подчиняется распределение импульсов фототока.

Регистрация оптических сигналов с помощью ФЭУ может также производиться методом измерения среднего значения анодного тока. Уровень шума в этом случае определяется среднеквадратическим значением флуктуаций этого тока, термошумом фотокатода, а также вкладом таких компонент шума, как токи утечки, шумы, обусловленные ионной и оптической обратной связью, газо-разрядными процессами, фликкер-шумом, автоэлектронной эмиссией и т. д. На точность измерений сказывается и влияние изменения коэффициентов фотоэмиссии и вторичной эмиссии диодов, обусловленные как процессами старения, так и влиянием регистрируемого сигнала. Флуктуации этих составляющих темнового тока не поддаются расчету, так как инициирующие их процессы в значительной мере определяются конструкцией и технологией ФЭУ. Флуктуации эмиссионных процессов подчиняются строгим статистическим закономерностям и описываются известной формулой для шумового тока в амперах:

(1.31)

где -- сигнальный ток фотокатода, А; -- ток фотокатода от фоновой засветки, А; I_т -- темновой ток фотокатода, А; е -- заряд электрона, Кл; В -- полоса фотодетектора, Гц; k -- постоянная Больцмана, Дж/К; Т -- температура фотокатода ФЭУ, К; -- сопротивление активной нагрузки, Ом; М -- коэффициент усиления ФЭУ; Р_с -- мощность оптического сигнала, Вт; Р_Ф -- мощность фоновой засветки; Н -- постоянная Планка, Дж-с; з -- квантовая эффективность фотокатода; н -- спектральная частота оптического сигнала, см^-1; с -- скорость света, см/с. Используя (1.31), легко определить отношение сигнал/шум = I_с/I_ш.

Основными особенностями эксплуатации аналогового ФЭУ являются следующие. Для обеспечения работы в линейном режиме ток, протекающий через делитель напряжения, должен не менее чем в 10 раз превышать максимальный ток анода. Если требуется, чтобы отклонение от линейности световой характеристики в статистическом режиме не превышало 1--2%, то ток делителя должен превышать рабочий ток анода в 100.. . 500 раз. Сопротивление резисторов делителя напряжения питания должно быть в пределах 20 кОм... 5 мОм. При регистрации импульсных сигналов для избежания нарушения линейности анодного тока ФЭУ последние звенья делителя напряжения питания шунтируются конденсаторами, значения емкостей которых (в фарадах) выбираются согласно следующему выражению:

(1.32)

где q -- заряд импульса анодного тока, Кл; U_i -- межкаскадное напряжение, В; n -- общее число динодов; i -- номер динода. На тех каскадах, где импульсный ток составляет менее 0,1 среднего тока через делитель, шунтирующие конденсаторы не ставятся.

Если на выходе ФЭУ необходимо получить сигнал, воспроизводящий форму входного светового импульса, сопротивление нагрузки R_н должно выбираться из условия , где С₀ -- общая емкость сопротивления нагрузки и емкости ФЭУ; -- верхняя частота в спектре оптического сигнала.

Требуемая точность стабилизации напряжения питания на отдельных каскадах ФЭУ определяется исходя из допустимой точности поддержания коэффициента усиления ФЭУ и числа каскадов умножения

(1.33)

где и -- соответственно относительные изменения напряжения питания на одном каскаде и коэффициента усиления ФЭУ; п -- число каскадов умножения.

В ИК-диапазоне спектра детектирование оптических лидарных сигналов осуществляется с помощью фотодиодов. При прямом детектировании оптического ИК-сигнала отношение сигнал/шум принято выражать через эквивалентную мощность шума NEP (Noise Equivalent Power) в ваттах, которая определяется как

(1.34)

где А -- площадь чувствительного элемента фотодиода, см²; В -- полоса фотодиода, Гц; D -- обнаружительная способность фотодиода, см-Гц^,/2/Вт. На рис. 12 приведены спектральные обнаружительные способности ряда полупроводниковых фотоприемников при разных температурах чувствительного элемента в сравнении с идеальным детектором и другими типами приемников. Видно, что в области 1 мкм самым чувствительным фотоприемников является кремний (Si), до 3 мкм -- арсенид индия (InAs), до 5,5 мкм -- антиманид индия (InSb), 9... 12 мкм -- кадмий -- ртуть -- телур (КРТ).

При гетеродинном приеме отношение сигнал/шум детектируемого сигнала смешения на фотодетекторе оптического локационного сигнала с опорным излучением гетеродина определяется в основном не шумами фотодетектора, а шумами гетеродина. В этом случае применяемый полезный сигнал с фотодетектора определяется как

Рис. 12 Спектральные обнаружительные способности ИК фотоприемников.

где Р_r -- мощность гетеродина, Вт; щ_г и щ_с -- угловые частоты электрических полей сигнала гетеродина и локационного сигнала. В показано, что если , то отношение сигнал/шум .

Регистраторы лидарных сигналов

Как отмечалось выше, электрические сигналы в приемных системах лидаров преобразуются далее в цифровые образы. С этой целью для токовых сигналов применяются аналого-цифровые преобразователи (АЦП), работа которых основана на сравнении напряжения входного аналогового сигнала с кратными значениями опорного напряжения компораторов. Основными характеристиками АЦП являются: разрядность, быстродействие, максимальное входное напряжение. Быстрые изменения лидарногс сигнала в широком динамическом диапазоне требуют использования высокоразрядных АЦП. Однако увеличение разрядности АЦП естественно ограничивает его быстродействие. Поэтому, как правило, разрядность АЦП для лидарных сигналов ограничивается 8...10 и редко 12...14. Для преобразования медленно изменяющихся сигналов, например с фотоприемников трассовых измерителей, могут использоваться 16-разрядные АЦП.. Характерные параметры используемых на практике АЦП приведены в табл. 3.

Таблица 3 Характеристики регистраторов лидарных сигналов

Страна	Фирма- изготоитель	Модель	Разрядность, или макс. число накопленных импульсов фототока в стробе, бит	Быстродействие, или мин. длительность строба, не	Число выборок или стробов	Источник
Быстродействующие АЦП
США	Теktronix	7612D	28	5	212	[31]
Япония	Iwatsu	DМ902	28	10	211	[31]
СССР	ИОА СО АН	АЦП 8.50	28	20	28	[22]
Счетчики импульсов и фотонов
Италия	--	--	--	14	212	[40]
Франция	--	--	216	3,5	213	[30]
СССР	ИОА СО АН	2... 4	212	80	212	[22]

В режиме счета фотонов регистрация осуществляется в непосредственно числовом виде с помощью специальных счетчиков, которые фактически определяют частоту поступления к ним на вход импульсов фототока с ФЭУ приемной системы лидара, предварительно сформулированных с помощью дискриминатора- усилителя. Основные параметры некоторых счетчиков фотонов приведены в табл. 1.3.3.

1.3 Средства космических ДЗЗ

Спутниковая аппаратура определения характеристик облачных частиц и построения профиля облаков

Таблица 4

Наименование прибора ДЗЗ	ИСЗ
РМ-0.8	ИСЗ серии «Океан»
АЛИССА	Модуль «Природа»
POLDER	Adeos-1
POLDER, AMSR	Adeos-2
AMSU-A, AMSU-B	Noaa K-M
AMSU-A, MHS	Noaa N, N'
MODIS	Eos-AM 1
EOSP, MODIS	Eos-AM 2,3
MERIS	Envisat-1
AMSU/MHS, MIMR, MODIS	ИСЗ серии Eos-PM
AMSU-A, MHS, MIMR	ИСЗ серии Metop
Космические системы исследования атмосферы земли	Программы дистанционного зондирования земли из космоса EOS
ИСЗ Uars	EOS-AERO
TOMS-EP	EOS-ALT
TRMM	EOS-ALTR
ИСЗ Trmm	EOS-AM
ODIN	EOS-CHEM
	EOS-COLOR
	EOS-PM

2. Российский модуль дистанционного зондирования земли «Природа»

Общая характеристика модуля «Природа»

Модуль дистанционного зондирования Земли «Природа» является космической платформой, оснащенной разнообразной аппаратурой ДЗЗ и действующей в составе орбитальной станции (ОС) «Мир». Пристыковка модуля «Природа» к ОС «Мир» осуществлена в апреле 1996 г., то есть через 10 лет после вывода на орбиту самой станции. В результате срок службы модуля «Природа» в значительной мере ограничивается состоянием орбитальной станции, эксплуатация которой, как ожидалось, продлится до 2000 г.

Модуль «Природа» (рис. 13) предназначен для проведения экспериментальных исследований с целью отработки комплексных методов дистанционного зондирования с использованием многоспектральных средств наблюдения, а также для получения информации ДЗЗ, необходимой при решении глобальных и региональных задач климатологии, океанографии и экологии.

Длина модуля достигает 13 м, максимальный диаметр -- 4.35 м, масса на орбите составляет 19.7 т, из которых около 2 т приходится на аппаратуру дистанционного зондирования. Бортовая энергетическая установка включает панель солнечной батареи общей площадью 35 м², которая используется только на этапе вывода модуля до его пристыковки к ОС «Мир» и выдает в нагрузку мощность 2.8-4.2 Вт, а также никель-кадмиевые батареи общей емкостью 360 А-ч.

Аппаратура ДЗЗ, установленная на модуле «Природа»

Датчики дистанционного зондирования, размещенные на модуле «Природа», позволяют проводить съемку практически во всех диапазонах спектра, включая ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный и микроволновый диапазоны, причем наблюдение обеспечивается как в пассивном режиме, так и при помощи активной радиолокационной системы с синтезированной апертурой антенны (РСА).

Рис. 13 Модуль дистанционного зондирования Земли «Природа»:

1. -- радиометр РП-600 из состава комплекса «Икар-П»

2. --система сбора информация

3. --с платформ геофизического мониторинга «Центавр» комплекс «Икар-Н»

4. -- радиометр РП-600 из состава комплекса «Икар-П»

5. -- радиометр РП-225 из состава комплекса «Икар-П»

6. -- система «Дельта» из состава комплекса «Икар-Дельта»

7. -- л идар АЛ И СС А

8. -- PC А «Траверс»

9. -- радиометр Р-400 из состава комплекса «Икар-Дельта»

10. -- спектрометр MOS

11. -- спектрорадиометр «Исток-1»

12. -- место установки камер МСУ-Э2 и МСУ-СК

13. -- ТВ-камера

Оптико-электронная аппаратура дистанционного зондирования включает спектрорадиометр «Исток-1», сканирующие устройства МСУ-СК и МСУ-Э2, спектрометр MOS, ТВ-камеру, аппаратуру MOMS-2P, лидар АЛИССА и комплекс «Озон-Мир».

Телевизионная камера, установленная на модуле «Природа», предназначена для цветной съемки облачного покрова Земли в видимом диапазоне спектра (0.4--0.75 мкм) с угловым разрешением

3. Спутниковая метеорологическая система NOAA

Метеорологическая система на базе полярноорбитальных космических аппаратов серии Noaa используется Национальным управлением по исследованию океана и атмосферы (NOAA) при решении задач, связанных с прогнозированием погоды, а также для получения информации дистанционного зондирования в интересах сельского и лесного хозяйства, климатологии и океанографии, мониторинга состояния окружающей среды, при изучении околоземного космического пространства, озонового слоя и содержания аэрозолей в атмосфере, при съемке снежного и ледового покровов Земли. Кроме того, на спутниках этой серии устанавливается аппаратура сбора данных с наземных метеорологических платформ, а также оборудование приема сигналов бедствия в рамках системы Kocnac/SARSAT.

Первые метеорологические космические аппараты по программе NOAA, известные также под наименованием Tiros (Television and Infrared Observation Satellite), запускались в интересах NASA и министерства обороны США. В период с 1960 по 1965 гг. были изучены потенциальные возможности использования результатов космической съемки для решения различных метеорологических задач, а также впервые получены данные о тепловом балансе Земли. Эксплуатация последнего спутника этого поколения, Tiros-10, была прекращена в июле 1967 г.

Широкое распространение среди потребителей космическая метеорологическая информация получила после того, как в 1966 г. была начата эксплуатация спутников следующего поколения серии TOS (Tiros Operational Satellite), получивших наименование Essa (Environmental Science Services Administration). С 1966 no 1970 гг. было развернуто до 400 наземных станций, принимающих данные со спутников Essa в интересах метеорологических служб 45 стран.

На смену ИСЗ серии TOS были предложены усовершенствованные космические аппараты ITOS (Improved TOS), основным отличием которых является установка датчика ИК-диапазона, обеспечивающего съемку поверхности Земли и облачного покрова в темное время суток. Спутники этого поколения выводились на орбиту высотой около 1450 км. с наклонением 101° и имели массу около 340 кг.

Спутники четвертого поколения TIROS-N разрабатывались корпорацией RCA на основе платформы военного метеорологического ИСЗ Block-5D и выводились на солнечно-синхронные орбиты высотой 850 х 860 км с наклонением 102°. Масса космических аппаратов была увеличена более, чем вдвое и составила 734 кг (1421 кг с дополнительным оборудованием, используемым при запуске ИСЗ), из которых под полезную нагрузку отводилось до 230 кг. На спутнике размерами 1.88 х 3.71 м устанавливалась панель солнечной батареи 2.37 х 4.91 м, которая совместно с двумя аккумуляторными батареями емкостью 26.5 Ач каждая обеспечивали среднюю мощность системы энергоснабжения 420 Вт после двух лет эксплуатации ИСЗ. На борту космических аппаратов серии TIROS-N устанавливались комплекс аппаратуры вертикального зондирования TOVS (Tiros Operational Vertical Sounder) в составе приборов HIRS/2, SSU и MSU, усовершенствованный радиометр высокого разрешения AVHRR, монитор космической среды SEM и система сбора данных с платформ типа Argos. Стоимость космического аппарата Noaa-7 оценивается в 22.5 млн долл., из которых 7.5 млн долл. приходится на запуск ИСЗ.

Начиная с четвертого поколения приняты следующие правила обозначения космических аппаратов системы NOAA. До запуска спутникам последовательно присваиваются буквенные индексы в соответствии с очередностью их изготовления. После успешного вывода на рабочую орбиту спутнику присваивают числовой порядковый номер.

В процессе эксплуатации ИСЗ Tiros-N выяснилось, что срок их службы превышает расчетные 2 года, благодаря чему отпала необходимость в запуске в 1982 г. очередного спутника этой серии Noaa-D. Космический аппарат Noaa-A проработал около 4-х лет, которых оказалось достаточно для того, чтобы завершить разработку и вывести на орбиту спутник нового поколения Noaa-E. Изготовленный ранее ИСЗ Noaa-D был оставлен в качестве запасного и в дальнейшем запущен на смену ИСЗ Noaa-G.

В настоящее время в системе NOAA используются космические аппараты серии ATN (Advanced Tiros-N). Головным разработчиком ИСЗ Noaa серии ATN является отделение Astro Space компании Martin Marietta при участии фирмы ITT (разработка приборов HIRS и AVHRR) и Лаборатории реактивного движения JPL NASA (устройство микроволнового зондирования MSU и его модификации). Стоимость одного космического аппарата (Noaa-11) оценивается в 53.5 млн долл. Космические аппараты разрабатываются на основе усовершенствованной платформы типа Tiros-N, шириной 1.8 м и длиной 4.18 м. Масса спутника в начале активного срока существования составляет 1712 кг, из которых 386 кг приходится на полезную нагрузку. Система энергообеспечения, включающая панель солнечной батареи размером 2.37 х 4.91 м, обеспечивает мощность, выдаваемую в нагрузку, 1500 Вт в начале и 1400 Вт в конце срока активного функционирования спутника. Ориентация космического аппарата -- трехосная с точностью около 0.1° по всем осям.

Орбитальный сегмент современной системы NOAA включает два оперативных космических аппарата. Запуски ИСЗ, гарантируемый срок службы которых составляет 2 года, осуществляются с Западного ракетного полигона США. Спутники выводятся на солнечно-синхронные орбиты с наклонением около 98.8° и с высотами порядка 830 или 870 км. Высота орбиты очередного запускаемого ИСЗ выбирается таким образом, чтобы разница в орбитальных периодах двух оперативных спутников системы каждый раз составляла около 1 минуты, благодаря чему удается избежать ситуации, в которой оба спутника ежедневно осуществляют съемку одних и тех же участков на поверхности Земли в одно и то же время суток.



Рис. 14. Космический аппарат Noaa серии ATN:

1-- радиометр AVHRR

2-- створки системы термостабилизации (4)

3-- антенна аппаратуры поиска и спасения

4, 13-- ненаправленная антенна S-диапазона

5-- аккумуляторные батареи (6)

6-- двигатель привода солнечной батареи панель солнечной батареи

7-- передающая антенна УКВ-диапазона

8-- блок реактивных двигателей (4)

9-- аппаратура SBUV-2

10-- несканирующий радиометр ERBE

11-- радиомаяк/антенна приема командно-программной информации

12-- антенна S-диапазона

15-- сканирующий радиометр ERBE

16-- антенна системы сбора данный с метеоплатформ

17-- устройство MSU

18-- блок датчиков Земли

19 -- устройство SSU

20-- устройство HIR1S

21 -- платформа крепления приборов ДЗЗ

22-- инерциальный датчик

Кроме того, орбита одного из оперативных спутников характеризуется утренним (6.00--10.00) местным временем пересечения экватора в нисходящем узле, а второго -- послеполуденным (14.00--18.00) временем пересечения экватора в восходящем узле орбиты.

Задачи и информационные возможности космической системы NOAA во многом совпадают с военной метеорологической системой ВВС США DMSP (Defense Meteorological Satellite Program), базирующейся на спутниках типа Block-5D2, и в настоящее время рассматриваются пути объединения орбитальных сегментов этих двух систем.

Разработка ИСЗ нового поколения Noaa-K,L,M,N,N' осуществляется той же кооперацией соисполнителей, что и ранее. Запуски спутников запланированы на 1997--2004 гг. при помощи ракеты-носителя Titan-2. Начиная с Noaa-M космические аппараты системы NOAA будут выводиться агентством NASA только на послеполуденные орбиты. Запуски спутников на орбиты с утренним временем пересечения экватора будут осуществляться европейским агентством Eumetsat в рамках программы Metop (п.4.2).

Перспективные космические аппараты Noaa-0,P,Q серии Polar-Next в период с 2005 по 2011 гг. планируется выводить на орбиты с местным временем пересечения экватора около 13 ч 30 мин

Целевая аппаратура космических аппаратов системы NOAA Состав приборов дистанционного зондирования, а также аппаратуры приема и ретрансляции данных, устанавливаемых на существующих спутниках системы NOAATnna Tiros-N, ATN и перспективных серий, приведен в таб. 5.

Таблица 5 Комплекты целевой аппаратуры, устанавливаемой на современных космических аппаратах серии Noaa

аппаратуры	F	G	H	D	J	К	L	M	N	N'
ERBE	+	+
AVHRR/2	+	+	+	+	+
HIRS/2	+	+	+	+	+
SSU	+		+		+
MSU	+	+	+	+	+
AVHRR/3						+	+	+	+	+
Hl RS/3						+	+	+	+	+
AMSU-A						+	+	+	+	+
AMSU-B						+	+	+
MHS									+	+
SBUV/2	+		+		+	+		+	+	+
SEM	+	+		+	+	+	+	+	+	+
Aigos	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
S&R	+	+	+		+	+	+	+	+	+

Наименование

Номер ИСЗ серии NOAA

Экспериментальный прибор ERBE (Earth's Radiation Budget Experiment), в состав которого входят сканирующий и несканирующий радиометры, устанавливался на космических аппаратах Noaa-9,10 для изучения радиационного баланса Земли в региональном, континентальном и глобальном масштабах.

Прибор имеет следующие характеристики:

1. рабочие диапазоны: 0.5--0.7, 10.5-12.5, 0.2-4.0 и 0.2-50 мкм;

2. пространственное разрешение: 200-250 км по поверхности Земли для несканирующего радиометра, 50 км в надире для сканирующего радиометра;

3. ширина полосы обзора: 3000 км.

Усовершенствованный радиометр AVHRR/2 (Advanced Very High Resolution Radiometef) предназначен для измерения температуры суши и морской поверхности, наблюдения облачного, снежного и ледового покровов, контроля за осадками, влажностью почв и измерения растительного индекса. Кроме того, результаты космической съемки используются при наблюдении за извержениями вулканов, а также при выявлении и определении границ участков морской поверхности, охваченных нефтяными выбросами. Радиометр дважды в сутки обеспечивает съемку практически всей поверхности Земли и имеет следующие характеристики:

1. рабочие диапазоны: 0.58-0.68, 0.725-1.1, 3.55--3.93, 10.3-11.3, 11.4-мкм;

2. пространственное разрешение в надире: 1.1 км;

3. мгновенное поле зрения: 1.3 мрад;

4. ширина полосы обзора: около 3000 км;

5. угол обзора: ±55.4° от направления в надир;

6. частота вращения сканирующего зеркала: 360 об/мин;

7. скорость передачи данных радиометра: 665.4 кбит/с в режиме Н RPT, 66.54 кбит/с в режиме GAC.

Основные технические характеристики радиометра AVHRR/3, планируемого к установке на перспективных ИСЗ Noaa-K,L,M,N,N', совпадают с характеристиками предшествующего образца AVHRR/2.

В состав комплекса TOVS (Tiros Operational Vertical Sounder) входят три отдельных независимых прибора дистанционного зондирования: HIRS/2, SSU и MSU, совместная обработка информации с которых используется для восстановления вертикального профиля температуры атмосферы.

Инфракрасный зонд высокого разрешения HIRS/2 (High Resolution Infrared Sounder) разработан отделением Aerospace/Optical фирмы ITT и обеспечивает пошаговую съемку поверхности Земли в направлении поперек трассы ИСЗ.

Зонд имеет следующие основные характеристики:

1. число спектральных каналов: 20;

2. центральные частоты каналов: 0.69,3.76,3.98,4.24,4.41,4.46,4.52,4.56, 6.72, 7.32, 8.16, 9.71, 11.11, 13.35, 13.64, 13.97, 14.22, 14.49, 14.71 и 14.66 мкм (среди приведенных каналов частота 0.69 мкм соответствует видимому участку спектра, 3.76 мкм -- окну прозрачности атмосферы, 4.24 мкм -- линии поглощения С02, 6.72 -- линии поглощения Н20, 9.71 -- линии поглощения 03, 11.11 -- окну прозрачности и 14.66 --линии поглощения С02);

3. ширина полосы обзора: 2240 км;

4. угол обзора: ±49.5° от направления в надир;

5. оптическое поле зрения: 1.25°;

6. элемент разрешения в надире: круг диаметром 17.4 км;

7. элемент разрешения на краю полосы обзора: эллипс 29.9 х 58.5 км (вдоль и поперек трассы соответственно);

8. число шагов сканирования поперек трассы: 56;

9. продолжительность полного сканирования: 6.4 с;

10. шаг сканирования поперек трассы: 1.8°;

11. расстояние между двумя сканами вдоль трассы: 42 км;

12. скорость выдачи информации: 2880 бит/с.

Характеристики радиолиний передачи данных с космических аппаратов системы NOAA

Управление спутниками серии Noaa и прием телеметрической информации осуществляется с использованием центральных станций NOAA в Wallops Island и Fairbanks. Центр управления полетом находится в Suitland.

Передача информации реального масштаба времени осуществляется в дециметровом и метровом диапазонах волн. Данные передаются постоянно и могут быть получены практически в любой точке земного шара. При использовании соответствующего приемного оборудования. Информация с бортового магнитофона передается на центральные станции Noaa, а также на приемный комплекс французского спутникового метеоцентра (Centre de Meteorologie Spatiale) в Lannion.

Подсистема передачи данных S-диапазона включает три усилителя мощностью 5.25 Вт, подключенные к трем различным слабонаправленным антеннам. Две антенны, работающие на частотах 1698 и 1707 МГц, имеют правую круговую поляризацию излучения, а третья антенна обеспечивает передачу сигналов на частоте 1702.5 МГц с левой круговой поляризацией. Обычно один из каналов используется для непосредственной передачи информации формата HRPT, а два других -- для передачи данных с бортового магнитофона, причем канал с частотой передачи 1702.5 МГц считается резервным. Допускается одновременная работа всех трех каналов. На этапе вывода ИСЗ на орбиту один из усилителей S-диапазона подключают к ненаправленной антенне, предназначенной для передачи телеметрической информации.

Передатчик УКВ-диапазона имеет выходную мощность 5 Вт и работает на частоте 137.48 или 137.62 МГц. Передача информации осуществляется постоянно в формате APT. Выбор одной из двух возможных частот передачи осуществляется таким образом, чтобы избежать взаимного влияния сигналов, передаваемых с двух различных спутников Noaa, одновременно находящихся в зоне радиовидимости наземной станции.

Передача снимков облачного покрова Земли от радиометра типа AVHRR массовым потребителям постоянно осуществляется в режиме APT (Automatic Picture Transmission, этот режим иногда обозначается как MRPT: Medium Resolution Picture Transmission) по радиолинии УКВ-диапазона частот, значения основных параметров которой представлены в табл. 6

Таблица 6 Характеристики радиолинии передачи информации среднего разрешения APT

Основные параметры радиолинии	Значение параметра
Частота несущей	137.48 или 137.62 МГц
Относительная стабильноеть частоты	±2* 10-5
Поляризация передающей антенны	Круговая правосторонняя
Коэффициент усиления антенны
в направлении в надир	3.7 дБ
в направлении 63° от надира	-0.5 дБ
ЭИИМ в направлении 63° от надира	37.2 дБмВт
Мощность передатчика	37.4 дБмВт (5 Вт)
Вид модуляции несущей	ЧМ
Девиация частоты	±17 кГц
Частота подпссущсй	2400 ±0.3 Гц
Индекс модуляции поднесущей	87 ±5%
Вид модуляции подпесущей	АМ-ДБП
Полоса частот модулирующего сигнала	1.6 кГц
Частота строк изображения	120 строк/мин
Разрешающая способность	4 км
передаваемого изображения

При этом на борту ИСЗ производится выборка изображений, получаемых в двух диапазонах длин волн (смена диапазонов возможна по команде с Земли, как правило это диапазоны 0.725-1.1 и 10.3-11.3 мкм), и передача их с разрешающей способностью 4 км.

Для передачи изображений облачного покрова Земли от радиометра типа AVHRR (табл.4.4) с полным пространственным разрешением 1.1 км постоянно используется режим HRPT (High Resolution Picture Transmission). Информация поступает с высокоскоростного бортового процессора MRPT и имеет кадровую структуру, причем в структуре кадра (11090 слов) имеется пять подкадров:

1 подкадр имеет длину 127 слов и представляет собой уникальный цифровой код, используемый для идентификации ИСЗ и синхронизации наземного приемного оборудования;

2 подкадр имеет длину 10240 слов, представляет собой данные изображений облачного покрова Земли от радиометра типа AVHRR и имеет собственную кадровую структуру (5 слов в кадре данных от радиометра), причем каждому слову в кадре данных от радиометра соответствуют данные от одного из пяти каналов радиометра (первому и второму слову -- от каналов ИК-диапазона, остальным словам -- от каналов видимого диапазона длин волн); таким образом, всего в подкадре передается 2048 10- разрядных отсчетов данных от пяти каналов;

3 подкадр имеет длину 108 слов и представляет собой данные, используемые для синхронизации наземного оборудования обработки информации, предназначенной для калибровки каналов радиометра типа AVHRR и приема данных от аппаратуры TOVS;

4 подкадр имеет дайну 95 слов, причем слова с 15 по 94 используются для передачи результатов калибровки каналов радиометра типа AVHRR (первому уровню калибровки соответствуют шесть 10-разрядных отсчетов пяти каналов, второму уровню -- десять 10-разрядных отсчетов пяти каналов;

5 подкадр имеет длину 520 слов, представляет собой данные прибора TOVS и другой бортовой аппаратуры и имеет собственную кадровую структуру (104 слова в кадре данных блока сканирующих радиометров), причем данные передаются восьмиразрядными словами, преобразованными в 10-разрядные добавлением проверочных символов (девятого -- для проверки на четность, десятого -- дополнительного к первому символу слова); синхрогруппа кадра данных блока сканирующих радиометров занимает пять слов и имеет в шестнадцатиричном коде вид: EDE2024254, шестое и пятнадцатое слова отведены под счетчики кадров; кроме того, 12 и 13 слова имеют субструктуру (уплотнены десятью и четырьмя каналами), в словах 9-14, 24-26, 31, 39-42, 47-52, 55, 57-58, 60, 65-66, 68, 71, 76, 85, 90--104 передаются быстроменяющиеся параметры, в остальных словах -- медленноменяющиеся; пять кадров данных блока сканирующих радиометров, составляющих 5 подкадр, передаются за 0.5 с и, таким образом, скорость передачи этих данных составляет 8.32 кбит/с.

Таблица 7 Характеристики радиолинии передачи информации высокого разрешения в режиме HRPT

Основные параметры радиолинии	Значение параметра
Частота несущей	1698, 1707, 1702.5 МГц
Относительная нестабильность частоты	±2 * 10-5
Поляризация передающей антенны
на частотах 1698 и 1707 МГц	круговая правосторонняя
на частоте 1702.5 МГц	круговая левосторонняя
Коэффициент усиления антенны	2.1 дБ
эиим	40.4 дБмВт
Мощность передатчика	37.2 дБмВт
Вид модуляции несущей	КИМ (ВIФ-L) - ФМ2
Индекс модуляции	±72°
Скорость манипуляции	1330.8 кбит/с
Полоса частот сигнала	5.3232 МГц
Скорость передачи данных	665.4 кбит/с
Длина слова в двоичных символах	10 (первым в потоке данных следует старший разряд)
Длина кадра	11090 слов
Длина подкадров	127,10240,108,95,520 слов
Скорость передачи кадров изображения	6 кадров/с
Частота строк изображения	360 строк/мин
Количество элементов изображения	2048
на строку в каждом из пяти каналов
Разрешающая способность	1.1 км
передаваемого изображения

Регистрация информации высокого (полного) разрешения может осуществляться на бортовой магнитофон в течение 10 минут с последующим воспроизведением в режиме LAC (Local Area Coverage) для последующей передачи в наземный метеоцентр. Передаваемая информация поступает с высокоскоростного бортового процессора MIRP (Manipulated Information Rate Processor) со скоростью 2.6616 Мбит/с. Вероятность ошибки при воспроизведении составляет 5_*10^-7 в начале и 10^-6 -- в конце активного срока существования ИСЗ. При передаче используется модуляция NRZ-ФМн.

Продолжительность регистрации информации низкого (4 км) разрешения на бортовой магнитофон составляет 110 мин. Передача информации низкоскоростного бортового процессора, воспроизводимая с бортового магнитофона в режиме GAC (Global Area Coverage), осуществляется с расщеплением фазы со скоростью 1.33 Мбит/с или 332.7 кбит/с. При этом используется модуляция ФМн/2.

4. Российская метеорологическая спутниковая система «Метеор»

Общая характеристика программы «МЕТЕОР»

Начало штатной эксплуатации российской метеорологической системы на базе космических аппаратов серии «Метеор» датируется 1969 годом, когда на орбиту был выведен первый спутник первого поколения «Метеор-1-1». Этому предшествовали трехлетние испытания, на протяжении которых на орбиту выводились опытные образцы метеорологических спутников серии «Космос». Космические аппараты второго поколения типа «Метеор-2» начали эксплуатироваться с 1975 г., ИСЗ третьего поколения типа «Метеор-3» -- с 1984 г. К настоящему времени по программе «МЕТЕОР» запущено более 50 космических аппаратов. Вывод на орбиту первого спутника очередной серии «Метеор-ЗМ» запланирован на 1998 г.

К основным задачам системы «МЕТЕОР» относятся:

• получение глобальных изображений облачности и подстилающей поверхности в видимом и инфракрасном диапазонах спектра;

• получение глобальных данных о вертикальном профиле температуры;

• непрерывное наблюдение за потоками проникающих излучений в околоземном космическом пространстве.

Космические аппараты «Метеор» первого поколения выводились на типовую орбиту высотой 800-900 км, второго поколения -- около 950 км, третьего -- 1200 км. При этом увеличение высоты орбиты осуществлялось с целью расширения полосы обзора бортовой аппаратуры дистанционного зондирования. Ожидается, что спутники очередной серии «Метеор- ЗМ» будут функционировать на рабочей орбите высотой около 1000 км с наклонением 98° (табл. 8). Все космические аппараты типа «Метеор» выводятся на орбиту с полигона Плесецк, исключение составляют четыре спутника серии «Метеор-1», запущенные в 1977-1981 гг. с полигона Тюратам в качестве испытательных образцов по программе «Ресурс-О».

Таблица 8 Последние выполненные и запланированные запуски космических аппаратов по программе «МЕТЕОР»

Наименование исз	Дата запуска	Наклонение орбиты, град.	Высота орбиты, км
«Метеор-3--5»	08.91	82.5	1200
«Метеор-2-24»	08.93	82.5	900
«Метеор-3--7»	01.94	82.5	1200
«Метеор-3-8»	1998	82.5	1200
«Метеор-3 М-1»	1998	98	1000
«Метеор-ЗМ-2»	1998	98	1000
«Метеор-3 М-3»	1999	98	900
«Метеор-3 М-4»	2000	98	900

Разработку космических аппаратов «Метеор» осуществляет ВНИИ Электромеханики. Расчетный срок активного существования спутников составляет 2--3 года. Космический аппарат третьего поколения «Метеор- 3» имеет массу на орбите 2215 кг, из которых 700 кг приходится на полезную нагрузку. Спутник имеет трехосную систему стабилизации с точностью 0.5°. Высота цилиндрического корпуса спутника диаметром 1.4 м достигает 4.2 м, размеры панелей солнечной батареи составляют 2 х 10 м. Бортовая энергетическая установка обеспечивает мощность, выдаваемую в нагрузку, 500 Вт.

Аппаратура дистанционного зондирования, устанавливаемая на космических аппаратах серии «Метеор»

Перечень аппаратуры дистанционного зондирования, устанавливаемой на современных спутниках серии «Метеор», приведен в табл. 9.

Таблица 9 Комплекты аппаратуры ДЗЗ, устанавливаемой на спутниках серии «Метеор» Номер ИСЗ типа «Метеор»

	2-24	3-5	3-7	3-8	ЗМ-1	ЗМ-2	ЗМ-З	ЗМ-4
174--К		+				+	+	+
БУФС-4						+	+	+
ИСП			+	+	+	+	+	+
КГИ-4					+	+	+	+
«Климат»				+
«Климат-2»						+	+	+
МЗОАС					+	+	+	+
МИВЗА				+
МИВЗА-М						+	+	+
МР-2000	+
МР-2000М		+	+	+
МР-900	+
МР-900Б		+		+
МСР					+
МТЗА					+	+	+	+
РМК-2	+	+	+	+
СФМ-2		+		+
РRARЕ			+
SAGE III					+
SсаRаЬ				+	+	+	+	+
ТОМS		+				+	+	+

Рис. 15. Космический аппарат серии «Метеор-3».

Спектрометр инфракрасного диапазона 174-К предназначен для измерения вертикальных температурных профилей, определения влажности и концентрации озона в атмосфере. Основные характеристики спектрометра 174-К:

• рабочие диапазоны: 9.6 мкм (участок поглощения озона), 11.10 мкм (окно прозрачности атмосферы), 15.02 мкм (участок поглощения углекислого газа), 13.33, 13.70, 14.24, 14.43 и 14.75 мкм (участки поглощения водяного пара);

• пространственное разрешение: 42 км;

• ширина полосы обзора: 1000 км.

Спектрометр ультрафиолетового диапазона БУФС-4 устанавливается на космических аппаратах серии «Метеор-ЗМ» и предназначен для измерения профилей концентрации озона в атмосфере. Радиометр будет иметь 12 каналов в участке спектра 0.25--0.35 мкм и обеспечивать съемку с угловым разрешением 3 х 3° в полосе обзора шириной 3100 км. Точность измерения концентрации при этом будет достигать 2%.

Камера КГИ-4, размещаемая на спутниках серии «Метеор- ЗМ», предназначена для исследования потоков частиц и электромагнитного излучения.

Аппаратура изучения потоков солнечного излучения ИСП устанавливается на двух последних космический аппаратах серии «Метеор» третьего поколения «Метеор-3-7, -8» и на спутниках четвертого поколения типа «Метеор-ЗМ». Аппаратура обеспечивает анализ излучений в широком диапазоне спектра от 0.1 до 100 мкм.

Аппаратура «Климат» используется для получения изображений облачного покрова Земли, снежных и ледовых полей, измерения температуры поверхности моря. Съемка осуществляется в тепловом инфракрасном диапазоне спектра 10.5--12.5 мкм с пространственным разрешением в надире 3x3 км. Полоса обзора составляет при этом 3100 км.

Аппаратура «Климат-2» устанавливается на спутниках «Метеор- ЗМ» нового поколения и обеспечивает наблюдение поверхности суши в двух диапазонах спектра: 0.65-1.0 и 10.5-12.5 мкм. Съемка осуществляется в полосе обзора 3000 км с разрешением 1 км.

Аппаратура микроволнового зондирования МЗОАС обеспечивает определение влагосодержания облаков и снежного покрова, измерение температуры морской поверхности, снежных и ледовых полей. В аппаратуре предусмотрено 10 измерительных каналов, работающих на частотах 6, 11, 19, 22, 35 и 94 ГГц, Пространственное разрешение в полосе обзора 1500 км составляет 160, 80, 40, 36, 22 и 9 км, соответственно.

Аппаратура микроволнового зондирования МИВЗА предназначена для определения влажности атмосферы. Зондирование осуществляется на частотах 20, 35 и 94 ГГц при этом в полосе обзора шириной 1500 км обеспечивается разрешение 80, 55 и 20 км, соответственно. Характеристики усовершенствованной аппаратуры микроволнового зондирования атмосферы МИВЗА-М, которую помимо спутников серии «Метеор-ЗМ» планируется устанавливать также на космическом аппарате «Ресурс-02».

Радиометр МР-2000 обеспечивает получение изображений облачного покрова Земли, снежных и ледовых полей в полосе обзора 2600 км с пространственным разрешением в надире 1 км. Съемка осуществляется в видимом диапазоне спектра 0.5--0.8 мкм. На модернизированном радиометре МР-2000М с разрешением 0.7 х 1.4 км ширина полосы обзора увеличена до 3100 км, что позволяет производить 5--7-кратную ежедневную съемку заданного участка на широтах выше 20--30°.

Радиометр МР-900 предназначен для съемки облачного покрова, снежных и ледовых полей в видимом участке спектра 0.5--0.8 мкм с разрешением 2 км в полосе обзора шириной 2100 км, что соответствует сектору обзора 90°. В модернизированном радиометре МР-900Б улучшено пространственное разрешение до 2 х 1 км одновременно с увеличением ширины полосы обзора до 2600 км.

Многоспектральный радиометр МСР предназначен для построения изображений поверхности Земли в видимом, ближнем ИК и тепловых И К диапазонах спектра и имеет следующие технические характеристики:

• рабочие диапазоны: 0.5--0.7, 0.8--1.0, 10.4-11.3 и 11.5-12.5 мкм;

• пространственное разрешение: 1 км;

• радиометрическая точность в тепловых ИК-диапазонах: 0.15 К;

• ширина полосы обзора: 2700 км;

• скорость выдачи информации ДЗЗ: 1.3 Мбит/с.

Аппаратура микроволнового зондирования для измерения температурных профилей МТЗА представляет собой 15-канальный зондировщик с рабочими частотами: 20, 35, 52.28, 52.85, 53.33, 54.4, 55.45 и 56.968 ГГц. В полосе обзора 1500 км на разных частотах обеспечивается пространственное разрешение соответственно от 80 до 20 км.

Радиационно-магнитометрический комплекс РМК-2 устанавливается на спутниках «Метеор» второго и третьего поколений и предназначен для исследования потоков заряженных частиц и электромагнитного излучения, а также для определения характеристики магнитного поля Земли.

Спектрометр СФМ-2 предназначен для измерения профилей концентрации озона в ультрафиолетовом участке спектра 0.26--0.40 мкм с угловым разрешением 40 х 10°.

Экспериментальное оборудование SAGE III (Stratospheric Aerosol and Gas Experiment) разработано исследовательским центром космического агентства NASA в Langley и предназначено для изучения профиля озонового слоя, анализа содержания в атмосфере водяного пара N0₂, ОСЮ и аэрозолей, а также измерения температуры и атмосферного давления. Прибор обеспечивает съемку в диапазоне 0.29--1.55 мкм с пространственном разрешением 1--2 км. Передача данных осуществляется со скоростью 100 кбит/с в течение 24 мин на каждом витке.

Кроме того, на космических аппаратах серии «Метеор» устанавливаются сканер для изучения радиационного баланса Земли ScaRab французской разработки, система точного измерения параметров орбиты PRARE немецкого космического агентства DARA и спектрометр для изучения озонового слоя Земли TOMS агентства NASA. Размещение аппаратуры ДЗЗ иностранного производства на отечественных спутниках системы «МЕТЕОР» практикуется с 1991 г., когда на ИСЗ «Метеор-3-5» был впервые установлен спектрометр TOMS. Передача данных с аппаратуры TOMS ежесуточно осуществлялась на приемные станции, расположенные в Wallops и Обнинске.

На спутниках первого поколения сброс метеоданных осуществлялся только при пролете в зонах радиовидимости пунктов приема в Москве, Новосибирске и Хабаровске. Начиная с запущенного в 1971 г. ИСЗ «Метеор-1-10» данные стали передаваться массовым потребителям в стандартном режиме APT (Automatic Picture Transmission, табл. 9). Передача информации в этом режиме осуществляется непрерывно, однако при пролете спутника над теневой стороной Земли трансляция снимков, полученных в видимом участке спектра, прекращается.

Прием высокоскоростной гелиогеофизической информации производится в оперативных центрах приема и обработки данных Росгидромета в Москве, Хабаровске и Новосибирске.

5. Общая характеристика программы EOS

В рамках программы EOS предполагается в течение 15 лет осуществлять всесторонние исследования атмосферы, океанов, криосферы, биосферы и поверхности суши, а также выполнить ряд экспериментов, связанных с изучением особенностей энергетического баланса планеты, глобального водооборота и биогеохимического цикла. При этом в ходе программы будут фиксироваться происходящие глобальные изменения, выявляться ключевые процессы, регулирующие состояние окружающей природной среды, а также совершенствоваться модели, позволяющие изучать и прогнозировать эти изменения.

Работы по программе EOS осуществляются по трем основным направлениям: развитие научных отраслей, связанных с изучением протекающих на планете глобальных естественных и антропогенных процессов (EOS Science); создание глобальной информационной системы (EOSDIS); а также последовательный вывод на орбиту космических аппаратов серии EOS (EOS Flights).

Информационная система EOSDIS (EOS Data and Information System) создается на основе глобальной вычислительной сети, предназначенной для обработки, архивирования, распределения, моделирования и интерпретации спутниковых данных дистанционного зондирования, а также для планирования работы и управления космическими аппаратами серии EOS и их целевой аппаратурой. Основу системы EOSDIS будут составлять 8 распределенных архивных центров DAAC (Distributed Active Archive Centres, табл. 10), обеспечивающих обработку и архивирование данных, поступающих со спутников серии EOS и от некоторых других источников.

В соответствии с программой EOS космические аппараты с различным составом целевой аппаратуры последовательно выводятся на орбиты таким образом (табл. 11), чтобы обеспечить непрерывное поступление всех данных, необходимых для проведения исследований. Состав приборов дистанционного зондирования, запланированный к размещению на спутниках системы EOS, приводится в табл. 12.

Таблица 10 Архивные центры системы EOSDIS

Наименование центра	Специализация
Исследовательский центр NASA и м. Годдарда	состояние верхних слоев атмосферы, динамика атмосферы, глобальныйгеофизический мониторинг и изучение состояния биосферы
Лаборатория реактивного движения	океанские течения и изучение взаимодействия океана и атмосферы
Исследовательский центр NASA в Langley	энергетический баланс планеты, контроль концентрации атмосферных аэрозолей и химического состава тропосферы
Национальный информационный центр по изучению снежного и ледового покровов	сбор и обработка информации о состоянии криосферы, исключая данные, полученные при помощи РЛС с синтезированной апертурой антенны

Подобные документы

• Перспективы развития мониторинга земель

  Программные и технические средства, используемые в процессе мониторинга земель, оценка их эффективности. Дистанционное зондирование: аэрофото- космическая съемка. Геостатика и гис-технологии. Картографирование почв и организация ведения их мониторинга.
  
  курсовая работа [35,3 K], добавлен 19.12.2015
  

• Парниковый эффект

  Глобальный экологический кризис. Увеличение в атмосфере концентраций углекислого газа, метана и других парниковых газов. Нарушение радиационного баланса атмосферы. Накопление аэрозолей в атмосфере, разрушение озонового слоя.
  
  реферат [14,1 K], добавлен 25.10.2006
  

• Методы измерения содержания аэрозолей в атмосфере

  Аэрозоли, их источники и классификация. Исследование газового состава атмосферы и атмосферных примесей, их долговременных изменений и возможных последствий для окружающей среды и климата Земли. Воздействие аэрозолей на облако- и осадкообразование.
  
  реферат [448,7 K], добавлен 23.02.2015
  

• Воздушная оболочка Земли

  Состав и строение атмосферы. Основные источники тепла, нагревающие земную поверхность и атмосферу и температура воздуха. Вода в атмосфере, образование облаков и осадки. Давление атмосферы, ветры, их виды. Погода и ее прогнозирование. Понятие о климате.
  
  реферат [1,9 M], добавлен 15.08.2010
  

• Состав атмосферы

  Газы, которые входят в состав атмосферы; их процентное содержание в атмосфере и их время жизни. Роль и значение в жизни различных экосистем кислорода, азота и углекислого газа. Защита озоном живых организмов от вредного ультрафиолетового излучения.
  
  реферат [173,1 K], добавлен 27.03.2014
  

• Лидары и надиры в изучении атмосферы

  Спонтанное комбинационное рассеяние. Методы дистанционного обнаружения атомов и молекул, измерения их концентрации и температуры, основанные на использовании СКР света. Принцип работы лидара. Применение комбинационных лидаров для исследования атмосферы.
  
  курсовая работа [975,1 K], добавлен 27.12.2009
  

• Экологические последствия загрязнения атмосферы

  Атмосферный воздух, важнейшая жизнеобеспечивающая природная среда, представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы. Масса атмосферы нашей планеты. Газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара.
  
  контрольная работа [155,1 K], добавлен 01.02.2009
  

• Современные методы оценки воздействия на окружающую среду и экологической экспертизы

  Современные методы сбора и обработки данных космического зондирования. Методы экономического анализа. Анкетирование в экологическом аудите. Разработка альтернативных сценариев. Техника мозгового штурма. Достоинства метода экологического картирования.
  
  презентация [2,2 M], добавлен 10.02.2014
  

• Влияние интегральных характеристик атмосферы на вымывание аэрозольных примесей из конвективных облаков

  Теоретические основы о конвективных облаках, осадкообразовании, численной модели облака, параметрах атмосферы. Анализ полученных данных радиозондирования атмосферы и подготовка их к проведению расчетов с помощью численной модели конвективного облака.
  
  дипломная работа [2,0 M], добавлен 10.06.2012
  

• Влияние климатических характеристик на рассеивание вредных веществ в атмосфере на территории Иркутской области

  Физико-географическое описание Иркутской области, климатическая характеристика. Оценка влияния метеорологических условий на рассеяние примесей в атмосфере. Оценка состояния загрязнения атмосферы в области. Влияние загрязнения атмосферы на здоровье.
  
  курсовая работа [33,6 K], добавлен 04.12.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам