Реферат: Влияние космоса на современные информационные технологии
<span Times New Roman",«serif»">ВСТУПЛЕНИЕ
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Освоениекосмоса, космические исследования относятся к одному из основных направленийнаучно-технической революции. Рассмотрение этого направления втехнико-экономическом аспекте представит определенный интерес дляспециалистов, разрабатывающих международные программы сотрудничества в областиэкономики, науки и техники.
<span Times New Roman",«serif»">Вэтой работе показаны некоторые технико-экономические и научные предпосылкисоздания ряда космических систем. Рассматриваются условия наблюдения природныхобразований из космоса, обсуждаются методы и средства дистанционного зондированияпри исследовании природных ресурсов и окружающей среды. Кроме того, приводятсясведения о решении ряда других задач (связь, геодезия и т. д.) с помощьюкосмических систем.
<span Times New Roman",«serif»">Искусственныеспутники Земли, обладая такими особенностями, как возможностью находиться взоне прямой видимости со значительных территорий поверхности Земли,высокой скоростью перемещения ирегулярностью движения, позволяют эффективно решать важныенароднохозяйственные задачи: определение координат (геодезия и навигация),передача информации (телевидение, радиовещание, телефонная и телеграфнаясвязь), наблюдение за Землей(исследование природных ресурсов и окружающей среды), изучение и контрольпроцессов в атмосфере.
<span Times New Roman",«serif»">Большойпрактический интерес, в частности, представляет вынесение в космос, например наорбиты искусственных спутников Земли или на Луну, частипроизводственно-технических комплексов. На Луну могут быть вынесены вредные,горнодобывающие, энергоемкие виды производства. В условиях космическогополета (невесомость, вакуум) могут производиться крупные кристаллы, композитныематериалы, уникальная оптика, сверхчистые химические и лекарственные препаратыи многое другое. Особое значение в ближайшем будущем будет иметь вынос запределы Земли вредных, вторично не перерабатываемых отходов производства.
<span Times New Roman",«serif»">Техническиехарактеристики ракетно-космических систем, а также успехи в созданиирадиоэлектронной и оптико-механической аппаратуры позволили приступить уже внаши дни к решению конкретных задач. Среди них особо важное значение имеютзадачи, связанные с разносторонним и комплексным исследованием природных ресурсовЗемли и окружающей среды. Это объясняется по крайней мере двумя главнымиобстоятельствами. Первое из них связано со все расширяющейся (причем запоследние годы темпы растут лавинообразно) хозяйственной деятельностью человекана нашей планете, требующей форсированной разработки природных ресурсов,второе— со все более существеннымвлиянием человека и его производственной деятельности на природную среду. Еслив прежние годы вопрос стоял о том, чтобы в минимальной степени влиять наэкологическую систему планеты, другими словами, не нарушать равновесия вприроде, то теперь мы вынуждены на основании глубокого изучения биосферыизменять эти условия, но таким образом, чтобы сохранить природную среду всостоянии, пригодном для комфортной жизни человека. Решать такие глобальныезадачи возможно только с помощью космонавтики.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Использованиекосмической техники существенно повысило эффективность системы связи,позволило связать между собой всеуголки земного шара, дало возможность широко использовать самые информативные,короткие волны, на которых работает телевидение. Дальняя радиосвязь с помощьюобычных радиостанций осуществима на сравнительно малоинформативном диапазонерадиоволн длиной от 200 до10 м. В этом диапазоне, например, можноодновременно осуществлять примерно несколько тысяч разговоров. Это мало. Болеекороткие радиоволны— от10 м до2см— существенно более информативны, нопрямолинейность распространения этих волн (они не задерживаются ионосферой) делает невозможным их использованиедля глобальной радиосвязи с помощью обычных наземных радиопередающих средств. Болеетого, даже в том диапазоне, которым пользуются наземные средстве, не удаетсясоздать высококачественной связи, так как радиосигналы, многократно отражаясьот ионосферы и Земли, претерпевают заметные изменения в зависимости отсостояния атмосферы. Довольно частой ситуацией является полное нарушениесвязи на несколько суток при так называемых магнитных бурях, вызванных солнечнойактивностью. Все это ограничивает качество и надежность глобальной радиосвязи.
<span Times New Roman",«serif»">Новыевозможности для повышения качества, оперативности и надежности связи открылисьс запуском искусственных спутников Земли. Находясь в поле прямойрадиовидимости большого числа удаленных друг от друга наземных пунктов, спутникпозволяет объединить их сетью космической связи. В этом случае благодаряпрямой видимости спутника с наземных пунктов используются информативные,короткие волны, что обеспечивает надежную и высокоэкономичную передачу большогообъема информации на дальние расстояния.
<span Times New Roman",«serif»">Использованиеискусственных спутников Земли в системесвязи основывается на ретрансляции отражающей поверхностью или аппаратуройспутника сигналов от передающих наземных станций к приемным. В первом случаеретрансляция называется пассивной, во втором—активной. При пассивной ретрансляции используется большая площадь отражающей поверхности спутника, котораярассеивает падающую на него часть энергии радиоволн, а наземная приемнаярадиостанция принимает часть рассеянной спутником энергии. Пассивные спутникипередают сигналы без задержки (вреальном масштабе времени), т. е. обеспечивают мгновенную ретрансляцию.
<span Times New Roman",«serif»">Такиеспутники отличаются простотой и малой стоимостью. Это могут быть надувныетонкостенные оболочки, не содержащие сложной специальной аппаратуры. Онинадежны в работе и могут служить весьма продолжительное время. Управлять ихработой предельно просто. Еще одним их преимуществом является возможностьодновременной и независимой ретрансляции через один спутник практическинеограниченного числа сигналов совершенно различных систем связи, соединяющихразные пункты (при условии, что системы работают на разных частотах).
<span Times New Roman",«serif»">Посхеме пассивной ретрансляции работали американские спутники серии «Эхо».Тонкостенная оболочка из металлизированных синтетических пленок имеласферическую форму диаметром30 м у «Эхо—1» и40м— у «Эхо—2».Экспериментальная эксплуатация этих спутников показала, что связь на их основенедостаточно эффективна. Это объясняется прежде всего слишком большимзатуханием сигнала. В связи с этим требуются большие мощности (около10 МВт) передающих станций и очень высокиечувствительности приемных наземных устройств.Это определяет сложность и высокую стоимость наземных станций и,следовательно, всей системы космической связи в целом, несмотря на относительнонебольшую стоимость самих спутников. Кроме того, слабость отраженных к Землесигналов обусловливает большие шумы и помехи, а следовательно, низкое качествосвязи. Все это заставило отказаться от создания в настоящее времяэксплуатационных систем связи на основе использования пассивных космическихретрансляторов.
<span Times New Roman",«serif»">Намногоболее перспективным оказался принцип построения космических систем связи наоснове активной ретрансляции сигналов. В этом случае аппаратура спутникапринимает радиосигналы с Земли, усиливает и затем вновь передает (ретранслирует)их на Землю. Наличие на спутнике специальной приемопередающей аппаратурыпозволяет существенно снизить мощность передающей и чувствительность приемной станции, работающих на Земле.Вызванное этим снижение стоимости наземных станций столь велико, что вполнеокупаются затраты на создание достаточно сложного спутника, его запуск ипоследующую эксплуатацию. Такая система космической связи рентабельнее системына основе пассивных ретрансляторов и более рентабельна, чем обычные наземные системысвязи. Оценки показывают, что, например, в ряде случаев подобная космическаясистема связи становится экономически более эффективной по сравнению с обычной наземной уже при дальностисвязи более200 км. Высокий уровеньмощности приходящего к Земле сигнала при его активной ретрансляции спутникомобусловливает высокое качество связи. Эти факторы определили использование длякосмической системы связи принципа активной ретрансляции сигналов.
<span Times New Roman",«serif»">Большимидостоинствами обладает космическая система связи со спутниками на такназываемой стационарной орбите, представляющей собой круговую экваториальнуюорбиту высотой около30 тыс. км. Такаяорбита характерна тем, что спутник на ней находится в неподвижном относительноповерхности Земли положении (в связи с равенством их угловых скоростейвращения). Со стационарной орбитыобеспечивается большая зона охвата поверхности. Один стационарный спутник можетобеспечить круглосуточную связь между пунктами, удаленными друг от друга нарасстояние около17 тыс. км, причем дляуменьшения потерь сигналов принимается, что спутник а крайних точках виден подуглом7,5°.
<span Times New Roman",«serif»">Весьдиапазон частот, ретранслируемых спутником связи, делится на поддиапазоны,называемые стволами, причем каждый ствол занимает полосу частот, необходимуюдля передачи одной телевизионной программы. Однако через него может передаватьсяне только телевизионная информация, но и, если необходимо, телефонная,телеграфная, фототелеграфная, радиовещательная. Так, например, через одинствол можно передавать одновременно до600телефонных разговоров. Чем большее количество стволов имеет связной спутник,тем более информативную связь он может обеспечить, том более «производительной»будет космическая система связи.
<span Times New Roman",«serif»">Всеобщийохват населения обширной территории телевидением с помощью наземных средствхотя в принципе и возможен, но сопряжен с большими материальными затратами, необходимымидля постройки уникальных телевизионных башен и линий радиорелейной связи. Приэтом при использовании кабельных линий приходится усиливать сигналы связичерез каждые6—10 км, а для связи порадиорелейным линиям необходимо через каждые40—60 км устанавливать сложные ретрансляционные станции. Для ихсоздания потребуются дефицитные строительные материалы и большая армия строителей,которые могли бы быть использованы на других работах. Время, необходимое дляввода в действие таких уникальных наземных сооружений, будет исчислятьсядесятилетиями. Кроме того, многоэлементность такой системы делает еемалонадежной, неоперативной и низкокачественной. Что же касается организациимежконтинентальных передач, то наземными средствами реализовать их черезокеан практически не представляется возможным. Такая задача под силу толькоспутниковым системам связи.
<span Times New Roman",«serif»">В1973 г. в СССР начал эксплуатироваться новыйспутник связи «Молния-2» с диапазоном частот4—6ГГц. Он предназначен для организации многоканальной телефонно-телеграфнойсвязи, передачи программ черно-белого или цветного телевидения на сеть системы«Орбита», а также для обеспечениямеждународного сотрудничества в области космической связи. В последующие годысовершенствовались как спутники, так и приемные станции. В Советском Союзе былизапущены спутники «Молния-3», «Радуга» и «Экран», которые должны войти впостоянную эксплуатацию в1975—1980 гг.,причем спутник «Экран», располагаясь на стационарной орбите, позволяет приниматьсигналы на недорогие малогабаритные наземные антенны коллективногопользования.
<span Times New Roman",«serif»">Системыкосмической связи обеспечивают решение национальных задач по удовлетворениювнутренних потребностей каждой страны и одновременно расширяют возможности международногообмена информацией.
<span Times New Roman",«serif»">Сегоднякосмические системы связи прочно вошли в жизнь. Десятки стран широко используютвозможности систем космической связи и телевидения, которые создалипредпосылки для обобщения и распространения информации в глобальном масштабе.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Множествопричин затрудняет точное предсказание погоды. В конечном счете практическивсе явления в атмосфере связаны с превращениями получаемой Землей солнечнойэнергии, но эти превращения столь многообразны и сложны, что их изучение,учет, а тем более прогнозирование представляют большие трудности. Связано этос неоднородностью атмосферы, ее подвижностью, разнообразностью рельефа ифизических свойств поверхности Земли, ее вращением, излучением тепла от Земли иатмосферы в космос. К границе земной атмосферы на каждый ее квадратный метрприходит от Солнца в течение минуты20ккал энергии. Около35% ее отражаетсяобратно в космос,15% поглощаетсяатмосферой и50% — поверхностью Земли.
<span Times New Roman",«serif»">Разнообразенхарактер солнечного излучения. Оно проявляется в виде радиоизлучения, инфракрасного,светового, ультрафиолетового,рентгеновского излучений, а также в виде потока заряженных частиц— электронов, протонов. Каждое изперечисленных излучений Солнца оказывает различное влияние на разные слоиатмосферы. При этом к поверхности Земли приходит в основном видимая частьизлучений Солнца.
<span Times New Roman",«serif»">Нагреваясь,Земля отдает тепло атмосфере. Теплоотдача происходит как при контакте воздухас поверхностью суши и воды, так и путем теплового излучения Земли. Атмосфераочень хорошо поглощает излучаемое Землей тепло. Большая подвижность атмосферыведет к быстрым перемещениям теплых масс воздуха вверх, а холодных вниз. Этойже причиной вызываются весьма значительные перемещения холодных масс изохлажденных районов Земли и теплых из районов с высокой температурой. ВращениеЗемли заставляет возникающие в северном полушарии потоки воздуха отклонятьсявправо, а в южном—влево от тех направлений,которые они имели бы в случае неподвижности земного шара. Это приводит кразвитию гигантских вихревых атмосферных образований—циклонов и антициклонов.
<span Times New Roman",«serif»">Вследствиетрения между земной поверхностью и перемещающейся воздушной массой и междуотдельными слоями воздуха отклоняющее воздействие вращения Земли на различныхвысотах сказывается по-разному. Оно возрастает с увеличением высоты. Например,непосредственно над поверхностью суши направление ветра изменяется до45—55°, а на уровне50 м — до90°. В результате совместного действия всехфакторов получается очень сложная картина распределения воздушных течений ватмосфере.
<span Times New Roman",«serif»">Такимобразом, для изучения погодообразующих процессов и прогнозирования погодынеобходимо всестороннее изучение самых разнообразных явлений в атмосфере Землии на ее поверхности, а также вкосмосе (в околоземном и дальнем,включая Солнце).
<span Times New Roman",«serif»">Делов том, что под действием коротковолновойрадиации «спокойного» Солнцаобразуется земная ионосфера. Этоизлучение также оказывает непосредственное влияние на молекулярный состав иплотность верхних слоев атмосферы, что в свою очередь определяет тепловойбаланс нижних ее слоев. Не менее важно влияние различных активных процессов всолнечной короне, наиболее известными из которых являются солнечные вспышки.
<span Times New Roman",«serif»">Проблемысолнечно-земных связей еще во многом ждут своего решения. Но уже сегодня ясно,что многие «спусковые механизмы» погодных явлений, происходящих на Земле, инициированыкосмическими причинами. Разнообразные спутники и межпланетные станцииприступили к систематическому изучению проблем солнечно-земной физики.
<span Times New Roman",«serif»">Дальнейшееразвитие техники и экономики предъявляет новые требования к метеорологии. Ещенедавно прогнозы погоды составляли для обеспечения хозяйственной деятельностиотносительно небольших районов. Теперь же с созданием регулярных авиалиний всамые отдаленные пункты нашей планеты, с организацией межконтинентальныхперелетов в Антарктиду, с развитием морского транспорта и распространением рыболовствана весь Мировой океан наиболее необходима полная информация огидрометеорологической обстановке и ее предстоящих изменениях в масштабе всейЗемли.
<span Times New Roman",«serif»">Уверенноепрогнозирование погоды на длительный срок требует создания теории общейциркуляции атмосферы, что невозможно без систематических метеорологическихнаблюдений на всей поверхности планеты. Однако существующие в настоящее времяоколо10 тыс. метеостанций на Земле непозволяют решить эту задачу. Они не могут дать информацию с огромныхпросторов океанов, их мало в труднодоступных районах суши, на ледяныхпросторах Арктики и Антарктики. Почти80%планеты остается «белым пятном» для метеорологии. Неконтролируемая частьатмосферы не только велика по размерам, но и расположена над районами,играющими важнейшую роль в формировании погодных явлений.
<span Times New Roman",«serif»">По-настоящемушироко удалось взглянуть на атмосферу только с помощью космических аппаратов:только метеорологический спутник, вооруженный специальной аппаратурой, непрерывноперемещаясь над Землей, может дать информацию о погоде на всей планете.
<span Times New Roman",«serif»">Измеряяс помощью бортовой аппаратуры спутника параметры излучения тепла различныхслоев атмосферы, можно получить богатый материал для изучения происходящих вней процессов. Кроме того, спутник может служить хорошим средством для сбораинформации с наземных метеорологических пунктов, разбросанных по всему земномушару. За время одного оборота вокруг Земли спутник собирает данные, которые в100 раз превышают информацию, поступающую совсех метеорологических станций, и, кроме того, дает сведения о погоде на тойчасти поверхности земного шара, которая является «белым пятном» дляметеорологов.
<span Times New Roman",«serif»">Такимобразом, космическая техника станет одним из самых эффективных средств вметеорологии, имеющих огромное экономическое значение. Уже первыеметеорологические спутники дали много ценной для хозяйственной практикиинформации. Так, например, «Космос-144», входивший в экспериментальнуюметеорологическую систему «Метеор», обнаружил, что от о. Врангеля до Беринговапролива океан очистился от льда. Это позволило начать навигацию по Северномуморскому пути на месяц раньше намеченного срока.
<span Times New Roman",«serif»">Обнаружениетайфунов и ураганов с помощью спутников стало обычным явлением. Так былиобнаружены ураганы «Бэтси», «Эстер», тайфуны «Ненси», «Памела», которые наносятогромные убытки хозяйству. Например, ураган «Агнес», обрушившийся навосточную часть США20—23 июня1972 г., унес118 жизней, а причиненный им материальный ущерб оценивается в три слишним миллиарда долларов. Объем осадков, выпавших на сушу во время урагана,составил около100 куб. км.
<span Times New Roman",«serif»">Ужесегодня эксплуатация метеорологических космических систем вносит серьезныйвклад в экономику, а в ближайшие годы он возрастает во много раз. Так,например, если метеорологические спутники позволят составлять надежный прогнозпогоды на пять суток вперед, то (по оценкам совета экономических экспертов припрезиденте США) ежегодно будет обеспечен следующий экономический эффект: всельском хозяйстве—2500 млн. долл., вназемном транспорте—100 млн.; в леснойпромышленности—45 млн.; в водномхозяйстве—3000 млн. долл. Таким образом,суммарный эффект в хозяйственных отраслях Соединенных Штатов от такой системысоставит около 6 млрд. долл. Для всего мира эта цифра возрастет во многораз.
<span Times New Roman",«serif»">Помнению зарубежных ученых, прогнозы погоды с достоверностью90—95% для всего земного шара на трое сутоквперед с помощью космической метеорологической системы обеспечат ежегоднуюэкономию около60 млрд. долл.
<span Times New Roman",«serif»">Длясоставления прогнозов Гидрометеослужбы СССР широко используются спутники«Метеор», на основе которых в1967 г.была создана метеорологическая космическая система. Она, по далеко не полным данным, позволяет сохранить ежегодноматериальные ценности на сумму около700млн. руб.
<span Times New Roman",«serif»">Метеорологическаясистема «Метеор» состоит из метеорологических спутников, находящихся наорбитах, наземного комплекса приема, обработки и распространения информации, атакже службы контроля состояния бортовых систем спутников и управления ими.
<span Times New Roman",«serif»">Метеорологическийспутник состоит из двух герметичных отсеков: приборного, находящегося в егонижней части и содержащего научную аппаратуру, и энергоаппаратурного, вкотором размещаются основные служебные системы. С этим отсеком конструктивносвязан механизм электропривода панелей солнечных батарей. Продольная осьспутника постоянно направлена к центру Земли. Спутник ориентирован также подвум другим осям, направленным вдоль траектории и перпендикулярно к плоскостиорбиты. Стабилизируется он с помощью электро-маховичной системы. Солнечныебатареи с помощью специальной системы ориентации и стабилизации постояннорасполагаются плоскостями панелей перпендикулярно солнечным лучам. Направлениеоси спутника контролируется датчиками теплового излучения Земли, а дляориентации солнечных батарей используются специальные фотоэлементы. Систематерморегулирования обеспечивает требуемый режим работы внутри спутника.
<span Times New Roman",«serif»">Метеорологическаяаппаратура спутника состоит в основном из телевизионной (ТВ), инфракрасной (ИК)и актинометрической (АК) систем. Она может работать циклами различной продолжительностии включается по заданной программе или по командам с Земли. ТВ и ИК снимкипозволяют выявить особенности структуры полей облачности, не доступные наблюдениямс наземной сети станций, и сделать выводы не только о положении, но и обэволюции соответствующих синоптических объектов и воздушных масс. Совместная ТВи ИК информация позволяет сделать более надежную оценку синоптической обстановки и характера развития атмосферных процессов.
<span Times New Roman",«serif»">АКаппаратура предназначена для измерения радиации, уходящей от Земли. В еесоставе имеются два сканирующих узко-секторных прибора, один— для диапазона0,3—3 мкм, а другой для диапазона3—30и8—12 мкм. Это позволяет исследоватьотражательные и излучательные свойства облаков и открытых участков земнойповерхности, а также радиационный баланс системы Земля—атмосфера.
<span Times New Roman",«serif»">Заодин оборот вокруг Земли спутник «Метеор» получает ТВ и ИК информацию стерритории около8% и о радиационныхпотоках—с20% площади земного шара.Система из двух спутников, находящихся на круговых околополярных орбитахвысотой около630 км, плоскости которыхпересекаются под углом95°, дает втечение суток информацию с половины поверхности Земли. При этом каждый израйонов планеты наблюдается с интервалом6ч.
<span Times New Roman",«serif»">ВСССР создана также наземная система сбора, обработки и распространенияметеоинформации, построенная на использовании электронно-вычислительных машин.Получаемая информация оформляется в виде снимков, на которые наносится сеткагеографических координат, свободных от перспективных искажений, приведенных кодному масштабу и удобных для сравнения с синоптическими картами. Результатыобработки данных АК аппаратуры представляются в виде цифровых карт савтоматически нанесенной на них сеткой координат и изолиниями. Полученнаяинформация используется для международного обмена. Уже в течение ряда летученые социалистических стран ведут в рамках программы «Интеркосмос» исследованияоблачности, радиационного и теплового баланса системы Земля— атмосфера по спутниковым данным. Врезультате этой работы специалисты Болгарии, Венгрии, ГДР, Румынии и СоветскогоСоюза создали совместную книгу «Использование данных о мезомасштабныхособенностях облачности в анализе погоды». Это издание имеет практическоезначение для оперативной работы синоптиков-прогнозистов. Большой практическийинтерес представляет также совместная работа ученых этих стран надусовершенствованием методов получения полей метеорологических элементов наоснове спутниковой информации. В ряде социалистических стран создаются бортовыеприборы, устанавливаемые на советских метеорологических спутниках, а такженаземная аппаратура для приема информации со спутников в режименепосредственной передачи.
<span Times New Roman",«serif»">Большиевозможности для оперативного наблюдения погодных явлений имеют пилотируемыекосмические корабли и станции, так как космонавт может немедленно датьсведения о тех или иных погодных явлениях, не дожидаясь специальной обработкиметеоинформации в наземном центре. В процессе полета космических кораблей«Союз» и орбитальных станций «Салют» был получен ряд ценных сведений,используемых в работе Гидрометцентра СССР.
<span Times New Roman",«serif»">Метеорологическиесистемы как в СССР, так и в других странах непрерывно совершенствуются. Можнопредполагать, что в будущем в метеорологическую систему войдут космическиеаппараты, расположенные на трех ярусах. Первый ярус составляет долговременныеобитаемые орбитальные станции. Они обеспечат визуальные наблюдения геосферы ибыстропротекающих метеорологических явлений, а также, приливов, обвалов,пыльных и песчаных бурь, цунами, ураганов, землетрясений. Второй ярус— это автоматические спутники типа «Метеор» наполярных и приполярных орбитах высотой1—1,5тыс. км. Основное их назначение—поставлять информацию, необходимую для численных методов прогнозирования погодыв глобальном и локальном масштабах, обеспечить наблюдение средне- и мелкомасштабныхпроцессов в атмосфере. Наконец, третий ярус— метеорологическиеспутники на орбитах высотой до36 тыс. кмдля непрерывного наблюдения динамических процессов в атмосфере Земли. Они дадуткартину общей циркуляции атмосферы. Кроме того, такая трехъяруснаяметеосистема будет получать дополнительную информацию о «погоде» в космосе откосмической службы Солнца и космоса. Суммируя всю эту информацию, ученыесмогут точнее предсказывать ход событий в атмосфере, познать закономерностипогодообразования, что позволит вплотную подойти к управлению погодой на нашейпланете и создаст предпосылки для преобразования природы на Земле в нужном длячеловечества направлении.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language: EN-US"><span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:EN-US">
<span Times New Roman",«serif»">ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВ В ГЕОДЕЗИИ И НАВИГАЦИИ
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Искусственныеспутники открыли новую эру в науке обизмерении Земли— эру космическойгеодезии. Они внесли в геодезию новое качество —глобальность; благодаря большим размерам зоны видимости поверхности Земли соспутника значительно упростилось создание геодезической основы для большихтерриторий, так как существенно сократилось необходимое количествопромежуточных этапов измерений. Так, если в классической геодезии среднее расстояниемежду определяемыми пунктами составляет10—30км, то в космической геодезии эти расстояния могут быть на два порядка больше (1—3 тыс. км). Тем самым упрощается передачагеодезических данных через водные пространства. Между материком и островами,рифами, архипелагами геодезическая связь может быть установлена при прямой ихвидимости со спутника непосредственно через него, без каких-либопромежуточных этапов, что способствует более высокой точности построениягеодезической сети.
<span Times New Roman",«serif»">Основнымметодом космической геодезии является одновременное наблюдение спутника сназемных пунктов. При этом измеряются самые разнообразные параметрыотносительно положения пунктов и спутников. Параметрами могут служитьдальность, скорость изменения дальности (или радиальная скорость), угловаяориентация линии визирования пункт—спутникв какой-либо системе координат, скорость изменения углов и т. д.Измерительные средства располагаются на наземных пунктах. На спутнике же размещаетсяаппаратура, обеспечивающая работу этих измерительных средств. Спутник— это вспомогательный маяк для проведенияизмерений относительно положения опорных пунктов, причем этот маяк может бытькак пассивным, так и активным. В первом случае спутник, освещенный солнцем илиимеющий специальную лампу-вспышку, фотографируется с наземных пунктов на фонезвездного неба.
<span Times New Roman",«serif»">Одновременностьнаблюдений спутника с нескольких пунктов обеспечивается специальнымсинхронизирующим устройством, которое по сигналам единого времени производитодновременное открывание и закрывание затворов фотокамер. Наличие нафотографии изображений звезд (в виде точек) и следа спутника в виде пунктирнойлинии позволяет путем графических измерений определить взаимное положениештрихов пунктирной линии, соответствующих положениям спутника, и ближайших кним точек, соответствующих звездам. Это дает возможность, зная положение звездпо звездному каталогу, определить координаты штрихов спутника или, точнее,угловую ориентацию линий визирования наблюдательный пункт—спутник. Совокупность угловых координат линиивизирования пункт—спутник позволяетопределить взаимную угловую ориентацию геодезических пунктов. Ориентация всейсети на поверхности Земли требует знания координат хотя бы одного пункта,определяемых классическими методами, и дальности до другого или координатдвух пунктов, называемых базисными. - Дляпреодоления неблагоприятных метеорологических условий при оптическихнаблюдениях спутника используются радиотехнические средства. В этом случаеспутник является как бы активным маяком. Применяются различные принципы измерений:эффект Доплера, смещение фаз радиосигналов спутника, принимаемых в различныхточках пункта, время распространения сигнала пункт—спутник—пункт и т. д.
<span Times New Roman",«serif»">Большиеперспективы в измерительной технике космической геодезии имеют оптическиеквантовые генераторы (лазеры). Они позволяют измерять дальность и радиальнуюскорость со значительно более высокой точностью, чем с помощью радиотехническихсредств. Таким образом, космическая геодезия позволит уточнить форму Земли— геоид, точно определить координаты любыхпунктов на поверхности нашей планеты, создать топографические карты на любыерайоны земной поверхности и определить параметры поля тяготения Земли.
<span Times New Roman",«serif»">Всеэто даст возможность морскому флоту определять очертания материков и получатьточные координаты островов, рифов, маяков и других морских объектов, авиации— определять координаты аэропортов, наземныхориентиров и станций наведения. Эти данные позволят выбирать наилучшие маршрутыдвижения и обеспечат надежность ибезопасность работы морского и воздушного транспорта.
<span Times New Roman",«serif»">Какизвестно, для прокладки курса корабля или самолета в каждый момент временинеобходимо точно знать их местоположение. Для этих целей служат различныенавигационные системы, которые обеспечивают вождение по заданным маршрутам. Сдавних времен в навигации использовались естественные ориентиры или поля:небесные светила, магнитное поле Земли и др. В последнее время большоераспространение получили радионавигационные системы, среди которых наиболеесовременными являются системы, использующие искусственные спутники Земли.
<span Times New Roman",«serif»">Спутникиобеспечивают навигационной системе глобальность. Всепогодность навигации в этомслучае достигается благодаря использованию радиосредств сверхвысокочастотногодиапазона.
<span Times New Roman",«serif»">Навигацияс использованием спутников основана на измерении параметров относительногоположения и движения навигируемого объекта и спутника. Такими параметрами могутслужить: расстояние (дальность), скорость изменения этого расстояния (радиальнаяскорость), угловая ориентация линии объект-спутник (линии визирования) вкакой-либо системе координат, скорость изменения этих углов и др.
<span Times New Roman",«serif»">Координатыспутника в моменты навигационных определений могут сообщаться кораблям (илисамолетам) при каждой навигации. Кроме того, на спутнике может устанавливатьсязапоминающее устройство, в которое закладываются данные о его прогнозируемомдвижении. Эта информация «сбрасывается» со спутника в процессе полета(периодически или по запросу с навигируемого объекта). Для упрощения процессаопределения координат объекта может быть составлен каталог эфемерид(параметров орбит) навигационных спутников на несколько месяцев или лет вперед.
<span Times New Roman",«serif»">Большоевлияние на прогнозирование движения спутника оказывают ошибки определенияэлементов орбиты, которые зависят прежде всего от точности работы наземныхизмерительных средств. Эти средства должны быть хорошо «привязаны» кгеодезической системе координат. Если этого не будет, то может произойти«сдвиг» координатной системы навигационного спутника относительногеодезической. А это приведет к сдвигу в определении положения навигируемогообъекта относительно геодезической системы, а следовательно, и к сдвигуотносительно земных ориентиров, что может вызвать катастрофические последствия.Геодезические спутники позволяют с высокой точностью осуществить привязкукоординат измерительных пунктов к геодезической системе.
<span Times New Roman",«serif»">Дляуспешной работы навигационных спутников имеет значение правильный выборпараметров их орбит. Необходимо обеспечить достаточную частоту видимостиспутника с навигируемых объектов. С этой точки зрения различные орбиты сильноотличаются друг от друга. Так, спутник, летящий по низкой полярной орбите«осматривает» всю Землю дважды в сутки, один раз на прямых, другой—на обратных витках. Точнее говоря, Земляотносительно движущегося по орбите спутника перемещается так, что с любой ееточки он может быть виден 2 раза в сутки.Чтобы обеспечить непрерывный обзор поверхности Земли со спутников, запускаемыхна полярные орбиты, т. е. для обеспечения видимости одного или более спутниковс корабля или самолета, находящегося в любой точке нашей планеты, необходимо наорбитах высотой200 км иметь160 спутников, а высотой1 тыс. км— 36спутников.
<span Times New Roman",«serif»">Созданиесистем космической навигации позво