2015-07-21
595
Экологические проблемы, наряду с такими, как энергетические, водные, продовольственные, относят к разряду глобальных. Известно, что промышленное освоение и интенсификация сельскохозяйственного производства во многих регионах мира сдерживаются именно нерешенностью экологических проблем, а затраты на предотвращениие неблагоприятных экологических последствий о туже реализованных хозяйственных проектов подчас превышают расходы на сами проекты и, конечно, в десятки и сотни раз больше того, во что обошлись бы предупредительные мероприятия, осуществить которые нужно было бы на стадиях изысканий или начальных этапах развития негативных явлений.
Поскольку изменения, вносимые человеком в природную среду, и экологические эффекты, порождаемые его деятельностью, имеют, по крайней мере, региональный, а часто и глобальный характер, без аэрокосмических средств наблюдения нельзя своевременно невыявить их, ни проследить их динамику, ни дать полной картины происходящего вокруг нас. Достаточно сказать, что, как показывают аэрокосмические снимки, воздействие хозяйственной активности людей заметно почти на 60% суши, а в некоторых зонах эта цифра достигает 98%. Надо еще учесть, что антропогенные изменения природной среды происходят на два-три порядка быстрее, чем природные, и уследить за ними уже невозможно. В наше время эффективно решить столь сложную задачу можно лишь единственным способом: регулярной съемкой земной поверхности с самолетов и спутников, то есть аэрокосмическим методом экологического мониторинга.
Аэрокосмический мониторинг.
|
|
|
2.1. Аэрокосмический мониторинг как дистанционный метод.
Система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников и спутниковых систем называется аэрокосмическим методом мониторинга.
Аэрокосмический мониторинг подразделяется на:
Ø Дистанционный мониторинг - совокупность авиационного и космического мониторингов. Иногда в это понятие включают слежение за средой с помощью приборов, установленных в труднодоступных местах Земли (в горах, на Крайнем Севере), показания которых передаются в центры наблюдения с помощью методов дальней передачи информации (по радио, проводам, через спутники и т. п.).
Ø Авиационный мониторинг осуществляют с самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов (включая парящие воздушные шары и т. п.), не поднимающихся на космические высоты (в основном из пределов тропосферы).
Космический мониторинг - мониторинг с помощью космических средств наблюдения.
- методы морского (наводного) и наземного базирования
Оперативное слежение и контроль за состоянием окружающей среды и отдельных ее компонентов по материалам дистанционного зондирования и картам называют аэрокосмическим (или картографо-аэрокосмическим) мониторингом. Аэрокосмический мониторинг позволяет одновременно получать объективную информацию и оперативно выполнять картографирование территории практически на любом уровне территориального деления: страна - область - район - группа хозяйств (землепользование) - конкретное сельскохозяйственное угодье - культура.
Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые документы очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам. Все зависит от вида и высоты съемки, применяемой аппаратуры, а также от природных особенностей местности, атмосферных условий и т.п. Главные качества дистанционных изображений, особенно полезные для составления карт, - это их высокая детальность, одновременный охват обширных пространств, возможность получения повторных снимков и изучения труднодоступных территорий. Снимки дают интегрированное и вместе с тем генерализованное изображение всех элементов земной поверхности, что позволяет видеть их структуру и связи. Благодаря этому данные дистанционного зондирования нашли в картографии разнообразное применение: их используют для составления и оперативного обновления топографических и тематических карт, картографирования малоизученных и труднодоступных районов (например, высокогорий). Наконец, аэро- и космические снимки служат источниками для создания общегеографических и тематических фотокарт.
Существует несколько основных направлений применения материалов дистанционного зондирования в целях картографирования:
Ø составление новых топографических и тематических карт;
Ø исправление и обновление существующих карт;
Ø создание фотокарт, фотоблок-диаграмм и других комбинированных фото картографических моделей;
Ø составление оперативных карт и мониторинг.
Составление оперативных карт - это один из важных видов использования космических материалов. Для этого проводят быструю автоматическую обработку поступающих дистанционных данных и преобразование их в картографический формат. Наиболее известны оперативные метеорологические карты. В оперативном режиме и даже в реальном масштабе времени можно составлять карты лесных пожаров, наводнений, развития неблагоприятных экологических ситуаций и других опасных природных явлений. Космофотокарты применяют для слежения за созреванием сельскохозяйственных посевов и прогноза урожая, наблюдения за становлением и сходом снежного покрова на обширных пространствах и тому подобными ситуациями, сезонной динамикой морских льдов.
Мониторинг предполагает не только наблюдение за процессом или явлением, но также его оценку, прогноз распространения и развития, а кроме того - разработку системы мер по предотвращению опасных последствий или поддержанию благоприятных тенденций. Таким образом, оперативное картографирование становится средством контроля за развитием явлений и процессов и обеспечивает принятие управленческих решений.
|
|
|
2.2. Аэрокосмический мониторинг. Цели и задачи.
Спутниковыеданныепозволяютрешатьследующиезадачиконтролясо- стоянияокружающейсреды: • определение метеорологических характеристик: вертикальные профили температуры, интегральные характеристики влажности, характер облачности; • контроль динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт крупных стихийных бедствий; • определение температуры подстилающей поверхности, оперативный контроль и классификация загрязнений почвы и водной поверхности; • обнаружение крупных или постоянных выбросов промышленных предприятий; • контроль техногенного влияния на состояние лесопарковых зон; • обнаружение крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в лесах; • выявление тепловых аномалий и тепловых выбросов крупных производств и ТЭЦ в мегаполисах; • регистрация дымных шлейфов от труб; • мониторинг и прогноз сезонных паводков и разливов рек; • обнаружение и оценка масштабов зон крупных наводнений; • контроль динамикиснежныхпокрововизагрязненийснежногопокровавзонахвлиянияпромышлен- ныхпредприятий.Система аэрокосмического мониторинга позволяет регулярно и оперативно проводить:
Ø инвентаризацию земельного фонда земель сельскохозяйственного назначения;
Ø ведение земельного кадастра;
Ø уточнение карты землепользования;
Ø инвентаризацию селитебных земель, их инфраструктуры (городов, поселков, деревень, в том числе больших "неперспективных" и заброшенных);
Ø инвентаризацию земель мелиоративного фонда;
Ø оценку мелиоративного состояния земель и ведение динамического мелиоративного кадастра;
Ø подготовку и систематическое обновление каталогов земель, находящихся в фонде перераспределения;
Ø контроль над темпами освоения новых земель;
Ø разработку экологического обоснования природопользования в районах традиционного и нового сельскохозяйственного освоения;
Ø планирование рационального землепользования, проведение своевременной инвентаризации очагов (зон) дефляции, водной и ветровой эрозии, деградации почв и растительного покрова; Ø инвентаризацию земель, включенных в состав природоохранного, рекреационного и историко-культурного назначения, а также особо ценных земель;
Ø составление карт динамики природных и антропогенных процессов и явлений;
Ø составление прогнозных карт неблагоприятных процессов, активизирующихся в результате нерациональной хозяйственной деятельности;
Ø сопряжение картографической информации со статистическими данными.
Съемки ведут в видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфракрасной, радиоволновой и ультрафиолетовой зонах спектра. При этом снимки могут быть черно-белыми зональными и панхроматическими, цветными, цветными спектрозональными и даже - для лучшей различимости некоторых объектов - ложноцветными, т.е. выполненными в условных цветах. Следует отметить особые достоинства съемки в радиодиапазоне. Радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман. Ночная темнота тоже не помеха для съемки, она ведется при любой погоде и в любое время суток.
|
|
|
|
|
|
3. Основное техническое оснощение.
3.!. АППАРАТУРА ДЛЯ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Научная аппаратура модуля 77КСИ "Природа" "Алиса"
Научная аппаратура (НА) "Алиса" является лидаром (лазерным локатором атмосферных образований), установленным в модуле "Природа" и предназначенным для геофизических исследований из космоса:
· определения верхней границы облачного слоя;
· измерения вертикального распределения атмосферного аэрозоля;
· возможного измерения аэрозолей спорадического происхождения.
НА работает в комплексе с радиометром "Исток" и наземными станциями.
НА расположена в ПГО-3 модуля "Природа" и работает через иллюминатор №2. НА состоит из собственно лидара и системы охлаждения СВТ.
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Вертикальное разрешение, м | |
| Горизонтальное разрешение, м | |
| Длина волны излучателя, нм | |
| Частота импульсов, Гц | |
| Срок службы, час | 20-100 |
| Напряжение питания, В | |
| Рабочий ток, А | |
| Мощность СВТ, Вт | |
| Масса СВТ, кг | 42,7 |
| Ресурс СВТ, лет |
ДК-33
Прибор ДК-33 предназначен для измерения быстропеременных и стационарных полей яркости в спектральном диапазоне от 120 до 1100 нм и исследования их влияния на служебную и научную оптическую аппаратуру. В УФ-диапазоне такие измерения проводятся впервые.
Блеск отдельных частиц определяется по приведенной к полю зрения эквивалентной яркости фона. Целевым назначением прибора ДК-33 является фотометрический контроль состояния окружающей среды в зоне служебной и научной оптической аппаратуры и полезного груза на всех этапах НИ изделия.
Прибор четырехканальный; характеристики применяемых каналов приведены в таблице:
| № канала | Спектральный диапазон, нм | Диапазон яркостей, Вт/м*стр. |
| 120-180 | 10-7-10-2 | |
| 180-350 | 10-7-10-2 | |
| 350-600 | 7,5*10-7-7,5*10-2 | |
| 400-1100 | 7,5*10-7-7,5*10-1 |
Прибор состоит из двух блоков:
· приемного устройства (устанавливается снаружи);
· блока электроники (внутри ГО).
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания, В | |
| Время готовности к работе, мин | |
| Масса, кг | |
| Ресурс работы, час | |
| Время непрерывной работы, час | |
| Потребляемая мощность, Вт | |
| Диапазон рабочих температур, 0С | 0-40 |
"Икар-Дельта"
Радиометрический комплекс "Икар-Дельта" предназначен для измерения амплитудного и пространственного распределения собственного радиотеплового излучения земной поверхности в микроволновом диапазоне с целью определения следующих характеристик атмосферы, океана и суши:
· положения и изменчивости основных фронтальных зон Северной Атлантики: зоны течения системы Гольфстрим, Северо-Атлантического течения, струйных течений тропической зоны Атлантического океана;
· положения, интенсивности и направления перемещений крупномасштабных температурных аномалий, локализованных в верхних слоях океана;
· параметров снежного и ледового покрова;
· водозапасов облаков и интегральных параметров атмосферы;
· границ зон осадков;
· приводной скорости ветра;
· распределения температуры воздуха.
Состав комплекса.
· радиометр "Дельта-2П" 1шт.
· радиометр "Икар-ИП" 1 шт.
· радиометр поляризационный РП-225 3 шт.
· сканирующая двухполяризационная радиометрическая система Р-400 1 шт.
· радиометр РП-600 6 шт.
Технические характеристики:
| Наименование | Значение |
| Рабочие длины волн, см | 0,3/0,8/1,35/2,25/4/6 |
| Напряжение питания, В | |
| Мощность, ВА | |
| Время установления рабочего режима, мин | |
| Время непрерывной работы, час | |
| Ресурс, час | |
| Масса, кг |
"Индикатор"
Аппаратура "Индикатор" предназначена для контроля параметров собственной внешней атмосферы ОС. Аппаратура применяется для измерения плотности (общего давления) СВА, потока заряженных частиц и интенсивности набегающего потока.
Аппаратура "Индикатор" состоит из:
· блока входного преобразователя с собственным датчиком, установленным на внешней поверхности изделия;
· блока управления, установленного в ГО.
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Общие габариты БВП, мм | 270х130х160 |
| Масса БВП, кг | |
| Общие габариты БУ, мм | 204х200х140 |
| Масса БУ, кг | |
| Потребляемая мощность, Вт | |
| Время непрерывной работы, час | |
| Перерыв, час | |
| Ресурс, лет |
Ионозонд (Институт прикладной геофизики).
Ионозонд представляет собой комплекс бортовых и наземных средств для обеспечения глобального мониторинга околоземного космического пространства методом радиозондирования атмосферы Земли с низкоорбитальных пилотируемых объектов.
Состав аппаратуры:
· аппаратура Ионозонда на модуле "Природа";
· система телекоммуникационного контроля и управления "Сигма";
· наземные ионосферные станции в городах Ростов-на-Дону и Нарофоминск.
Назначение аппаратуры Ионозонда.
Предназначена для импульсного зондирования внешней атмосферы с целью получения оперативной информации о ее состоянии.
Управление аппаратурой Ионозонда и съем контрольной телеметрической информации осуществляется через ПЭВМ-КСИ и ПАО-КСИ из состава СТКУ "Сигма".
Состав аппаратуры Ионозонда:
1. аппаратура АИ 804:
- АИ 011 – приемопередатчик, предназначенный для формирования зондирующих сигналов и приема отраженного от ионосферы сигнала;
- АИ 502 – блок цифровой обработки, предназначенный для кодирования и преобразования информации с последующей передачей в СТКУ:
2. аналоговый передатчик СОРС-Д, работающий на частоте 137 МГц и предназначенный для передачи на Землю комплексного видеосигнала в аналоговом виде в зоне радиовидимости наземных ионостанций:
3. антенна Ионозонда.
Ограничения:
· время непрерывной работы не более 60 мин;
· перерыв в работе не менее 25 мин.
"Исток-1"
ИК спектрометрическая система "Исток-1" предназначена для измерения спектров собственного теплового излучения атмосферы и подстилающей поверхности при различных углах наблюдения, ИК спектров пропускания атмосферы и углов рефракции видимого излучения в режиме слежения за Солнцем для определения в составе атмосферы содержания озона, углекислого газа, паров воды, закиси азота, метана и азотной кислоты.
Состав КНА "Исток-1".
· инфракрасный спектрорадиометр (ИКСР)
· электронное визирующее устройство (ЭВУ)
· бортовое вычислительное устройство (БВУ)
· автоматически стабилизируемая платформа (АСП)
· калибровочный источник спектрорадиометра (КИС)
· контрольный источник ЭВУ
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Масса системы | 180 кг |
| Потребляемая мощность: | |
| ИКСР | 140 Вт |
| ЭВУ | 13 Вт |
| АСП | 180 Вт |
| БВУ | 25 Вт |
| Ресурс системы | 700 ч |
| Время непрерывной работы | 1,5 ч |
"МОЗ-Обзор"
Аппаратура "МОЗ-Обзор" предназначена для регистрации отраженного от поверхности Земли и атмосферы излучения Солнца в видимой и ближней ИК областях спектра с последующей передачей этой информации в виде цифровых массивов в ТМ систему.
Аппаратура может работать в ручном и автоматическом режимах.
Аппаратура "МОЗ-Обзор" состоит из следующих приборов:
· МОЗ - модульный оптико-электронный сканер, включающий в себя оптико-электронный блок, устанавливаемый на иллюминатор, зеркало, блок процессора и блок питания;
· БВУ "Обзор" - бортовое вычислительное устройство, предназначенное для взаимодействия с СУБК;
· ПУ "Обзор" - пульт ручного управления;
· К-1…К-16 - межблочные кабели.
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания, В | |
| Мощность, Вт | |
| Информативность, Кбит/с | |
| Ресурс, час | |
| Спектральный диапазон, нм | |
| МОЗ-А | 756-767 |
| МОЗ-Б | 408-1010 |
