Посвящение в радиоэлектронику - Страница 97

Проблему решают метеорологические спутники серий «Метеор» (СССР), «Нимбус» (США), и др. Взгляд сверху с большой высоты позволяет прежде всего получать совершенно точное распределение облачности по огромным территориям. Облачность очень хорошо отображает атмосферные процессы: фронты, циклоны, воздушные течения. Датчики ИК излучения, установленные на спутнике, дают картину теплового баланса планеты, что позволяет заранее обнаруживать очаги возникновения циклонов, ураганов, конфигурацию морских течений, «отапливающих» побережья. Подсчитано, что годовой выигрыш хозяйства страны только за счет долгосрочных прогнозов погоды для транспорта, контроля водных ресурсов, борьбы с паводками и наводнениями, своевременного получения штормовых предупреждений в четырнадцатикратном размере превышает расходы на создание и эксплуатацию метеорологических спутников.

Мы уже привыкли, слушая сводку погоды, встречать сообщения о том, что сведения получены со спутника «Метеор», и знаем, что сведения эти достоверные. В околоземном пространстве работает несколько метеорологических станций «Метеор-2», относящихся ко второму поколению спутников погоды. С их борта передаются данные о распределении облачности, ледового и снежного покровов на земном шаре, глобальные данные о температурных полях и высотах верхней границы облаков, температуре водной поверхности.

Передача ведется по двум радиолиниям. По одной из них, работающей в диапазоне 460…470 МГц, передается поток комплексной метеорологической и радиометрической информации, по другой, в диапазоне 137…138 МГц, ведется непосредственная передача локальных телевизионных изображений. Прием глобальной информации осуществляется на наземных центрах в Москве, Новосибирске и Хабаровске. Имеется и большая сеть автономных приемных пунктов, которые могут находиться в любом пункте страны и даже на судах в море. На них можно получить телевизионное изображение текущего состояния облачного, ледового и снежного покровов в режиме непосредственной передачи при пролете спутника через зону радиовидимости из данного приемного пункта. Все эти данные, разумеется, могут быть приняты и на зарубежных пунктах приема! Основные же массивы глобальной информации подвергаются обработке в наземных центрах. Обработка предусматривает коррекцию геометрических и других нелинейных искажений снимков, их географическую и временную привязку изображений к районам съемки. Изображения, полученные от точных сканирующих устройств с калибровочными сигналами, фотометрируются, преобразуются в цифровую форму и направляются в память ЭВМ.

После первичной обработки массивы информации объемом в сотни миллионов бит выдаются специалистам различных направлений для целевой или вторичной обработки. Метеорологи извлекают из нее данные для прогнозов погоды, гидрологи для контроля паводков, наполнения водохранилищ, определения границы таяния снегов, лесники для контроля за лесными пожарами, и т. д.

Метеорологические спутники непрерывно совершенствуются. Их аппаратура пополняется СВЧ устройствами для всепогодного наблюдения ледового и снежного покровов, определения влагосодержания облачности, обнаружения зон осадков, а также другими полезными приборами. Как же устроены столь полезные помощники метеорологов? На рисунке показан один из метеорологических спутников. Большие панели солнечных элементов устанавливаются перпендикулярно направлению на Солнце и обеспечивают электропитание аппаратуры и подзаряд аккумуляторов, включаемых в работу на ночной стороне Земли. Число элементов более 10000, а мощность энергетической установки около 0,5 кВт. В нижней части конструкции размещена платформа с аппаратурой. Система ориентации с ИК датчиками горизонта всегда разворачивает спутник так, чтобы платформа была обращена к Земле.

Метеорологический спутник:

_{1 — антенна; 2 — телевизионная камера; 3 — инфракрасный интерференционный спектрометр; 4 — радиометр, регистрирующий излучение от верхней части облаков; 5 — ультрафиолетовый спектрометр обратного рассеивания; 6 — радиометр для измерений над освещенной и теневой сторонами Земли; 7 — спектрометр с фильтром и фотометрическим клином; 8 — инфракрасный спектрометр; 9 — детектор ультрафиолетового излучения Солнца; 10 — радиометры с ограничителями избирательного действия}

Спутник выводится на приполярную круговую орбиту высотой 1100 км и наклонением к плоскости экватора 80°. С этой орбиты спутник дважды за сутки «осматривает» практически всю поверхность Земли, ведь плоскость орбиты в пространстве сохраняет ориентацию, а Земля поворачивается в соответствии с суточным вращением вокруг оси.

Основное оборудование спутника — три телевизионные камеры с разрешающей способностью на поверхности Земли 900 м. Сигналы камер записываются на бортовой видеомагнитофон и передаются на Землю при пролете спутника в зоне радиовидимости со станции сложения. Четвертая телевизионная камера с худшей разрешающей способностью (3,2 км) непрерывно передает изображение Земли для любых возможных пользователей. В ночное время изображение облачного покрова Земли получают сканирующим ИК радиометром, работающим в диапазоне длин волн 3,4…4,2 мкм. Всего же на спутнике установлено 11 различных метеорологических приборов. Полный объем информации, «сбрасываемой» за один сеанс связи со спутником, может достигать 150 Мбит.

Расположение спутников системы «Метеор» на орбите (спутник слева ведет телевизионную, спутник справа инфракрасную съемку).

Перед прогнозом погоды в последних известиях по телевидению и радио иногда сообщают и о стихийных бедствиях, авариях судов и самолетов. Несмотря на наличие самых современных технических средств навигации, число аварий остается значительным: ежегодно в результате кораблекрушений, столкновений и пожаров гибнут сотни судов. Спасение терпящих бедствие остается важнейшей межгосударственной задачей. И здесь свой немалый вклад вносит космическая радиоэлектроника. Запуском советского ИСЗ «Космос-1383» 30 июня 1982 года завершился первый этап создания космической системы поиска аварийных судов и самолетов. Она названа по начальным буквам слов — КОСПАС. Параллельно в США, Канаде и Франции создана аналогичная спутниковая система САРСАТ. Оба проекта объединяются в совместную систему КОСПАС-САРСАТ. Как же действует эта система?

Спутники помогают в обнаружении кораблекрушений.

Каждое судно, самолет или другой объект оснащаются небольшими аварийными радиопередатчиками, работающими на специально отведенных для этой цели частотах 121,5 и 406 МГц метрового и дециметрового диапазонов волн. Передатчик включается в случае аварии и автоматически посылает сигнал бедствия на один из ИСЗ, периодически появляющихся в зоне радиовидимости из любой точки поверхности планеты. Принятый спутником сигнал некоторое время хранится в бортовом запоминающем устройстве и при пролете спутника над пунктом приема информации «сбрасывается» уже на частоте линии связи со спутником 1544.5 МГц. Пункты приема, оснащенные отечественной аппаратурой, развернуты в Москве, Архангельске, Владивостоке и Новосибирске. Пункты соединены каналами связи с координационным центром КОСПАС. В его функции входят обработка данных и оповещение поисково-спасательных служб соответствующих стран.

Одновременно с приемом сигнала с ИСЗ определяются и координаты терпящего бедствие объекта, что и обеспечивает быстрое и эффективное оказание помощи. Простейшие аварийные радиобуи АРБ-121,5 передают в эфир немодулированный сигнал на частоте 121,5 МГц. Таких буев установлено уже несколько сотен тысяч. Даже смодулированного сигнала достаточно, чтобы бортовая спутниковая аппаратура определила координаты буя с точностью до 20 км по доплеровскому сдвигу частот. Этого вполне достаточно, поскольку бортовые приемники-пеленгаторы поисковых судов и самолетов могут принять сигнал буя с расстояния в 30 км. Более совершенно устройство радиобуя АРБ-406. Он оснащен двумя передатчиками, один из которых на частоте 406 МГц посылает сигнал на спутник, а другой, работающий на частоте 121,5 МГЦ, служит «приводным маяком» для пеленгаторов спасательных средств. На радиобуе имеется и запоминающее устройство, хранящее основную информацию: название судна, государственную принадлежность, координаты, характер аварии. Эта информация передается на ИСЗ и далее — в координационный центр.