Сегодня в 09:30 мск:Предполетная онлайн-конференция на Байконуре

РОСКОСМОС-СПОРТ

Новости

#Роскосмос#Русский космос#МКС#Эксперимент#РКК Энергия
04.11.2021 21:00

«Ураган» на орбите

Лесные пожары, таяние ледников, миграция птиц и животных, состояние мирового океана — эти и другие явления с успехом удается отслеживать и контролировать из космоса. Благодаря специальным приборам, установленным на космических аппаратах, ученые и спасатели имеют невероятную возможность держать в поле зрения любой фрагмент земной поверхности. Прежде чем технологии наблюдения появятся на спутниках, их нужно испытать и отработать на МКС. Для этого на российском сегменте проводится эксперимент «Ураган».

Михаил Юрьевич Беляев — доктор технических наук, профессор, заместитель руководителя Центра РКК «Энергия», заведующий кафедрой «Системы автоматического управления» космического факультета МГТУ имени Баумана. Специалист в области космических экспериментов, управления, математического моделирования и изучения Земли из космоса. Лауреат Государственной премии РФ в области науки и техники, заслуженный изобретатель России.

Идея с использованием орбитальных станций в качестве полигона для отработки технологий получения, хранения и сброса на Землю различной информации родилась еще в 1970-х годах. Если результаты были положительные, то прошедшая испытания аппаратура через некоторое время появлялась на спутниках. В начале нулевых Михаил Юрьевич Беляев, работавший в то время заместителем руководителя полетом МКС по планированию и исследованиям в РКК «Энергия», предложил вернуться к хорошо показавшей себя практике. Он «сколотил» инициативную группу, куда вошли представители ряда космических предприятий, а также университетов и МЧС. Эксперимент получил название «Ураган».

 

От ручной настройки к автоматике

Ранее на орбитальных станциях научная аппаратура жестко крепилась на корпусе и наводилась на исследуемые объекты путем разворота всего комплекса. Однако с МКС так не получалось из-за ее значительной массы и необходимости по этой причине поддерживать относительно постоянную ориентацию в полете. Поэтому первоначально в эксперименте «Ураган» применялись только ручные приборы (фотоаппараты и спектрометры с различными сменными объективами), которые космонавты нацеливали на объекты через иллюминаторы.

Такой способ ведения съемки нельзя назвать эффективным, и занимать рабочее время космонавтов подобными вещами не представлялось разумным. Поэтому решили переориентироваться на создание автоматических устройств. При этом космонавт устанавливает и настраивает аппаратуру, проверяет ее работу и, если все в норме, переключает в автономный режим.

Именно так на МКС работает бортовой компьютер и антенный комплекс эксперимента «Икарус». Этот приемо-передающий блок получает информацию с Земли — с нескольких сотен микродатчиков (тегов), закрепленных на спинах птиц. Кстати, наблюдая за перемещениями пернатых, можно решать действительно насущные, а не абстрактные задачи. Например, с высокой точностью обнаружить скопления саранчи и вовремя предпринять меры для ее уничтожения. Или строить прогноз распространения птичьего гриппа.

 

СОВА помогает

Для размещаемого оборудования на борту МКС создана автоматическая подвижная платформа наведения СОВА-1-426. Она установлена на внутренней стороне иллюминатора служебного модуля «Звезда». Система позволяет оператору на МКС через ноутбук и специальное программное обеспечение наводить на земные объекты различные видео-, фото- и спектральные приборы, закрепленные на платформе.

Но сами алгоритмы пишут не космонавты. Еще для станций «Салют» и «Мир» Михаил Беляев разработал методику, позволяющую получать научную информацию в максимальном объеме, но с минимальными поворотами всей станции. Под его руководством разрабатывались программы и для СОВы. Условно задачу можно сформулировать так: как посетить N городов, преодолев при этом минимальное расстояние?

Подвижная платформа значительно расширяет возможности Международной космической станции по исследованию планеты и ее атмосферы. Данные мониторинга позволяют оперативно оценить масштабы техногенных и природных катастроф. Система упрощает создание моделей развития потенциально опасных катаклизмов, таких как пожары, наводнения, цунами, движения ледников.

 

В разных спектрах

В эксперименте «Ураган» сейчас задействовано более 20 образцов оборудования и технических средств. Среди них — фотоспектральная и видеоспектральная системы, цифровые фотоаппараты, различные объективы, специальные кронштейны с датчиками угловых перемещений, лэптопы, приемо-передающие бортовые и наземные устройства.

Изучение природных явлений и объектов на поверхности Земли и в ее атмосфере выполняется в разных областях спектра электромагнитного излучения.

Например, видеоспектральная система работает в диапазоне 0.35–1.1 мкм и дает разрешение 50 м. Фотосъемки земной поверхности позволяют получать цветные изображения с разрешением до 2–3 м, что соответствует мировому уровню.

Иногда выявление какого-либо фактора в изучаемом явлении сигнализирует о предстоящем важном, возможно, катастрофическом, событии на Земле и требует подключения других приборов.

Михаил Беляев отмечает, что интеграция аппаратуры с бортом МКС является сложной научно-технической задачей, нередко сопоставимой по затратам с созданием самого научного оборудования. А для планирования наблюдений и интерпретации данных каждого прибора обычно требуется баллистическая информация. Кроме того, необходимы данные по ориентации и физическим условиям на МКС, позволяющие учесть различные помехи, например от влияния атмосферы.

 

Для точного прогноза

Эксперимент «Ураган» идет на борту МКС уже 20 лет. За это время накоплена огромная база данных о динамике таяния ледников, возникновении оползней, последствиях вулканической деятельности, обвалов, снежных лавин, природных и техногенных пожаров, наводнений, пылевых бурь и т. д.

Например, 23–25 апреля прошлого года благодаря «Урагану» был спрогнозирован метановый выброс из грязевых вулканов со дна Байкала, приведший к появлению рыхлого льда и незаметных проталин. Прогноз ученых дал возможность МЧС своевременно принять необходимые меры и избежать трагических последствий.

Космические снимки и спектрометрическая информация, полученные в ходе эксперимента, широко используются Институтом географии, Институтом космических исследований, Институтом проблем механики, МГТУ и другими. В прикладной сфере их применяет МЧС для предотвращения последствий стихийных бедствий, загрязнений атмосферы и водной поверхности в результате разливов сточных вод и нефтепродуктов.

Выводы, сделанные на основе результатов «Урагана», отражены в материалах научно-технических конференций, получены десятки патентов.

20 лет эксперимента позволили не только собрать огромный объем информации, но и, главное, отработать технические средства и методы наблюдения, которые будут использованы при создании автоматизированных спутниковых систем мониторинга и контроля земной поверхности.

Разработанные технологии позволят наблюдать ледники и определять их подвижки, оценивать развитие лесных пожаров, идентифицировать источники океанских кольцевых волн, исследовать вулканы и т. д. В разработке математических моделей для оценки развития потенциально опасных и катастрофических явлений участвуют ученые Института проблем механики РАН.

 

Благодаря эксперименту:

  • Отрабатывается аппаратура для наблюдения Земли и происходящих на ней процессов для последующего размещения на автоматических космических аппаратах;
  • выявляются и получают госзаказы лучшие производители данного оборудования;
  • создаются и отрабатываются методики и технологии решения важных задач, в том числе по оценке развития потенциально опасных и катастрофических явлений;
  • появляются образовательные проекты и курсы лекций.

Ближайшие перспективы

Эксперимент будет развиваться и дальше, уверен Михаил Беляев. По его словам, к отправке на МКС готовится научная аппаратура «Гиперспектрометр». Это оборудование изготовлено инженерами и конструкторами МФТИ и НПО «Лептон» по техзаданию корпорации «Энергия» и предназначено для съемки земной поверхности в спектральных диапазонах 0.43–0.9 мкм и 0.9–1.6 мкм. Обработка результатов будет проходить непосредственно на борту с участием космонавтов, что позволит более оперативно анализировать информацию, повысить качество планирования наблюдений и сократить потоки передаваемых на Землю данных.

С помощью аппаратуры «Гиперспектрометра» можно будет отслеживать состояние лесных угодий, контролировать сельскохозяйственные посевы, создавать карты концентрации хлорофилла в приповерхностных водах, а также выявлять участки наркотических растений среди других культур и т. д.

В рамках «Урагана» будет испытан еще один новый прибор — «Радиометр инфракрасный высокого разрешения», который создается «Российскими космическими системами». «Он изготавливается с учетом высоты орбиты МКС и позволит получать информацию выше мирового уровня, — рассказал Михаил Юрьевич. — С помощью этого прибора, работающего в инфракрасном диапазоне, можно будет обнаружить даже загоревшееся на Земле дерево».

Получаемая информация будет востребована Федеральной службой охраны леса, МЧС, экологическими и природоохранными ведомствами, службами геологоразведки, региональными, отраслевыми и частными организациями.

В рамках эксперимента «Ураган» будет отработан первый летный образец прибора в целях дальнейшего использования в различных автоматических аппаратах дистанционного зондирования Земли.

Игорь Маринин, Русский космос

 

Сообщить об ошибке в тексте

Фрагмент текста с ошибкой:

Правильный вариант:

При обнаружении ошибки в тексте Вы можете оповестить нас о ней. Для этого нужно выделить мышкой часть текста с ошибкой и нажать комбинацию клавиш "Ctrl+Enter".