Геодезические спутники (ERS-1, ERS-2)



Геодезические спутники (ERS-1, ERS-2) Северовосточный проход через Баренцево море, Карские Ворота и море Лаптевых к Берингову проливу сокращает путь из Европы в Японию на 20 дней по сравнению с торговым путем через Суэцкий канал. Расстояние от Новой Земли до Берингова пролива, равное примерно 5.600 километрам, можно преодолеть только в летнее время, да и то лишь при помощи ледоколов, причем даже летом суда нередко на целые месяцы вмерзают в паковый лед. Северовосточный проход тоже искали около 300 лет: в 1878-79 годах он был впервые покорен А. Э. Норденшельдом.

«Ледовая вахта» судна «Астролаб» располагалась не как при Амундсене, на мачте в так называемом «вороньем гнезде», и не на капитанском мостике, а высоко в небе.

Всего лишь за десять дней до того, то есть 17 июня 1991 года, был выведен на орбиту геодезический спутник ERS-1. Главной задачей спутников, сконструированных по заказу Европейского космического агентства (ESA) и участников консорциума под руководством фирмы Дорниер, дочернего предприятия DASA (Deutsche Aeronautics and Space Administration), должны были стать наблюдения за океанами и покрытыми льдом частями суши, чтобы представить климатологам, океанографам и организациям по охране окружающей среды данные об этих малоисследованных регионах. Спутник был оснащен самой современной микроволновой аппаратурой, благодаря которой он готов к любой погоде: «глаза» его радиолокационных приборов проникают сквозь туман и облака и дают ясное изображение поверхности Земли, через воду, через сушу, и через лед. Теоретически он должен был представить идеальную карту ледовой обстановки. А передвижение судна «Астролаб» должно было перепроверить ее в суровых условиях полярного моря.

Основным инструментом спутника является Synthetic Aperture Radar SAR, который ведет наблюдения по полосе шириной в 100 километров параллельно земной орбите. SAR посылает микроволновые импульсы на Землю. По отраженным эхо-сигналам можно судить о типе и структуре, а также и о степени удаленности земной поверхности.

По данным, которые спутник ERS-1 посылает во время своего полета над полярным морем на Землю, ESA и норвежским NERSC (Nansen Environmental and Remote Sensing Center) были составлены карты ледовой обстановки. Через спутники связи Inmarsat эти карты были отправлены на «Астролаб» по факсу. На них можно различить чистые воды и ледовую поверхность, а кроме того, карты дают сведения о возрасте и толщине льда. Это важно для определения курса, потому что свежий лед легче расколоть, чем многолетний, а тонкий — легче, чем толстый. Судно «Астролаб» и его сопровождающие искали пути по этим картам.

Чтобы данные можно было использовать для определения курса, они должны быть актуальными. Ученым помогло то, что полярная траектория ведет спутники через полюс на небольшом расстоянии: им удавалось за несколько часов обработать представляемые ERS-1 данные и нанести их на карты. Этот спутник в качестве «ледовой вахты» был новым, неиспытанным. Так что команда судна «Астролаб» сверяла данные на картах ледовой обстановки с тем, что было видно при помощи бортового оборудования, — а видно было совсем немного. Потому что видимость на море, нередко покрытом завесой тумана, составляла порой не более 200 метров. Зато спутниковые данные — за немногими исключениями — оказывались точными. ERS-1, едва стартовав, доказал свою способность нести ледовую вахту и выполнять важные задания.

В торговом судоходстве вдали от полярных регионов наблюдения геодезических спутников тоже находят полезное применение. Спутник ERS-1 при помощи своих микроволновых сенсорных устройств замеряет направление и скорость ветра на поверхности воды; метеоспутникам (таким, как Meteosat) удавалось сделать эти замеры только на верхней кромке облаков. Радары-высотомеры и SAR регистрируют высоту, длину и направление волн. И, наконец, ERS может определить температуру на поверхности воды. До сих пор все эти результаты измерений давали только буи, суда и оптические спутниковые системы. Но буи и суда могут проводить только точечные пробы, которые к тому же из-за разных методов измерений надо сравнивать, а оптическим спутниковым системам часто препятствуют образующиеся над поверхностью воды облака и туман. В противоположность этому ERS может за сравнительно короткое время охватить с помощью растров всю поверхность океана. Все эти данные учитываются в системе оптимизации судоходных маршрутов, разработка которой в качестве пилотного проекта началась на предприятии Дорниер летом 1993 года. На первой стадии было разработано программное обеспечение, которое с октября 1994 года выверяется на практике на маршрутах Северной Атлантики.

Партнерами фирмы Дорниер в этом проекте являются Институт Макса Планка, Морская метеослужба в Гамбурге, Метеорологическая служба Германии, Федеральное ведомство морского судоходства и гидрографии, Исследовательский центр Geesthacht и фирма AnschGtz в Киле, в навигационной управляющей системе которой (Nopsy) используется и новое программное обеспечение. Система обрабатывает, с одной стороны, данные метеослужб и данные геодезических спутников относительно волнения моря, направлении и скорости ветра, а с другой — соответствующие характеристики судна (размеры, загрузка, статика и т.д.). На основе этих сведений разрабатывается скорейший и, соответственно самый выгодный с точки зрения расходов маршрут. Потому что в судоходстве кратчайший путь между портом отплытия и портом назначения вовсе не всегда оказывается и самым скорым, в чем на своем печальном опыте убедились еще полярные мореплаватели.



Уже сегодня торговые суда получают указания по поводу курса, в частности, от морской службы погоды, которая разрабатывает центральный план маршрутов и рассылает на суда по факсу. План должен помочь им обойти штормовые зоны и придерживаться надежного и скорого курса. Новая система допускает децентрализованное планирование за счет компьютера и приемной станции на борту того или иного корабля, и благодаря этому быстрее предоставляются данные, которые опять-таки быстрее могут быть актуализированы.

Это — большое преимущество, особенно для долгого плавания и при полученном заранее прогнозе. С помощью новой системы судоходных маршрутов капитан может проверять на бортовом компьютере путь следования своего судна каждый раз, когда поступает новый прогноз о волнении на море. Кроме того, благодаря данным, полученным через ERS, сообщения о волнах и ветре отличаются большей точностью, чем раньше.

Ученые, которые разрабатывают новое программное обеспечение, в своих размышлениях идут уже на шаг вперед: в компьютерные программы может быть введена информация о морских портах и возможностях погрузки и разгрузки судов. Можно контролировать, например, контейнер с помощью спутников связи, проследить и документировать его путь от отправителя до адресата. Дело в том, что сегодня по мировому океану плавают многие тысячи контейнеров, о которых уже вовсе неизвестно, куда они были направлены. Планирование маршрутов при правильной его организации с использованием геодезических спутников и спутников связи может вырасти в регулярную систему управления торговым судоходством.

При всем том, разработка судоходных маршрутов это, говоря образным языком, только верхушка айсберга, если только вспомнить о расшифровке данных ERS об океанах и покрытых льдом пространствах Земли. Нам известны тревожные прогнозы общего потепления Земли, которые приведут к тому, что растают полярные шапки и повысится уровень моря. Затоплены будут все прибрежные зоны, пострадают миллионы людей.

Но нам неизвестно, насколько правильны эти предсказания. Продолжительные наблюдения за полярными областями при помощи ERS-1 и последовавшего за ним в конце осени 1994 года спутника ERS-2 представляют данные, на основании которых можно сделать выводы об этих тенденциях. Они создают систему «раннего обнаружения» в деле о таянии льдов.

Благодаря снимкам, которые спутник ERS-1 передал на Землю, мы знаем, что дно океана с его горами и долинами как бы «отпечатывается» на поверхности вод. Так ученые могут составить представление о том, является ли расстояние от спутника до морской поверхности (с точностью до десяти сантиметров измеренное спутниковыми радарными высотомерами) указанием на повышение уровня моря, или же это «отпечаток» горы на дне.

Хотя первоначально спутник ERS-1 был разработан для наблюдений за океаном и льдами, он очень быстро доказал свою многосторонность и по отношению к суше. В сельском и лесном хозяйстве, в рыболовстве, геологии и картографии специалисты работают с данными, представляемыми спутником. Поскольку ERS-1 после трех лет выполнения своей миссии он все еще работоспособен, ученые имеют шанс эксплуатировать его вместе с ERS-2 для общих заданий, как тандем. И они собираются получать новые сведения о топографии земной поверхности и оказывать помощь, например, в предупреждении о возможных землетрясениях.

Спутник ERS-2 оснащен, кроме того, измерительным прибором Global Ozone Monitoring Experiment Gome который учитывает объем и распределение озона и других газов в атмосфере Земли. С помощью этого прибора можно наблюдать за опасной озоновой дырой и происходящими изменениями. Одновременно по данным ERS-2 можно отводить близкое к земле UV-B излучение.

На фоне множества общих для всего мира проблем окружающей среды, для разрешения которых должны предоставлять основополагающую информацию и ERS-1, и ERS-2, планирование судоходных маршрутов кажется сравнительно незначительным итогом работы этого нового поколения спутников. Но это одна из тех сфер, в которой возможности коммерческого использования спутниковых данных используются особенно интенсивно. Это помогает при финансировании других важных заданий. И это имеет в области охраны окружающей среды эффект, который трудно переоценить: скорые судоходные пути требуют меньшего расхода энергии. Или вспомним о нефтяных танкерах, которые в шторм садились на мель или разбивались и тонули, теряя свой опасный для окружающей среды груз. Надежное планирование маршрутов помогает избежать таких катастроф.

Связанные записи

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , ,

Оставить комментарий