CC BY
52
ЭКОЛОГИЯ
мга
следит за климатом планеты
Текст: Архип КАЛАШНИКОВ
Фотографии предоставлены РКК «Энергия» и Институтом географии РАН
9
Один из самых интересных космических экспериментов (КЭ) ™ на российском сегменте Международной космической станции -«Ураган». Благодаря ему накоплен значительный банк данных, который может быть использован при разработке математических моделей для оценки развития потенциально опасных и катастрофических явлений на земной поверхности, в том числе цунами, подвижки ледников и др. В будущем году на борт российского сегмента МКС будет доставлено специальное оборудование, и в эксперименте «Ураган» появится новое, необычное направление: исследование механизмов сезонной миграции птиц, которые чутко реагируют на погоду и изменения климата.
Главной задачей космического эксперимента «Ураган» является отработка научной аппаратуры и технологии изучения земной поверхности на орбитальной станции для последующего их применения, в том числе и на автоматических космических аппаратах.
В рамках КЭ «Ураган» ведутся работы по созданию и интеграции на борт российского сегмента МКС новой научной аппаратуры (НА) «Гиперспектрометр», «Система ориентации видеоспектральной аппаратуры» СОВА, «Радиометр инфракрасный высокого разрешения» РИВР и др.
В следующем году в рамках КЭ «Ураган» планируется запуск на РС МКС новой НА «Икарус», создаваемой по соглашению между между «Роскос-мосом» и Германским центром авиации и космонавтики (DLR).
Космический эксперимент важен с точки зрения получения новых экспериментальных данных: фотоизображений, видео и спектральных измерений высокого разрешения подстилающих поверхностей для научного и практического использования и дальнейшего развития технологий и системы мониторинга Земли. Эксперимент является весьма актуальным для пилотируемой станции, эффективно организован и успешно реализуется на РС МКС. «Ураган» решает задачи одного из приоритетных направлений космической деятельности, способствующей практическому использованию МКС и достижению стратегических целей Федеральной космической программы России. Важную роль в экспериментах на пилотируемых орбитальных станциях традиционно играют космонавты.
В настоящее время, с учетом имеющейся на борту МКС аппаратуры, в ходе полета российские космонавты экипажей МКС выполняют визуальные наблюдения, фотосъемку и спек-трометрирование заданных районов Земли в соответствии с программой наблюдений, разработанной для каждой экспедиции, а также с учетом оперативных заданий.
Хотя название эксперимента «Ураган» и указывает на стихию, урага-
ны, смерчи и цунами - лишь малая часть объектов мониторинга. Ученых интересует динамика жизни Земли в целом. А космонавты сегодня - правая рука географов, экологов, геофизиков.
КАК НАЧИНАЛОСЬ НАБЛЮДЕНИЕ ЗЕМЛИ С ОРБИТЫ
Первое изображение Земли из космоса было получено в августе 1961 года. Его автором стал второй космонавт планеты Герман Титов. С тех пор Землю наблюдали и изучали десятки космонавтов и автоматических аппаратов.
История наблюдения Земли с орбиты началась в 70-х годах прошлого века. В 1973 году правительством СССР было принято решение о создании программы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Некоторое время ушло на подготовку - как аппаратуры, так и космонавтов, - и уже с 1976 года начались реальные исследования Земли с использованием орбитальных станций - «Салют», а затем «Мир» и МКС.
Любопытно, что в начале программы сомнения в ее успешности были даже у медиков - считалось, что хорошо
Постановщик эксперимента «Ураган»: публичное акционерное общество «Ракетно-космическая корпорация „Энергия" имени С.П. Королева» (ПАО РКК «Энергия»). Участники КЭ: ИГ РАН, ИПМех РАН, МФТИ, ЗАО «НПО «ЛЕПТОН», ОАО «Российские космические системы», НИИПФП БГУ и другие организации. Научный руководитель КЭ «Ураган»: Беляев Михаил Юрьевич - заместитель руководителя НТЦ ПАО «РКК «Энергия», д.т.н., профессор.
На фото: Съемка исследуемых объектов в КЭ «Ураган»
ЭКОЛОГИЯ
Самый дорогой космический проект в истории человечества, Международная космическая станция (МКС), сегодня - единственная работающая пилотируемая космическая платформа на околоземной орбите. Это, без преувеличения, уникальный научный инструмент для проведения исследований в самых различных областях знаний. Количество экспериментов на орбите давно перевалило за сотню: медицинские и биологические исследования, материаловедение и изучение различных физических процессов в условиях невесомости.
подготовленный, опытный космонавт не сможет увидеть ничего лучше разрешения в 100 метров. Первые же опыты на орбите опровергли опасения врачей. Космонавтами-первопроходцами орбитальных наблюдений Земли стали члены экипажей станций «Салют» - Георгий Гречко, Александр Иванченков, Владимир Коваленок, Юрий Романенко, Валерий Рюмин, Виталий Севастьянов, Валентин Лебедев и другие.
Привлечение космонавтов к наблюдениям Земли из космоса имело и еще одно немаловажное значение - человеческий фактор.
Говорит Михаил Беляев, научный руководитель эксперимента «Ураган», доктор технических наук, профессор, заместитель руководителя научно-технического центра РКК «Энергия»:
- Я часто провожу такую аналогию: если взять фотографию, которая получена где-то в автомате на вокзале, и фотографию, сделанную художником, - между ними есть существенная разница. То же самое - фотография, полученная автоматическим космическим аппаратом или космонавтом
с борта. Космонавт может выбрать нужный ракурс, освещенность, а главное, он может заметить то, что не увидит автомат. Космонавты в свое свободное время, как папарацци, могут увидеть что-то интересное - и получить изображение.
При этом космонавты на МКС используют специальное оборудование -фотоспектральную систему ФСС, видеоспектральную систему ВСС и др.
БОЛЬШОЕ ВИДИТСЯ НА РАССТОЯНИИ
Понятно, что из космоса можно увидеть гораздо больше труднодоступных мест, чем с Земли. Или, как сказал поэт, «большое видится на расстоянии».
Среди полученных в КЭ «Ураган» результатов важное значение имеет доклад с данными эксперимента директора ИГ РАН академика В. М. Котлякова, сделанный 25 июля 2012 года в Геленджике президенту РФ по катастрофе в районе Крымска. Доклад был заслушан также на президиуме
На ф ото: Изверже
вулк< ана Сарычева
ОСф1 ове Матуа, Ку|
12 и1 юня 2009 г.
РАН. В обоих случаях он получил высокую оценку.
С целью дальнейшего развития системы мониторинга Земли в настоящее время реализуются сеансы эксперимента с использованием научной аппаратуры (НА) «Видеоспектральная система» (доставлена 29.10.2014) и НА «Фотоспектральная система» - для научного и практического использования спектральных измерений высокого разрешения подстилающих поверхностей.
В ходе реализации КЭ «Ураган» накоплен значительный банк данных, который может быть использован при разработке математических моделей для оценки развития потенциально опасных и катастрофических явлений на земной поверхности, в том числе цунами, подвижки ледников и др.
ЗАЧЕМ АМЕРИКАНЦЫ БУДИЛИ ЕЛЕНУ СЕРОВУ
Интересно, что первый снимок в рамках «Урагана» был получен 1 января 2001 года - в первый день ново-
го года, века и тысячелетия. Сейчас в базе эксперимента - около 400 тысяч изображений, огромный фонд материалов. Среди самых популярных объектов для наблюдения - горные системы и ледники, выступающие в роли индикаторов климата. Главный вывод - наша планета действительно переживает глобальное потепление.
- Мы изучаем потепление Земли по отступанию ледников. Ледник живет за счет того, что существует баланс массы. Если приходная масса больше расходной, ледник наступает. Сейчас приходная часть уменьшилась, почти все ледники отступают, - объясняет Лев Десинов, заведующий лабораторией ИГ РАН, один из ветеранов организации программ визуально-инструментальных наблюдений на орбитальных станциях.
Зимой 2014-2015 годов в космос летала четвертая россиянка, Елена Серова, которая перед своим полетом сама интересовалась у ученых, чем она могла быть полезна для эксперимента «Ураган». В Институте географии Елене предложили заняться изучением динамики оледенения полей Пата-
Первый снимок в рамках КЭ «Ураган» был получен 1 января 2001 года -в первый день нового года, века и тысячелетия. Сейчас в базе эксперимента - около 400 тысяч изображений, огромный фонд материалов.
Нашу планету от МКС отделяют не более четырехсот километров. Космонавты не спешат улетать от иллюминатора, где они проводят большую часть свободного времени: смотреть на Землю - их любимое занятие. Ведь только оттуда видно, насколько хрупок наш мир.
Ледник Бивачный в горах Центрального Памира в самом начале подвижки. Позднее пульсация достигла ледника Федченко (крупнейшего глетчера Евразии длиной 77 км). Это тот самый ледник, на котором велось изучение возможности зрительного анализатора (глаза) космонавта при наблюдении земной поверхности без бинокля.
На фото: Ледник Вьедма на Южном ледниковом поле Патагонии (Южные Анды). Отступает, реагируя на потепление климата. Один из основных тестовых объектов для исследований по данной проблеме.
ЭКОЛОГИЯ
С развитием техники, например с появлением приборов, работающих в инфракрасном и радиодиапазонах, возможности для наблюдения Земли существенно расширились и не зависят от времени суток и погоды - теперь наблюдать поверхность нашей планеты можно и через толщу облаков, и ночью. Сейчас такие приборы разрабатываются и для РС МКС и скоро появятся на станции.
гонии, территории, расположенной на юге Южноамериканского континента. Там находится 12% неполярного оледенения Земли. Для сравнения: в горах Кавказа или Алтая оледенение достигает 600 миллиметров в год, южноамериканские ледники достигают 6-7 тысяч миллиметров.
- Климат планеты состоит из региональных, как говорят специалисты, климатов. И климаты Южной Америки были нам совершенно непонятны. Мы предложили Елене Серовой принять участие в нашем эксперименте. И она не просто этим занялась, Елена увлеклась так, что просыпалась ночью, аккуратно вставала и делала какие-то снимки. Более того, она рассказывала, что часто ночью к ней приплывали американские астронавты: «Леночка, вам пора просыпаться, у вас - ледники Южной Америки», -вспоминает Лев Десинов.
Всего в ходе своего полета Елена Серова сделала более тысячи снимков южноамериканских ледников в высоком разрешении, что позволило специалистам оценить динамику льда и его реакцию на потепление климата. Сегодня космонавты по примеру Серо-
вой все чаще просят добавить им что-то оригинальное в общую программу исследований.
ПТИЧИЙ «ИКАРУС»
Еще один немаловажный фактор, влияющий на глобальную погоду, -Мировой океан. Из космоса хорошо видно, что мы живем на планете, которую логичнее было бы назвать Водой. Океан вырабатывает огромное количество тепла, а взаимодействие в этой замкнутой тепловой машине определяет климат нашей планеты.
Изменение климата отмечают и орнитологи. Птицы чутко реагируют на любые колебания температуры. Потепление влияет на ареалы их обитания: ученые отмечают появление в Европе птиц, которых не было там еще 200-300 лет назад. Изменения климата, как и антропогенная деятельность, отражаются и на маршрутах перелета пернатых.
- Контроль изменения поведения животных может помочь разгадать многие загадки на Земле, рассказы-
к
Фотосъемка тростниковых пожаров в дельте реки Волги
На фото: Вулкан Кроноцкий на Камчатке
вает М. Ю. Беляев. - С этой целью в будущем году на борт РС МКС будет доставлено специальное оборудование, и в эксперименте «Ураган» появится новое, необычное направление: исследование механизмов сезонной миграции. В совместном российско-немецком проекте с аппаратурой «Икарус» объектами исследований станут несколько видов перелетных птиц, на которых планируется установить мини-датчики.
Сигнал от этих датчиков будет поступать на специальную антенну российского сегмента МКС и уже оттуда передаваться в ЦУП. Ученые спешат успокоить защитников живой природы: для птиц это безопасно, зато гарантирован огромный вклад в науку.
- Датчики весят всего пять граммов, благодаря им мы сможем понять, что делает птица в каждый конкретный момент времени, летит она или сидит, в какое время суток она летит, где она останавливалась, - перечисляет получаемые с датчика сведения старший научный сотрудник лаборатории биогеографии Института географии РАН Григорий Тертицкий.
Эти данные помогут биогеографам составить точные карты трасс перелетных птиц - в том числе и для того, чтобы планировать хозяйственную деятельность человека. Охрана видов, распространение заболеваний и вирусов, предупреждение авиаслужб о начале птичьих миграций - лишь малая часть проблем, которые поможет решить орбитальный эксперимент. Ученые, впрочем, не собираются ограничиваться только птицами.
- Отслеживая пути миграций животных, не только птиц, но и морских черепах, и летучих мышей, можно в том числе понять, как изменения климата влияют на животных. Животные становятся индикаторами изменения климата в тех областях, в которых мы никаких исследований не проводим, а имеем только спутниковые данные. Мы знаем характеристики среды, где они обитают, и, наблюдая, как они меняют пути миграции, можем понять, что же изменилось в среде их обитания, - объясняет Григорий Тертицкий.
Первые два года экспериментов с аппаратурой «Икарус» будут посвящены в том числе техническому тестированию оборудования.
Известно, что 11 тысяч лет назад огромные ледники лежали даже на географической параллели нынешней Москвы. Возможно ли повторение подобных климатических катаклизмов, ученые пока ответить не могут.
график распределения животных (птиц) всего мира по массе тела с возможностью их отслеживания с помощью существующих тегов
Геологгеры (0,5 г)
Архивные спутниковые логгеры (2,5 г) ! Передатчики по Доплеру (5 г)
Передатчики GPS (22 г)
н 450т радио. 400 передат-
ц 400 чики Геологгеры (0,5 г)
Я 350- !
о ! Архивные спутниковые логгеры (2,5 г)
£ 300- | г
^ 250 ! ! ПередатчикипоДоплеру(5г)
" ^ I й'
200 | | | П--р.еда.тчики GPS (22 г) __ _
18 150 ! ! !
§ 150 | | ^ | Передатчики GPS+GSM (32 г)
* 2 4 8 16 32 64 256 1012 4096 16384 65536
Масса тела, грамм масштаб)
последовательность этапов обеспечения связи тега с бортовым оборудованием «икарус»
Передатчики GPS+GSM (32 г)
ОБЩИЙ ВИД ТЕГА И ОСНОВНЫХ ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ
Траектория полета
Спящий режим
Режим поиска МКС (запуск по расписанию)
Режим поиска МКС (периодический)
Расчет времени передачи данных
Солнечные батареи
Электронная
Батарея
Передача данных
Прием команд
Крепление
Корпус
Кь^,
Уход в спящий режим
