CC BY
10
Koskovich Vladimir Bogdanovich, candidate. of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation,
Arefiev Alexander Vladimirovich, candidate of physical and mathematical sciences, docent, aaref@yandex. ru, Russia, Saint-Petersburg, University at the EurAsEC Interparliamentary Assembly
УДК 528.013.4 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-119-124
ПОДХОД К ОЦЕНИВАНИЮ АСТРОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ВЫБОРЕ УЧАСТКА ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ
КОМПЛЕКСОВ
А.В. Ситников, Р.А. Ситков, В.Н. Щельников
Описан один из возможных путей решения актуальной практической задачи, заключающейся в повышении качества проведения рекогносцировочных изысканий при выборе участка местности для размещения оптико-электронных средств и сокращении времени, необходимого на их проведение. Рассмотрен подход к оцениванию астро-климатических условий при выборе участка для размещения оптико-электронных комплексов.
Ключевые слова: рекогносцировочные изыскания, участок местности, астро-климатические условия, строительство, атмосфера.
Разведка военно-космических систем вероятных противников, обнаружение военных действий в космосе и из космоса и информационное обеспечение безопасности космической деятельности Российской Федерации является основной задачей системы контроля космического пространства (СККП).
Одним из наиболее эффективных средств СККП являются оптико-электронные комплексы (ОЭК), способные автономно в автоматическом режиме решать задачи контроля космических объектов на высотах от 2 000 км до 50 000 км, сбора по ним информации и ее выдачи на командные пункты.
Активное освоение космического пространства и усложнение обстановки в космосе ведет к необходимости совершенствования СККП и расширения ее состава. В этой связи в рамках строительства новых ОЭК актуальной задачей является выбор земельных участков (ЗУ) удовлетворяющих тактико-техническим и экономическим требованиям на размещение данных объектов. При проведении рекогносцировочных изысканий (РИ) по выбору ЗУ для размещения ОЭК одной из основных задач является оценка астроклиматических условий предполагаемых мест размещения, влияющих на эффективность их функционирования при выполнении задач по предназначению.
В общем понимании астроклимат представляет собой совокупность климатических (погодных) условий, определяющих возможность проведения наблюдений за небесными телами. Ввиду того, что при проведении РИ по выбору ЗУ рассматриваются и иные, не имеющие климатического характера, условия размещения ОЭК, существенно влияющие на качество и возможность астрономических наблюдений, будем рассматривать понятие астроклимата как совокупность условий окружающей среды, влияющих на качество наблюдений.
Астроклиматические условия в районе рассматриваемых ЗУ для размещения ОЭК определяются следующими показателями:
количество ясных дней и ночей;
прозрачность атмосферы;
оптическая однородность (степень запыленности атмосферы); яркость фона ночного неба; атмосферная турбулентность; сейсмические шумы.
Количество ясных дней и ночей с хорошими изображениями определяет потенциал ОЭК, т.е. способность выполнять задачи с учетом технических параметров самого изделия и эффективность его работы. Можно предположить, что для решения задачи определения в рассматриваемом районе фактического количества ясного времени Тфди возможно использование многолетних данных максимального числа метеорологически ясных суток 7^, получаемых сетью метеорологических станций [1]. Но по данным астрономических исследований [1] именно минимальное наблюдательное время Тг™п является тем параметром, по которому можно проводить более или менее однородное сравнение пунктов по количеству пригодной для астрономических наблюдений погоды. Определяется Ттш по климатическим справочным данным согласно выраже-
год
нию
12 T ■ N
1 я.дл
т-гшт _ X '
год = ^ П
г=1 Пг
где ТА - средняя продолжительность астрономической ночи; Жяд - количество метеорологически ясных дней; п - количество дней в месяце; г - месяцы.
Прозрачность атмосферы определяет степень поглощения (ослабления) и рассеивания проходящего сквозь воздушные массы луча света. Загрязнение атмосферы оказывает негативное влияние на ее прозрачность. Характер этого влияния определяется составом загрязнения и его мощностью. Так, микрочастицы сажи (копоть) более способствуют поглощению света, чем рассеиванию, а дымка (микрокапли воды) более способствуют рассеиванию, чем поглощению. Основные источники загрязнения атмосферы приведены в табл. 1.
Наибольшую опасность представляют источники загрязнений и тепла, поскольку при этом образуются восходящие воздушные потоки, которые поднимают загрязнения из приземных слоев воздуха в средние и верхние слои.
Таблица1
Основные источники загрязнения атмосферы
Признак загрязнения Основные источники загрязнения атмосферы
природный пожары (лесные, степные, торфяные)
выветривание грунтов
антропогенный работа промышленных предприятий, котельных
движение транспорта (пыление дорожных покрытий и выхлопные газы двигателей)
пожары мусорных полигонов и искусственных сооружений
дым печей, каминов
Оценивание загрязнения атмосферы в районе проведения РИ выполняется с помощью комплексного показателя загрязнения атмосферы [2]:
I = £l,
i=1
где l - совокупность веществ-загрязнителей, типичных для характера загрязнения атмосферного воздуха в рассматриваемом районе [3]; i - примесь; Ii - индекс загрязнения атмосферы отдельной примесью [3].
Оптическая однородность атмосферы определяет искажение изображений наблюдаемых объектов, величину турбулентного диска, характер функции рассеивания точки и значительно влияет на точность астрономических наблюдений. Негативное
влияние на этот показатель астроклимата оказывает температурная неоднородность атмосферы. Факторы, оказывающие негативное влияние на данный показатель, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Факторы, влияющие на оптическую однородность атмосферы_
Признак фактора Факторы, влияющие на оптическую однородность атмосферы
природный неоднородность подстилающей местности
рельеф местности
ветер
метеорологическая обстановка
антропогенный деятельность, сопровождающаяся энергопотреблением и/или тепловыделением, сжигание топлива
обогреваемые здания и сооружения
работа систем вентиляции
Параметром для оценки оптической однородности атмосферы может служить коэффициент температурной стратификации атмосферы А, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе. Согласно [4] его значения приведены в табл. 3.
Таблица 3
Значения коэффициента температурной стратификации _атмосферы для территории РФ__
№ п/п Регион Коэффициент А
1 Республика Бурятия и Забайкальский край 250
2 Районы Европейской территории РФ южнее 50° с. ш., остальные районы Нижнего Поволжья, азиатская территория РФ, кроме указанных в пунктах 1 и 3 настоящей таблицы 200
3 Европейская территория РФ и Урала от 50° с. ш. до 52° с. ш. включительно, за исключением попадающих в эту зону районов, перечисленных в пунктах 1 и 2 настоящей таблицы, а также для районов азиатской территории РФ, расположенных к северу от Полярного круга и к западу от меридиана 108° в. д. 180
4 Европейская территория РФ и Урала севернее 52° с. ш. (за исключением центра европейской территории РФ) 160
5 Владимирская, Ивановская, Калужская, Московская, Рязанская и Тульская области 140
Фоновая яркость неба ограничивает способность астрономических инструментов регистрировать слабые (тусклые) объекты. Этот параметр зависит от загрязнения атмосферы, светового загрязнения от искусственных и естественных источников света. В силу комплексного характера зависимости этого параметра от определяющих факторов, наибольшую опасность для астроклимата представляют световые потоки, проходящие через зоны наиболее высокого загрязнения атмосферы - приземные слои запыленного воздуха, атмосферную дымку и т.п.
Согласно [1] яркость рассеянного света можно связать с мощностью осветительных устройств ближайшего к рассматриваемому ЗУ города. Исследования специалистов в области астрономических наблюдений показывают существование данной зависимости на разных расстояниях от населенных пунктов, т.е. мешающее влияние города можно оценить из соотношения:
I « N■ Б~2,5,
где N - численность населения ближайшего крупнонаселенного города, чел.; Б - расстояние до города, км.
Так, например, город с характеристиками: население - 68 тыс. чел., световой поток от уличного освещения - 4,2-107 лм и мощностью уличного освещения - 1 МВт, увеличивает яркость ночного неба на высоте 45° на 80%, если находиться на расстоянии 16 км от него.
На ряду с вышеприведенными показателями астроклимата при выборе ЗУ для строительства важную роль играет поиск района с минимальной турбулентностью атмосферы. Для решения этой задачи возможно использование данных, получаемых сетью метеорологических станций, которые в свою очередь дают возможность оценить степень турбулентности воздушной массы в данном районе и, следовательно, позволяют составить суждение об его пригодности для астрономических наблюдений.
Использование многолетнего архива данных NCEP/NCAR Reanalysis позволило в работе [5] выполнить астроклиматическое районирование территорий на основе
расчетов флуктуаций показателя преломления воздуха (оЫ), значения которого рассчитывались по формуле
оЫ = • оТ, Т2
где А - эмпирический коэффициент, зависящий от длины волны в оптическом диапазоне; Р - среднемесячное значение давления, гПа; Т - среднемесячное значение температуры, К; оТ - среднеквадратичное отклонение температуры, К.
Сейсмические шумы нарушают работоспособность высокоточной измерительной и регистрирующей аппаратуры, ухудшают работу астрономических наблюдательных инструментов, снижают точность, качество наблюдений.
Сейсмический шум Земли охватывает диапазон частот от сотых долей герц до нескольких килогерц. Источниками микросейсм экзогенного характера являются: атмосферные процессы, циклоны, волнения морей, океанов и антропогенные шумы, а эндогенного - воздействие лунно-солнечных приливов, землетрясений и взрывов [6]. Мик-росейсмы характеризуются двумя основными параметрами: спектром мощности сигнала и его изменением во времени. Источником определения данных параметров могут служить цифровые записи сейсмических станций в полосе 0,02 - 20 Гц [7].
Количественная оценка частных показателей астроклимата района проведения РИ с учетом вышерассмотренного подхода производится расчетом их относительной
величины К/ по формулам
K
j
qi — чбр
Чэт — 1бр
qj — я!
при qj ^ max;
Kj = —у-'—, при qj ^ min,
ябр — q3X
где qi - абсолютное значение j-го показателя для i-го участка; ЯЗт - эталонное абсолютное значение j-го показателя; q^ - браковочное абсолютное
значение j-го показателя.
Все рассмотренные показатели астроклиматических условий, за исключением минимального наблюдательного времени T™ являются убывающими.
Эталонное абсолютное значение показателя q^r - наилучшее из полученных абсолютных значений показателя qj.
Браковочное абсолютное значение показателя qJjv - ближайшее к допустимому худшему абсолютному значению показателя qj.
Таким образом, итоговая количественная оценка показателя астроклимата (KAi ) для i-го участка определяется по формуле:
122
kaî =tK,
j=1
где n - количество оцениваемых показателей, n=6.
Далее рассмотренные ЗУ ранжируются по величине показателя астроклимата.
При этом ЗУ с максимальным значением показателя Kai является предпочтительным
в отношении участков с меньшими его значениями.
В статье рассмотрен подход к оцениванию астроклиматических условий местности при проведении РИ по выбору ЗУ для размещения ОЭК, который позволяет учитывать тактико-технические требования, предъявляемые к объекту на этапе выбора мест нового строительства и тем самым, обеспечивает эффективность его функционирования и выполнение требуемых задач.
Данный подход может быть использован в ходе проведения РИ в качестве инструмента поддержки принятия решения при выборе мест размещения ОЭК.
Список литературы
1. Щеглов П.В. Проблемы оптической астрономии. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980, 272 с.
2. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М.,
1989.
3. Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России [Электронный ресурс]. URL: http/www.voeikovmgo.ru (дата обращения: 22.05.2021).
4. Приказ Минприроды России от 06.06.2017 № 273 «Об утверждении методов расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе» [Электронный ресурс]. URL: http://www.consultant.ru/document/ cons_doc_ LAW
159671 (дата обращения: 22.05.2021).
5. Ковадло П.Г., Кочеткова O.C., Шиховцев А.Ю. Методика оценки оптической нестабильности земной атмосферы на основе численного анализа сетевых метеорологических данных // Изв. ИГУ. 2012. № 2. С. 139 - 150.
6. Капустин Н.К., Юдахин Ф.Н. Сейсмические исследования техногенных воздействий на земную кору и их последствий. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 416 с.
7. База данных «Информационные ресурсы Единой геофизической службы РАН» [Электронный ресурс]. URL: http://www.ceme.gsras.ru/new/infres (дата обращения: 22.05.2021).
Ситников Алексей Витальевич, начальник лаборатории, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Ситков Роман Александрович, канд. техн. наук, начальник отдела, vka-onr@,mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского,
Щельников Валерий Николаевич, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
APPROACH TO ESTIMATING ASTROCLIMATIC CONDITIONS WHENSELECTING A SITE FOR LOCATION OF OPTICAL-ELECTRONIC COMPLEXES
A.V. Sitnikov, R.A. Sitkov, V.N. Shchelnikov 123
The article describes one of the possible ways to solve an urgent practical problem, which consists in improving the quality of reconnaissance surveys when choosing a site for placing optoelectronic devices and reducing the time requiredfor their conduct. An approach to assessing astroclimatic conditions when choosing a site for placing optoelectronic complexes is considered.
Key words: reconnaissance surveys, site area, astroclimatic conditions, construction, atmosphere.
Sitnikov Aleksej Vitalyevich, head of laboratory, [email protected], Russia, Saint-Peterburg, Mozhaisky Military Aero Space Academy,
Sitkov Roman Aleksandrovich, candidate of technical sciences, head of group, vka-onr@,mail.ru, Russia, Saint-Peterburg, Mozhaisky Military Aero Space Academy,
Valeriy Nikolaevich Shchelnikov, candidate of technical sciences, senior researcher, [email protected], Russia, Saint-Peterburg, Mozhaisky Military Aero Space Academy
УДК 620.17 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-124-130
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА
М.В. Житный, П.С. Гончаров, И.С. Прохватова
Рассмотрена компьютерная модель функционирования системы электроснабжения космического аппарата в условиях кинетического воздействия малоразмерных твердых частиц космического мусора. Показаны результаты компьютерного моделирования функционирования системы электроснабжения космического аппарата в условиях ударного воздействия частиц космического мусора на солнечные элементы солнечных батарей.
Ключевые слова: космический мусор, компьютерное моделирование, космический аппарат, солнечный элемент, система электроснабжения.
Увеличение числа малоразмерных частиц космического мусора (МТЧ КМ), вызванное активной деятельностью различных государств в околоземном пространстве, повышает вероятность кинетического (ударного) воздействия этих частиц на элементы космического аппарата (КА). Так расчеты, проведенные с использованием модели пространственно-временного распределения плотности потоков техногенного вещества размером более 0,1 см на удалении от поверхности Земли от 200 до 2000 км в произвольный момент времени с 2000 по 2025 годы [1], показали, что за время срока активного существования для ряда КА, находящихся на низких круговых орбитах, прогнозируется их встреча с 3 МТЧ КМ размером 1 - 2,5 мм. Результат такого воздействия будет определяться функцией, зависящей от ряда факторов: скорости и угла встречи МТЧ КМ с поверхностью КА, материала МТЧ КМ и элемента КА, с которым происходит взаимодействие, формы МТЧ КМ и других. При этом очевидно, что вероятность столкновения МТЧ КМ с элементом КА будет определяться в первую очередь площадью поверхности данного элемента и его расположением на внешней поверхности КА. Анализ конструкции КА показывает, что такими элементами, имеющими большую площадь поверхности, по сравнению с другими элементами, являются панели солнечных батарей и антенные устройства радиотехнических и радиолокационных устройств.
124
