CC BY
10Решетневскце чтения
Научная новизна исследования заключалась в привязке полученных моментов начала и окончания пребывания ОНТ в поле зрения и в зоне невидимости КТ, а также чувствительных элементов фотоприемного устройства (ФПУ) к последующему задаваемому моменту падения на Землю. Это позволило оценить время предупреждения об этом падении и минимальный размер контролируемого ОНТ. Они были рассчитаны для рассматриваемых вариантов размещения КТ в КП на широком множестве изменяемых параметров q, Q, I номинальных эллиптических орбит ОНТ. Были также оценены требуемые запасы характеристической скорости на выведение КТ и поддержание рабочих орбит, а также массы полезных нагрузок космического аппарата (КА), которые могут быть выведены на орбиту существующими средствами выведения.
Полученные результаты обосновывают целесообразность использования двух КТ на орбите обращения Земли вокруг Солнца.
В альтернативном варианте размещения КТ на ГСО возникают следующие проблемы:
- обеспечение двух-трехкратного наблюдения ОНТ за один месяц до его падения на Землю;
- парирование пропусков наблюдения малых ОНТ, идущих по столкновительным траекториям, при ши-
рокой (±30°) зоне невидимости вокруг направления на Солнце;
- обеспечение оперативного высокоточного определения орбиты;
- уменьшение на 500...700 кг массы полезных нагрузок, выводимых на ГСО, по сравнению с выведением на орбиту Земли.
В альтернативном варианте размещения КТ на низкоорбитальном ИСЗ ценой увеличения их количества в КА обеспечивается требуемая периодичность обзора небесной сферы. Однако вследствие малого времени пребывания изображения в чувствительных элементах снижается проницающая сила телескопов. Она снижается также из-за необходимости уменьшения светового диаметра нескольких телескопов в одном КА, вместо использования одного КТ с большей апертурой. Следствием является увеличение минимального размера обнаруживаемого ОНТ. Проблему представляет также определение параметров его орбиты по позиционным измерениям, проведенным на коротких дугах.
Областью применения полученных результатов является определение рационального проектного облика космической системы противодействия астеро-идно-космической опасности.
V. A. Emelyanov, K. S. Elkin, R. P. Ramaldanov Central Research Institute of Machine Building (TsNIImash), Russia, Korolev
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE ALTERNATE USE OF SPACE TELESCOPES USED FOR PROMPT WARNING OF ASTEROID HAZARD
Based on computer modeling of space telescopes functioning and position measurements the efficiency parameters are determined for their operation in a low orbit, the geostationary orbit and the orbit of Earth around the Sun. Identified the constraints imposed by realizable useful signal accumulation time, the influence of elongation angles, the possibility of determining the orbital parameters over short arcs ofpositional measurements. Energy consumption for placing of ST on the working orbit was estimated. The areas of their rational use were decided.
© Емельянов В. А., Елкин К. С., Рамалданов Р. П., 2012
УДК 621.371.3/205.2
А. Ю. Каравайский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
В. Л. Миронов
Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск
ПРИМЕНИМОСТЬ КОНЦЕПЦИИ ВЫМЕРЗАНИЯ НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В МЕРЗЛОЙ ПОЧВЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ЗАВИСИМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ
На основе измерений спектров комплексной диэлектрической проницаемости влажной почвы показано, что применение концепции вымерзания незамерзшей воды в мерзлой почве дает погрешности до 100 % при расчетах показателя преломления. Доказано, что такая существенная ошибка возникает за счет присутствия в почве различных типов незамерзшей воды.
Выполнены измерения приведенного коэффициента преломления (п - 1)/р^ для почвы «чернозем выщелоченный слабогумусный сверхмощный средне-
глинистый на лессовидных глинах» при различном содержании влажности, где Пц - коэффициент преломления почвы; р^ - плотность сухой почвы.
Использование космических средств и технологий для мониторинга окружающей природной среды
Рис. 1. Приведенный коэффициент преломления для почвы с различным содержанием влаги в зависимости от температуры. Сплошными точками отображены данные измерений, а пустыми - рассчитанные с применением концепции незамерзшей воды
Измерения проводились с использованием методики, описанной в [1] в диапазоне температур от -25 до 5 °С на частоте 6 ГГц. Данная методика дает погрешность измерений порядка 3 %. Данные измерений сравнивались с расчетными величинами, полученными с применением концепции вымерзания не-замерзшей воды в мерзлой почве [2].
Применение концепции вымерзания незамерзшей воды в мерзлой почве при понижении температуры для расчетов показателя преломления мерзлых почв дает погрешности порядка от 20 до 100 % (рис. 1). Наблюдается существенное уменьшение приведенного коэффициента преломления с понижением температуры. Это уменьшение качественно объясняется с помощью концепции вымерзания незамерзшей воды [3], согласно которой незамерзшая вода переходит в лед, имеющий значительно меньший показатель преломления. Однако количественно применение данной концепции приводит к большим погрешностям.
Чтобы определить возможную причину расхождений, оценивалась зависимость приращения, приведенного коэффициента преломления от влажности почвы для трех температур (рис. 2, 3), которая рассчитывалась как разность между приведенным показателем преломления при максимальной влажности и его значениями, соответствующими последовательно уменьшающимся влажностям. Согласно расчетам, тангенсы углов наклона отрезков прямых в диапазонах влажности от 0 до 0,026 и от 0,026 до 0,429 равны соответственно показателям преломления незамерз-шей воды и льда минус единица (см. рис. 2). В эксперименте же наблюдались кусочно-линейные зависимости, состоящие из трех отрезков прямых, при этом каждая такая зависимость существенно изменялась при понижении температуры (см. рис. 3). Причем только в интервале влажностей от 0,34 до 0,42 тангенсы наклона отрезков прямых для разных температур были близки друг к другу и приблизительно равны показателю преломления льда минус единица.
Полученный результат указывает на присутствие двух типов незамерзшей воды в интервалах влажно-
стей от 0 до 0,15 и от 0,15 до 0,32. Из сравнения углов наклона в области незамерзшей воды следует, что показатели преломления этих типов незамерзшей воды существенно отличаются от показателя преломления незамерзшей воды, применяемой в концепции вымерзания.
Рис. 2. Приращение приведенного коэффициента преломления (концепция незамерзшей воды)
Рис. 3. Приращение приведенного коэффициента преломления (эксперимент)
При этом в эксперименте наблюдалась температурная дисперсия незамерзшей воды, которая отсутствует в концепции вымерзания (см. рис. 2). Следова-
Решетневские чтения
тельно, обнаруженные существенные погрешности в расчетах приведенного коэффициента преломления с использованием концепции незамерзшей воды (до 100 %) могут быть отнесены за счет того, что в этой концепции число типов незамерзшей воды ее количество и показатель преломления не соответствуют реальным значениям.
Дальнейшие исследования будут направлены на изучение различных типов незамерзшей воды в мерзлой почве, а именно зависимости их показателей преломления и долевого содержания от температуры.
Библиографические ссылки
1. Mironov V., De Roo R., Savin I. Temperature-Dependable Microwave Dielectric Model for an Arctic Soil // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2010. Vol. 49, № 6. P. 2544-2556.
2. Kozlowski T. A semi-empirical model for phase composition of water in clay-water systems // Cold Regions Science and Technology. 2007. № 49. P. 226-236.
3. Фролов А. Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов / ОНТИ ПРЦ РАН. Пущино, 2005.
A. Yu. Karavayskiy
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
V. L. Mironov
Kirensky Institute of Physics of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Russia, Krasnoyarsk
ADPTIBILITY OF THE CONCEPT OF FREEZING OF UNFROZEN WATER IN THE FROZEN GROUND FOR THE CALCULATION OF THE DIELECTRIC CONSTANT OF FROM MOISTURE AND TEMPERATURE
From measurements of the spectra of the complex permittivity of moist soil is shown that the application of the concept offreezing of unfrozen water in the frozen ground gives the error of 100 % for the calculation of the index. Noted that this substantial error is due to the presence of different types of soil unfrozen water.
© Каравайский А. Ю., Миронов В. Л., 2012
УДК 551.507:550.34
В. Б. Кашкин, А. С. Григорьев Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 2011-2012 гг. В ТЫВЕ: РЕАКЦИЯ АТМОСФЕРЫ (ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКОГО ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ)*
Приведены результаты анализа вертикальных профилей атмосферы по спутниковым данным над территорией Тывы, где произошли крупные сейсмические события. Выявлены эффекты, проявляющиеся до и после землетрясений.
Атмосфера является чувствительным индикатором различных возмущений на поверхности и в недрах Земли, например, сильных подземных и наземных взрывов, извержений вулканов, землетрясений, волн цунами и др. В работе проанализированы спутниковые данные о состоянии вертикальных профилей атмосферы в Сибири, где были зафиксированы серьезные сейсмические события (Тыва, 2011 и 2012 гг.). До этого были исследованы материалы по Алтайскому и Чилийскому землетрясениям, произошедшим в 2003 и 2010 гг. соответственно [1; 2].
В настоящее время считается, что вероятным механизмом распространения возмущения от сейсмических источников в атмосферу являются инфразвуко-вые колебания - акустико-гравитационные волны (АГВ) [3]. В сейсмически активных регионах с блоковым строением земной коры при подготовке и при
возникновении землетрясения существуют интенсивные колебания литосферных плит, которые могут вызвать изменение давления в атмосфере над очагом землетрясения и возбудить АГВ. В тропосфере имеется тропопауза - граница раздела слоев атмосферы. При прохождении АГВ через границу генерируются внутренние гравитационные волны (ВГВ), причем АГВ и ВГВ колеблются в противофазе [3].
Современные технологии наблюдения Земли из космоса дают возможность получать информацию о состоянии ее атмосферы.
В данной работе источником информации о вертикальных профилях тропосферы и нижней стратосферы является сенсор АТОУ8 спутника МОАА (NАSА, США); он позволяет собирать информацию в полосе обзора 2 250 км с пространственным разрешением 20.50 км.
*Работа выполнена в рамках тематического плана Сибирского федерального университета, по аналитической ведомственной целевой программе Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» (мероприятие 1).
