УСТРОЙСТВО И ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НАУЧНОЙ АППАРАТУРЫ "ВИДЕОСПЕКТРАЛЬНАЯ СИСТЕМА" НА БОРТУ РОССИЙСКОГО СЕГМЕНТА МКС

Беляев Борис Илларионович; Беляев Михаил Юрьевич; Сармин Эрик Эдуардович; Гусев Виктор Федорович; Десинов Лев Васильевич; Иванов Виктор Александрович; Крот Юрий Александрович; Мартинов Антон Олегович; Рязанцев Владимир Васильевич; Сосенко Виктор Андреевич

УДК 629.78.052:535.243

устройство и летные испытания научной аппаратуры «видеоспектральная система» на борту российского сегмента мкс

1 Научно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко» Белорусского государственного университета (НИИПФП БГУ)

Ул. Курчатова, 7, г. Минск, Республика Беларусь, 220108, e-mail: remsens@mail.ru

2 Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва (РКК «Энергия»)

Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070,

e-mail: post@rsce.ru

3 Институт географии РАН (ИГРАН) Старомонетный пер., 29, г. Москва, Российская Федерация, 119017, e-mail: remote_sensing@complat.ru

Дистанционное зондирование Земли, в т. ч. мониторинг катастрофических явлений в рамках космического эксперимента «Ураган», на борту Российского сегмента Международной космической станции производится с использованием цифровых зеркальных фотоаппаратов с длиннофокусными объективами и ручных спектрометрических приборов (научная аппаратура «Фотоспектральная система»). Для повышения информативности и качества интерпретации получаемых данных в октябре 2014 г. на борт Российского сегмента Международной космической станции доставлена научная аппаратура «Видеоспектральная система», предназначенная для измерения спектральной плотности энергетической яркости 270 локальных зон подстилающей поверхности с размером сторон около 40 м со спектральным разрешением не хуже 5 нм в диапазоне 400...950 нм.

В статье приведены описание, технические характеристики, основные задачи, а также первые полученные измерения научной аппаратуры «Видеоспектральная система».

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, спектрометры, «Видеоспектральная система», космический эксперимент «Ураган».

design and flight tests of science hardware video-spectral system on board the russian segment of the iss Belyaev B.I.1, Belyaev M.Yu.2, Sarmin E.E.2, Gusev V.F.2, Desinov L.V.3, Ivanov V.A.1, Krot Yu.A.1, Martinov А.О.1, Ryazantsev V.V.2, Sosenko V.A.1

1 A.N.Sevchenko Institute of Applied Physical Problems

of Belorussian State University (1APP of BSU) 7 Kurchatov str., Minsk, 220108, the Republic of Belarus, e-mail: remsens@mail.ru

2 S.P. Korolev Rocket and Space Public Corporation Energia (RSC Energia) 4A Lenin str., Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail:post@rsce.ru

3 Institute of Geography RAS (IGRAS) 29 Staromonetny lane, Moscow, 119017, Russian Federation, e-mail: remote_sensing@complat.ru

Earth remote sensing including monitoring of catastrophic phenomena within space experiment Uragan on board the Russian Segment of the International Space Station is performed using digital single-lens reflect cameras with long-focal-length lens and manual spectrometric devices (science hardware Photo-spectral system). To increase the information content and interpretation quality of the data obtained science hardware Video-spectral system was delivered to the Russian segment of the International Space Station in October 2014 to measure the spectral density of radiance of 270 local zones of the underlying terrain of about 40 m in size with a spectral resolution no less than 5 nm in the range of 400 ... 950 nm.

The article describes technical characteristics, main tasks, as well as the first measurements of the science hardware Video-spectral system.

Key words: Earth remote sensing, spectrometers, Video-spectral system, space experiment Uragan.

БЕЛЯЕВ Борис Илларионович — доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом НИИПФП БГУ, e-mail: remsens@mail.ru

BELYAEV Boris Illarionovich — Doctor of Science (Physics and Mathematics), Professor, Head of Department at IAPP of BSU, e-mail: remsens@mail.ru

БЕЛЯЕВ Михаил Юрьевич — доктор технических наук, профессор, заместитель руководителя НТЦ РКК «Энергия», e-mail: mikhail.belyaev@rsce.ru

BELYAEV Mikhail Yur'evich — Doctor of Science (Engineering), Professor, Deputy Head of STC at RSC Energia, e-mail: mikhail.belyaev@rsce.ru

САРМИН Эрик Эдуардович — инженер 1 категории РКК «Энергия», e-mail: Erik.Sarmin@rsce.ru SARMIN Erik Eduardovich — Engineer of 1 category at RSC Energia, e-mail: Erik.Sarmin@rsce.ru

ГУСЕВ Виктор Федорович — инженер 1 категории РКК «Энергия», e-mail: post@rsce.ru

GUSEV Viktor Fedorovich — Engineer of 1 category at RSC Energia, e-mail: post@rsce.ru

ДЕСИНОВ Лев Васильевич — кандидат географических наук, начальник лаборатории ИГРАН, e-mail: remote_sensing@complat.ru

DESINOV Lev Vasil'evich — Candidate of Science (Geography), Head of Laboratory at IGRAS, e-mail: remote_sensing@complat.ru

ИВАНОВ Виктор Александрович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИИПФП БГУ, e-mail: remsens@mail.ru

IVANOV Viktor Alexandrovich — Candidate of Science (Physics and Mathematics), Senior Researcher at IAPP of BSU, e-mail: remsens@mail.ru

КРОТ Юрий Александрович — научный сотрудник НИИПФП БГУ, e-mail: Yuri.Krot@yahoo.com KROT Yury Alexandrovich — Research Scientist at IAPP of BSU, e-mail: Yuri.Krot@yahoo.com

МАРТИНОВ Антон Олегович — младший научный сотрудник НИИПФП БГУ, e-mail: remsens@mail.ru

MARTINOV Anton Olegovich — Junior Researcher at IAPP of BSU, e-mail: remsens@mail.ru

РЯЗАНЦЕВ Владимир Васильевич — начальник сектора РКК «Энергия», e-mail: Vladimir.Ryazantsev@rsce.ru

RYAZANTSEV Vladimir Vasil'evich — Head of Subdepartment at RSC Energia, e-mail: Vladimir.Ryazantsev@rsce.ru

СОСЕНКО Виктор Андреевич — кандидат технических наук, заведующий лабораторией НИИПФП БГУ, e-mail: remsens@mail.ru

SOSENKO Viktor Andreevich — Candidate of Science (Engineering), Head of Laboratory at IAPP of BSU, e-mail: remsens@mail.ru

Научная аппаратура «Видеоспектральная система» (НА ВСС) предназначена для проведения научно-прикладных исследований в космическом эксперименте (КЭ) «Экспериментальная отработка наземно-космической системы мониторинга и прогноза развития природных и техногенных катастроф» («Ураган») с борта Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС). Ее использование на борту РС МКС позволит на новом качественном уровне проводить КЭ «Ураган» и решать задачи эксперимента [1-5].

КЭ «Ураган» начал проводиться на борту РС МКС с 2000 г. Его сеансы выполняются по указаниям постановщика эксперимента, получаемым из Центра управления полетами. Кроме того, члены экипажа могут самостоятельно рассчитывать время начала сеанса наблюдения с помощью программы баллистико-навигационного обеспечения «Сигма» [2].

В ходе выполнения эксперимента была выявлена необходимость модернизации используемой фотографической аппаратуры, которая обеспечила бы повышение информативности и качества интерпретации получаемых данных. Созданная с этой целью НА «Фотоспектральная система» (ФСС) в 2010 г. была доставлена на борт РС МКС. В течение последних лет с ФСС проведена серия экспериментов по регистрации спектров и изображений подстилающих поверхностей и получен ряд новых результатов [6-9].

Дальнейшее развитие системы мониторинга предполагает использование НА ВСС в КЭ «Ураган» для:

• отработки методов визуальных наблюдений, ручной съемки и автоматической регистрации на борту МКС цветных фотоизображений высокого пространственного разрешения и однозначно «привязанных» к ним спектров высокого спектрального разрешения видимого и ближнего инфракрасного диапазонов нескольких пространственных зон в каждом изображении;

• отработки методов расчета гиперспектральных изображений (по полученным изображениям и спектрам пространственных зон) и их использования в задачах классификации и дешифрирования параметров объектов и признаков катастрофических явлений;

• усовершенствования методов распознавания и классификации объектов с использованием спектров и текстуры изображения подстилающих поверхностей.

Система ВСС является логическим развитием работающей на РС МКС фотоспектральной системы. В обеих системах реализуется покадровая съемка, когда каждый кадр изображения сопровождается регистрацией

сопутствующих спектров. При трассовой съемке (смена сцены за счет движения носителя) ФСС позволяет получать три спектра на изображение, соответствующих такому же количеству объектов (локальных зон подстилающей поверхности), расположенных вдоль направления полета. Принципиальное отличие информации, получаемой ВСС, состоит в том, что классификация объектов земной поверхности (определение их параметров) может вестись с использованием большого числа (нескольких сотен) спектров. Использование данных ВСС в сравнении с изображениями в трех каналах позволяет применять методы мультиспектрального анализа, что не только значительно повышает достоверность классификации объектов, но и предоставляет ряд других преимуществ, среди которых можно отметить следующие:

• повышается точность определения параметров объектов;

• при решении задач определения параметров объектов есть возможность пользоваться эмпирически установленными корреляционными (регрессионными) зависимостями параметров объектов от отражательных характеристик в отдельных узких спектральных каналах.

ВСС снабжена кронштейном, позволяющим устанавливать ее на иллюминатор и измерять углы отклонения оптической оси прибора, при этом ВСС обладает рядом преимуществ перед видеоспектрометрами:

• в несколько раз меньшие потоки (объемы) передаваемой и обрабатываемой информации;

• значительно более простая процедура предварительной обработки (геометрическая коррекция, мозаицирование и т. п.), поскольку спектры однозначно «привязаны» к ЯОБ-изображению благодаря пространственно-временной синхронизации модуля изображения и матричных полихроматоров;

• съемка оператором с кронштейна позволяет производить съемку и спектрометрирова-ние объектов исследования по трассе полета, в т. ч. находящихся вдали от надирного направления, в зоне подстилающей поверхности при углах визирования ВСС ±30° от надира.

• возможность проводить измерения индикатрис отражения (рассеяния) объектов для каждого спектрального канала. Эта возможность реализуется в режиме измерений путем непрерывной (покадровой) съемки с удержанием оператором объекта (фиксированной зоны на подстилающей поверхности) в центре поля зрения системы. При этом происходит регистрация изображений и спектров объекта для различных углов рассеяния солнечного излучения за счет движения станции

по орбите. Эти измерения представляют наибольший интерес для решения такой задачи, как съемка (диагностика) разливов нефти в море, пожаров, извержений вулканов, волновых движений (возмущений) в океане. В последнем случае индикатрисные измерения позволяют определять спектр наклонов водной поверхности и тонкую структуру волновых движений в океане. Индикатрисные измерения нефтяных пленок дают возможность более надежной их идентификации, а в случае дымов и аэрозольных выбросов позволяют оценивать концентрации и размеры частиц.

Задачи и ожидаемые результаты использования ВСС

• Контроль состояния атмосферы над городами, обнаружение техногенных выбросов промышленных предприятий, распространения пылевых и соляных бурь, выделения дымовых шлейфов, локализация источников задымления и оценки границ размывания шлейфов.

• Мониторинг снежного покрова как индикатора загрязнения воздуха. Загрязнение снега влияет на яркость изображения и спектры в диапазоне 400...950 нм, что дает возможность картографировать площади и определять интенсивность загрязняющих воздействий.

• Оперативный космический мониторинг разливов нефти. Использование подробных

спектров видимого и ближнего инфракрасного диапазонов наряду с измерениями индикатрисы позволяет зафиксировать наличие и отслеживать движение нефтяного пятна на водной поверхности, а также определять утечки нефти на земной поверхности.

• Мониторинг лесных и торфяных пожаров. Применение изображений и спектров диапазона совместно с измерениями индикатрисы позволит оценить объемы выбросов аэрозолей в атмосферу в результате пожаров.

• Инвентаризация сельскохозяйственных угодий, контроль состояния посевов, выделение участков эрозии, заболачивания, засоленности и опустынивания, определение состава почв.

Устройство и работа ВСС

Научная аппаратура ВСС конструктивно выполнена в виде переносного автономного моноблока, в состав которого входят:

• базовый блок;

• блок объектива;

• блок аккумулятора;

• блок монитора;

• установочный кронштейн;

• контрольно-поверочная аппаратура;

• специальное программное обеспечение.

ВСС позволяет проводить съемку как

с рук оператора, так и с установочного кронштейна (рис. 1).

а) б)

Рис. 1. Внешний вид научной аппаратуры «Видеоспектральная система»: а — на юстировочном столе; б — на установочном кронштейне. 1 — базовый блок; 2 — блок объектива; 3 — блок монитора; 4 — камера видеосопровождения; 5 — установочный кронштейн; 6 — датчик углов поворота установочного кронштейна

Базовый блок состоит из корпуса, в котором установлены одноплатный компьютер, блок питания, блок изображений с устройством светоделителя, а также три матричных полихроматора, соединенных жгутами передачи изображения с устройством светоделителя.

Одноплатный компьютер, работающий под управлением операционной системы Windows XP, обеспечивает:

• выдачу команд управления режимами работы полихроматоров и блока изображений;

• прием служебной информации о режимах работы полихроматоров и блока изображений;

• прием, хранение и просмотр зарегистрированных данных от полихроматоров;

• прием, сжатие, хранение и просмотр данных от блока изображений, включая данные о дате и времени проведения съемки;

• выдачу информации о режимах работы видеоспектральной системы на индикаторы контроля;

• выдачу зарегистрированных данных в бортовой лэптоп поддержки научных экспериментов с записью на сменный жесткий диск.

Блок питания предназначен для питания всех составных частей НА ВСС.

Блок изображений предназначен для регистрации цветного изображения высокого пространственного разрешения спектрометриру-емого участка земной поверхности в видимом диапазоне длин волн и имеет следующие характеристики: число элементов (пикселей) изображения 7 304x5 478;

размер приемной

площадки матрицы, мм 33,1x44,2

размер пикселя, мкм 6,8

спектральный диапазон, нм 380...920

поле зрения

с высоты 400 км, км 28,5x36,9;

проекция пикселя

с высоты 400 км, м 4,8.

Устройство светоделителя предназначено для:

• разделения световых потоков после объектива между полихроматорами и блоком изображений;

• формирования полей зрения полихро-маторов в поле зрения блока изображений;

• формирования световых потоков спек-трометрируемых зон съемки;

• формирования светового потока пропорционально уровню освещенности блока изображений;

• пропорционального масштабирования световых потоков полихроматоров по размерам их входных щелей.

Устройство светоделителя состоит из плоской полупрозрачной пластины, разделяющей световой поток, спроецированный объективом, на два. Один из них проецируется на приемную матрицу блока изображений, а второй фокусируется на второй дополнительной плоскости изображения. На этой плоскости формируются три области (зоны) спектрометрирования, которые жгутами передачи изображения передаются на входные щели полихроматоров. С этой же плоскости с помощью световодов сигнал уровня освещенности передается на блок изображений.

Каждый из трех матричных полихромато-ров предназначен для диспергирования светового потока от объекта исследования и проецирования спектра на приемник излучения (высокочувствительную ПЗС-матрицу) для регистрации спектров в диапазоне длин волн 400.950 нм.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Каждый из матричных полихроматоров позволяет получить не менее 90 элементов изображения по высоте входной щели поли-хроматора.

Технические характеристики полихроматоров: спектральный диапазон, нм 400.950;

спектральное разрешение, не хуже, нм 5,0;

дифракционная решетка:

- тип вогнутая голограммная;

- число штрихов, штр./мм 315; фотоприемник излучения:

- разрешение, пиксель 1 044x1 044;

- размер пикселя, мкм 24x24; полоса обзора

полихроматора, м 16 120;

пространственное

разрешение в центре

спектрометрируемой области, м 40,3;

количество пространственных

зон спектральной съемки 270.

Блок объектива состоит из входного объектива, конвертера, устройства установки блока объектива на базовый блок и фиксации базового блока на кронштейне установочном, камеры видеосопровождения съемки.

Входной объектив Hasselblad HC 4,5/300 с конвертером Hasselblad H 1.7x Converter обеспечивают фокусное расстояние объектива 510 мм.

Камера видеосопровождения блока объектива (электронный видоискатель) предназначена для контроля оператором объектов съемки на мониторе и представляет собой миниатюрную цветную видеокамеру.

Блок аккумулятора состоит из аккумулятора и корпуса с элементами крепления к базовому блоку и предназначен для проведения

съемок в автономном режиме (при отключении базового блока от бортовой сети).

Блок монитора состоит из монитора с резистивным сенсорным экраном, корпуса монитора с устройством фиксации его на базовом блоке (либо в любом другом месте с помощью ленты «ВЕЛКРО») и кабеля подключения к базовому блоку.

Кронштейн установочный предназначен для надежной фиксации НА ВСС на иллюминатор 0426 мм служебного модуля РС МКС, обеспечения отклонения полей зрения НА ВСС в двух плоскостях, высокоточного определения углов отклонения и точной привязки спектров и изображений к углам наблюдения объектов относительно надира.

В качестве датчиков углов поворота использованы абсолютные однооборотные энкодеры. Кронштейн обеспечивает:

• плавное отклонение оси визирования по двум координатам (±30°);

• регистрацию углов отклонения по двум координатам X и У;

• фиксирование положения прибора ВСС в установленном оператором положении;

• возможность быстрого съема прибора ВСС для ручного наведения и съемки объектов с рук оператора.

Точность измерения углов поворота по осям не хуже 0,2°.

В комплект НА ВСС также входят: зарядное устройство аккумулятора; контрольно-поверочная аппаратура; комплект кабелей; специальное программное обеспечение.

Контрольно-поверочная аппаратура предназначена для проверки работоспособности НА ВСС при проведении автономных испытаний и проверочных включений. Контрольно-поверочная аппаратура состоит из единого блока, в котором размещены диффузная сфера, излучатель из восьми светодиодов, коллимационный объектив и кронштейн крепления контрольно-поверочной аппаратуры к блоку объектива с фланцем, позволяющие провести проверку работоспособности НА ВСС. Светодиодный излучатель представляет собой имитатор световых потоков со схемой управления.

Комплект кабелей предназначен для подключения НА ВСС и зарядного устройства к бортовой сети электропитания.

Специальное программное обеспечение необходимо для тестирования блоков, управления работой НА ВСС, приема данных матричных полихроматоров, блока изображений и датчиков углов поворота, сохранения данных на диске и их просмотра. Специальное программное обеспечение адаптировано для сенсорных экранов

и оптимизировано для работы на компьютере с низким энергопотреблением.

Алгоритм работы специального программного обеспечения состоит из следующих этапов:

• тестирование модулей НА ВСС. По результатам тестирования определяются режимы работы комплекса: стандартный, ограниченный либо критический (работа невозможна);

• выбор оператором НА ВСС параметров регистрации (возможен выбор параметров по умолчанию);

• выбор оператором НА ВСС числа кадров, которые будут сняты за одну серию съемки;

• синхронная регистрация данных со всех модулей НА ВСС и их сохранение на диск;

• просмотр оператором НА ВСС отснятых ранее кадров

Вид основного окна программы представлен на рис. 2. В области изображения главного окна программы управления выводится изображение с электронного видоискателя камеры видеосопровождения, которая служит для того, чтобы оператор НА ВСС смог нацелиться на объект съемки. Для удобства наведения прибора на объект съемки поле зрения блока изображения обозначено синим прямоугольником.

СДеЛ"Ь 1 Насеки ВЫХОД

ГНИМОК 1 ж н

I Ожидание съемки. |

Рис. 2. Главное окно программы

В окно просмотра (рис. 3) выводится отмеченное прямоугольником поле зрения блока изображения. В левой области окна программы находится стилизованный под фотопленку компонент просмотра отснятых блоком изображения кадров, а также зарегистрированных спектров. Компонент позволяет просмотреть отснятые за время работы программы кадры, т. е. от момента запуска до момента закрытия главного окна программы управления.

После окончания работы со специальным программным обеспечением возможно копирование данных с НА ВСС на внешний носитель информации.

Рис. 3. Окно просмотра отснятьх кадров

Спектрально-энергетические калибровки образцов НА ВСС проводились на метрологическом комплексе «Камелия-М» НИИПФП Б ГУ, аккредитованном в Госстандарте Республики Беларусь (регистрационный номер БУ/112 02.5.0.0012).

Калибровка по длинам волн всех трех матричных полихроматоров (МП) и канала блока изображений НА ВСС проводилась с помощью монохроматического осветителя с зеркальным коллиматором. Было определено спектральное разрешение всех МП во всем рабочем спектральном диапазоне для различных участков входной щели каждого поли-хроматора. Также с помощью монохроматического осветителя определены поля зрения трех МП в фокальной плоскости.

Границы полей зрения МП определялись в пиксельных координатах канала блока изображений. Кроме того, схема измерений позволила провести оценку пространственного разрешения каждого спектрометра во всем спектральном диапазоне по всей высоте входной щели полихроматора. Воспроизводилось условие освещения участка входной щели размером не более 30 мкм для центральной области входной щели. Проведена оценка функции размытия точки на разных участках матрицы каждого МП, что позволило определить пространственное и спектральное разрешения матричных полихроматоров. С помощью монохроматического осветителя были также определены относительные спектральные чувствительности каналов Я, С и Б блока изображений.

Калибровка по спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ) НА ВСС осуществлялась на комплексе «Камелия-М» с помощью фотометрической сферы, позволяющей воспроизводить 12 градаций яркости СПЭЯ. Калибровка проведена для всего набора экспозиций. На рис. 4 показан отклик

прибора в отсчетах аналого-цифрового преобразователя для нескольких градаций яркости фотометрической сферы, а также графики отклика одного МП для нескольких длин волн.

я

и

3,5

3,0

х 1 () '•

Ш 2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

I1 / /

/■/V 1 //

¡//А

0

400 500 600 700 800 900

Длина волны, а)

нм

0,400

0,033

0,030

0,025

0,020

й 0,015

0,010

0,005

/

} /

/

/ / / /

/

• / /V /

\1 ^

0 1 000 3 000 5000 7000 Отсчеты АЦП б)

Рис. 4. Результаты калибровки научной аппаратуры «Видеоспектральная система» на комплексе «Камелия-М»:

а — отклик «Видеоспектральной системы» в отсчетах АЦП для нескольких градаций яркости фотометрической сферы (количество ламп: ■ — одна; ■ — две; ■ — три; ■ — четыре; ■ — пять;

■ — шесть); б — графики отклика (линейности) одного матричного полихроматора для нескольких длин волн: ■ — 466,7 нм;

■ — 572,7 нм; ■ — 678,8 нм; ■ — 784,9 нм; ■ — 890,9 нм Примечание. АЦП — аналого-цифровой преобразователь; СПЭЯ — спектральная плотность энергетической яркости.

Научная аппаратура ВСС успешно прошла все испытания и в октябре 2014 г. доставлена на борт РС МКС (рис. 5).

Рис. 5. Космонавт Шкаплеров Антон Николаевич на борту МКС проводит съемки видеоспектральной системой (26 декабря 2014 г.)

Первые результаты испытаний НА ВСС

Для испытаний НА ВСС в КЭ «Ураган» на борту РС МКС в декабре 2014 г. был запланирован ряд экспериментов в различных регионах планеты. В качестве одного из объектов наблюдения были выбраны земельные угодья (рис. 6). Буквами А, В и С обозначены поля зрения трех МП. Данные поля зрения однозначно привязаны к кадру, что позволяет точно сопоставить пару «спектрометрируе-мый участок - спектр». Примеры таких пар даны на рис. 6, где белым полосам внутри прямоугольного поля зрения полихромато-ра В даны соответствующие им спектральные кривые.

На рис. 7 представлены визуализация всех измеренных спектров одного из МП и часть изображения, соответствующая полю зрения полихроматора. В совмещенных осях представлены спектры диапазона 400.950 нм. По оси Z располагаются СПЭЯ, а по X и У — координаты пикселей спектрометрируемой области на изображении.

По набору спектральных данных с поли-хроматора может быть вычислен средний спектр, характеризующий всю спектро-метрируемую область. На рис. 8 представлен

усредненный спектр отражения фотосин-тезирующей поверхности (с указанными фраунгоферовыми линиями и линиями поглощения), зарегистрированный ВСС в ходе космических измерений. Как видно из рисунка, на спектре хорошо разрешаются полоса поглощения молекулярного кислорода с центром на длине волны 762 нм и полосы поглощения воды с центрами на длинах волн 690, 719 и 820 нм.

Рис. 6. Поля зрения полихроматоров (А, В, С) в проекции на сопутствующий фотоснимок

Рис. 7. Визуализация данных научной аппаратуры «Видеоспектральная система»

Примечание. СПЭЯ — спектральная плотность энергетической яркости.

Длина волны, им Рис. 8. Линии поглощения на усредненном спектре

Примечание. См. рис. 7.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Заключение

В работе рассмотрено устройство и даны характеристики научной аппаратуры «Видеоспектральная система», доставленной на борт РС МКС в октябре 2014 г. и предназначенной для проведения научно-прикладных исследований в КЭ «Ураган».

Приведены результаты измерений оптических характеристик подстилающих поверхностей, полученные НА ВСС на борту РС МКС. Приведенные результаты подтверждают работоспособность аппаратуры ВСС.

В настоящее время ведется обработка полученных измерений различных природных образований при разных условиях их освещения Солнцем, а также доработка программ обработки и представления данных КЭ «Ураган». При выполнении эксперимента в дальнейшем планируется проведение синхронных подспутниковых измерений исследуемых объектов спектрометрической аппаратурой.

Список литературы

1. Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Караваев Д.Ю., Легостаев В.П. Использование съемки земной поверхности с МКС в интересах топливно-энергетического комплекса // Известия РАН. Энергетика. 2013. № 4. С. 1-16.

2. Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Караваев Д.Ю., Сармин Э.Э., Юрина О.А. Аппаратура и программно-математическое обеспечение

для изучения земной поверхности с борта Российского сегмента Международной космической станции по программе «Ураган» // Космонавтика и ракетостроение. 2015. № 1. С. 63-70.

3. Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Караваев Д.Ю., Сармин Э.Э., Юрина О.А. Изучение с борта Российского сегмента Международной космической станции в рамках программы «Ураган» катастрофических явлений, вызывающих экологические проблемы // Космонавтика и ракетостроение. 201 5. № 1 . С. 71-79.

4. Беляев М.Ю., Волков О.Н., Десинов Л.В., Масленников Л.В. Изучение катастрофических явлений с борта орбитальной станции «Мир» и МКС в эксперименте «Ураган» // Труды XXXV чтений К.Э. Циолковского. Секция «Проблемы ракетной и космической техники». Казань, 2001. С. 117-129.

5. Легостаев В.П., Марков А.В., Сорокин И.В. Целевое использование Российского сегмента МКС: значимые научные результаты и перспективы // Космическая техника и технологии. 2013. № 2. С. 3-18.

6. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Катковский Л.В., Крот Ю.А., Сармин Э.Э. Результаты испытаний фотоспектральной системы на МКС // Исследование Земли из космоса. 2014. № 6. С. 27-39.

7. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Катковский Л.В., Сармин Э.Э. Обработка спектров и изображений с фотоспектральной системы в космическом эксперименте «Ураган» на МКС // Исследование Земли из космоса. 2014. № 6. С. 54-65.

8. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Роговец А.В., Рязанцев В.В., Сармин Э.Э., Со-сенко В.А. Летная отработка исследовательской аппаратуры «Фотоспектральная система» на борту Российского сегмента МКС // Космическая техника и технологии. 2014. № 1(4). С. 22-28.

9. Беляев Б.И., Беляев М.Ю., Десинов Л.В., Казак А.А., Катковский Л.В., Роговец А.В. Спектральные распределения яркости излучения при спектрометрировании Земли из космоса // Журнал прикладной спектроскопии. 2012. Т. 79. № 4. С. 669-675.

Статья поступила в редакцию 20.02.2016 г.

Reference

1. Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Karavaev D.Yu., Legostaev V.P. Ispol'zovanie s"emki zemnoi poverkhnosti s MKS v interesakh toplivno-energeticheskogo kompleksa [Using the Earth's surface imagery from the ISS in the interests of fuel and power complex]. Izvestiya RAN. Energetika, 2013, no. 4, pp. 1-16.

2. Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Karavaev D.Yu., Sarmin E.E., Yurina O.A. Apparatura i programmno-matematicheskoe obespechenie dlya izucheniya zemnoi poverkhnosti s borta Rossiiskogo segmenta

Mezhdunarodnoi kosmicheskoi stantsii po programme «Uragan» [Hardware and software to study the Earth's surface onboard the Russian Segment of the International Space Station under the Uragan program]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2015, no. 1,pp. 63 - 70.

3. Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Karavaev D.Yu., Sarmin E.E., Yurina O.A. Izuchenie s borta Rossiiskogo segmenta Mezhdunarodnoi kosmicheskoi stantsii v ramkakh programmy «Uragan» katastroficheskikh yavlenii, vyzyvayushchikh ekologicheskie problemy [Study of catastrophic events causing ecological problems onboard the Russian Segment of the International Space Station in the scope of the Uragan program]. Kosmonavtika i raketostroenie, 2015, no. 1,pp. 71-79.

4. Belyaev M.Yu., Volkov O.N., Desinov L.V., Maslennikov L.V. Izuchenie katastroficheskikh yavlenii s borta orbitalnoi stantsii «Mir» i MKS v eksperimente «Uragan» [Study of catastrophic events onboard the Mir orbital station and the ISS in the Uragan experiment]. Trudy XXXV chtenii K.E. Tsiolkovskogo. Sektsiya «Problemy raketnoi i kosmicheskoi tekhniki». Kazan ', 2001. Pp. 117-129.

5. Legostaev V.P., Markov AV., Sorokin I.V. Tselevoe ispolzovanie Rossiiskogo segmenta MKS: znachimye poluchennye rezul'taty i perspektivy [The ISS Russian Segment utilization: research accomplishments and prospects]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2013, no. 2, pp. 3-18.

6. Belyaev B.I., Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Katkovskii L.V., Krot Yu.A., Sarmin E.E. Rezul'taty ispytanii fotospektralnoi sistemy na MKS [The test results of photospectral system on the ISS]. Issledovanie Zemli iz kosmosa, 2014, no. 6, pp. 27-39.

7. Belyaev B.I., Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Katkovskii L.V., Sarmin E.E. Obrabotka spektrov i izobrazhenii s fotospektral'noi sistemy v kosmicheskom eksperimente «Uragan» na MKS [Processing of spectra and images of photospectral system in space experiment Uragan on the ISS]. Issledovanie Zemli iz kosmosa, 2014, no. 6, pp. 54-65.

8. Belyaev B.I., Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Rogovets A.V., Ryazantsev V.V., Sarmin E.E., Sosenko V.A. Letnaya otrabotka issledovatel'skoi apparatury «Fotospektralnaya sistema» na bortu Rossiiskogo segmenta MKS [Flight testing of research equipment «Photospectral system» onboard the Russian Segment of International Space Station]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2014, no. 1(4),pp. 22-28.

9. Belyaev B.I., Belyaev M.Yu., Desinov L.V., Kazak A.A., Katkovskii L.V., Rogovets A.V. Spektralnye raspredeleniya yarkosti izlucheniya pri spektrometrirovanii Zemli iz kosmosa [Spectral distribution of radiation intensity during the Earth spectrometry from space]. Zhurnal prikladnoi spektroskopii, 2012, vol. 79, no. 4, pp. 669 -675.

DESIGN AND FLIGHT TESTS OF SCIENCE HARDWARE VIDEO-SPECTRAL SYSTEM ON BOARD THE RUSSIAN SEGMENT OF THE ISS

Текст научной работы на тему «УСТРОЙСТВО И ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НАУЧНОЙ АППАРАТУРЫ "ВИДЕОСПЕКТРАЛЬНАЯ СИСТЕМА" НА БОРТУ РОССИЙСКОГО СЕГМЕНТА МКС»