Метеорологічні дослідження

Сьогодні важко уявити собі науку без армії роботів, що збирають інформацію в важкодоступних для людини місцях. А почалося все з метеорології, з куль-зондів. Ці невеликі аеростати з самопишущим приладом-метеорографом, вперше запропоновані Д.І. Менделєєвим, запускалися в Росії з 1896 року. І з того часу російська метеорологія постійно займає перше місце в світі з досліджень атмосфери за допомогою літальних засобів. Другий період розвитку цієї галузі науки почався в СРСР з винаходу професором А.П. Молчановим радіозонда, який поклав початок всієї сучасної телеметричної техніці. Передача отриманих наукових даних на Землю по радіо різко збільшила ефективність досліджень. Але радіозонди могли підніматися лише на висоту 40 км, далі метеорологи могли сподіватися тільки на ракети.

Перші ж запуски приладів для досліджень атмосфери на велику висоту за допомогою потужних геофізичних ракет принесли науці найцінніші дані. Але через велику вартість та складнощі підготовки до старту ці ракети запускалися всього кілька разів на рік. А метеорологам було необхідно отримувати регулярні відомості про динаміку процесів, що у верхніх шарах атмосфери. Для цього була потрібна дешева, надійна, проста в експлуатації ракета порівняно невеликої вантажопідйомності. І ось до восени 1951 року промислові підприємства країни за технічним завданням Центральної аерологічної обсерваторії (ЦАО) Гідрометеорологічної служби СРСР вперше в світі створили спеціальну метеорологічну ракету МР-1. Її застосування відкрило третій період висотних метеорологічних досліджень.

МР-1 представляла собою некеровану рідинну ракету нормальної схеми з аеродинамічним стабілізатором. Її РРД з витіснювальний системою подачі працював на азотної кислоти і гасі. Пуск проводився по траєкторії, близькій до вертикалі, з стаціонарної стартовою вишки. Для збільшення швидкості виходу з неї на ракеті встановлювався стартовий прискорювач, який представляв собою зв'язку з декількох порохових ракетних двигунів. Запуск прискорювача і РРД проводився одночасно.

Будь-яка ракета має деяку асиметрію у зовнішніх обводах, у розподілі мас та додатку тяги двигуна, яка змушує її відхилятися від заданої траєкторії. Щоб зменшити це відхилення, не застосовуючи дорогої системи управління, метеорологічним ракетам при пуску надається обертання навколо поздовжньої осі. Це забезпечується спіральної закруткою напрямних стартовою установки.

У головній частині МР-1 встановлювався стандартний набір ракетної метеорологічної апаратури, розробленої і виготовленої фахівцями ЦАО.У шпилі ракети і верхньому відсіку її головної частини розташовувалися різноманітні манометри, термометри та інші вимірювальні прилади, а також комутатор, по черзі підключати їх до радіопередавача. У середньому відсіку - передавач і чотири фотоапарата, працювали синхронно. Їхні осі об'єктивів були спрямовані вниз між площинами стабілізації ракети. Одержувала в польоті серія знімків давала можливість визначити положення головної частини в просторі. У нижньому відсіку укладався парашут головної частини, що забезпечував швидкість приземлення приладів до 7 м / с.

Вимірювання велися як на підйомі так і на спуску. Відділень Головного частини та введення парашутів вироблялося після припинення роботи двигуна по команді від реле часу на висоті близько 70 км. Корпус ракети спускався на своєму парашуті і так само, як головна частина, міг використовуватися знову. За спускаються частинами ракети велися кінотеодолітние спостереження, за якими визначалася сила вітру.

Шість років використання ракети МР-1 вперше дозволили отримати комплексні дані про висотний розподіл температури, тиску, щільності повітря, напрямків і швидкості вітру і простежити їх сезонні зміни. Це дало значний поштовх розвитку висотної метеорології, що, у свою чергу, поставило перед фахівцями завдання забезпечити вчених ще більш дешевими і простими в експлуатації ракетами.

Успішне вирішення в СРСР проблеми розробки потужних і легких твердопаливних ракетних двигунів дозволило створити до початку Міжнародного геофізичного року мобільний двоступеневу метеорологічну ракету МР-100 (М-100). Вона відрізнялася від МР-1 вдвічі меншим стартовою вагою, можливістю тривалого зберігання в спорядженому стані і здатністю працювати в будь-яких кліматичних умовах, включаючи арктичні та антарктичні. Корпус ракети був розрахований на одноразове використання і не рятувався. Істотно була вдосконалена і наукова апаратура. За допомогою МР-100 на таких же висотах - до 100 км - можна було робити все ті ж вимірювання, що і з допомогою МР-1, і, крім того, вести дослідження магнітних бур, полярних сяйв, інтенсивності потоку електронів. Спростила стартова установка дозволила здійснювати пуски МР-100 не тільки з наземних ракетних станцій, але і з науково-дослідних суден АН СРСР. Вперше морські пуски були здійснені з борту дізельелектрохода "Об" в 1957 році на різних широтах, у тому числі біля берегів Антарктиди.

Метеорологічні супутники Радянського Союзу та інших країн

У СРСР один із супутників серії «Космос» є метеорологічним супутником з висотою орбіти 900 км, нахилом орбіти до екватору 81,3 °.В останні десять років експлуатаційним метеорологічним космічним апаратом в СРСР став супутник «Метеор». Два або три супутника цієї серії знаходяться на орбіті одночасно. Супутники «Метеор» збирають інформацію про стан атмосфери, тепловому випромінюванні Землі, потоках заряджених частинок. Метеодані з борту супутників можуть безпосередньо брати більше п'ятдесяти метеостанцій на території СРСР. Корисний вантаж супутника в основному складається з оптико-механічного телевізійного обладнання, що працює у видимій області спектра. Крім того, є скануюча інфрачервона апаратура для отримання даних про зміст вологи в атмосфері і вертикальному профілі температур. Попередження про раптові зміни погоди по об'єднаним даними з метеорологічних радіолокаційних станцій і супутників передаються по радіо з Москви, Ленінграда та інших центрів, а спеціальна служба повідомляє цю інформацію на судна та літаки.

Радянські метеорологічні супутники «Метеор» почали функціонувати в рамках програми експериментів серії «Космос». Такими були супутники «Космос-44, -58, -100, -118, -122 і -144».

Супутник «Космос-122», запущений в червні 1966 р., має дві системи орієнтації. Одна система забезпечує орієнтацію циліндричного центрального тіла з встановленими на ньому телевізійними камерами та інфрачервоними датчиками по вертикалі до Землі, інша постійно орієнтує дві великі панелі сонячних батарей на Сонце, щоб виробляти максимальну електроенергію для живлення бортових систем. Конструктивно система орієнтації супутника була виконана як тривісна Маховиковим система.

Запуск супутника «Космос-156» передував розгортання національної системи розподілу метеоданих. «Метеор-1" був запущений 26 березня 1969на орбіту з висотами перигея 644 км і апогею 713 км і нахилом орбіти до екватору 81,2°.

В даний час супутники «Метеор», розроблені на базі попередніх моделей, постійно спостерігають за Землею від полюса до полюса, щогодини охоплюючи територію площею 30 000 кв. км. Перебуваючи на тіньовий стороні Землі, супутники одержують зображення за допомогою інфрачервоних датчиків, що реагують на теплове випромінювання поверхні Землі, океанів і хмар.

Типовим супутником цього сімейства є «Метеор-2-04", запущений 1 березня 1979 на орбіту з висотами 839 X 897 км і нахилом орбіти до екватору 81,22°. Зазвичай на орбіті знаходяться три супутника на кутовій відстані 90-180°, які проходять над певним районом з інтервалами 6 і 12 ч. Супутники накопичують інформацію і передають її на наземні станції по команді.

Приймальні центри Гідрометеорологічної служби СРСР забезпечують максимально можливе поширення метеорологічної інформації. Основні центри розташовані в Москві, Новосибірську і Хабаровську.

Супутникова система «Метеор» користується великим попитом;вона забезпечує регулярне прогнозування погоди, включаючи сповіщення про швидко розвиваються тропічних бурях. Така служба інформації має особливо важливе значення для передбачення сходу снігових лавин з гір і для планування систем іригації у віддалених районах. Вона продемонструвала великі переваги при прокладці маршрутів суден поза районів бур, штормових морів, сильних вітрів і скупчень льоду, що дало економічний ефект, оцінюваний мільйонами рублів.

Французький Національний центр з дослідження космосу - знесена (франц. CNES - Centre National d'Etude Spatiales) і НАСА (США) здійснили міжнародну програму «Еол».

Подальша мініатюризація метеорологічної апаратури дозволила створити на основі другого ступеня МР-100 дуже прості малі метеорологічні ракети ММР-05, ММР-06 і ММР-08 для масового застосування з метою отримання синоптичної інформації. Вони запускалися з мобільних наземних і суднових установок на висоти в 50, 60 і 80 км відповідно.

Хоча створення метеорологічних супутників відкрило принципово новий період у розвитку метеорології, ракетні дослідження не втрачають свого значення і приймають все більш широкого розмаху. Так, наприклад, протягом середнього по їх інтенсивності 1976 року в відповідно до каталогу Світового центру даних було запущено 518 радянських і 119 зарубіжних метеорологічних ракет. Отримані за їх допомогою дані по вертикальному розрізу атмосфери, істотно доповнюючи супутникову метеорологічну інформацію, стали невід'ємним елементом вихідних даних для прогнозування погоди.

В даний час "на озброєнні" метеорологів стоять удосконалені дослідницькі ракети ММР-06М, М-130, М-100Б і найпотужніша з них МР-12, що піднімає 150 кг наукової апаратури на висоту 180 км. Крім того, отримали широке застосування і ракети, здатні впливати на метеорологічні умови такі, як ракета "Хмара", що ефективно захищає сільськогосподарські угіддя від граду. З їх створенням радянська техніка наближається до того передбаченого академіком С.П. Корольовим часу, коли "будуть розроблені методи активного впливу на кліматичні умови".

Метеорологічні ракети МР-1 ІР-100 ММР-06

Стартова маса, кг 915 480 135

Маса корисного вантажу, кг 1972 50 12

Повна довжина, мм 8400 8250 3220

Діаметр корпусу, мм 430 250 200

Розрахункова висота польоту, км 100 100 60

Увечері 17 вересня 2009р. з космодрому «Байконур» стартувала ракета-носій «Союз-2». Запуск відбувся з третьої спроби - два дні старту заважала погод, тому що в районі космодрому йшли дощі. На орбіту "Союз-2» доставить апарат «Метеор-М1» - перший за 10 років російський метеорологічний супутник!

Історія запусків вітчизняних метеорологічних супутників розпочалася трохи більше півстоліття тому, коли на третьому радянському ШСЗ, запущеному 15 травня 1958р., Була встановлена перша спеціальна наукова апаратура для дослідження високих шарів атмосфери Землі. Супутникове апаратура дозволила, поряд з визначенням характеристик верхньої атмосфери із гальмування супутника і по дифузії парів натрію, здійснити безпосереднє вимірювання тиску і щільності на різних висотах.

25 червня 1966р. вперше був запущений метеорологічний супутник («Космос-122»).Одним із завдань супутника було випробування метеорологічної апаратури, призначеної для отримання зображення хмарності, сніжного покриву і крижаних полів на освітленій та тіньової сторони Землі, а також для вимірювання потоку йде радіації, відбитої й випромененої системою Земля - атмосфера.

Вітчизняна метеорологічна система була створена в результаті виведення на орбіту супутників «Космос-144» і «Космос-156». Ця система отримала назву «Метеор». Пізніше до складу цієї системи увійшли супутники серії «Космос-184», «Космос-206» і «Космос-226».

Основним завданням супутників серії «Метеор» було забезпечення оперативної метеорологічної інформацією служби погоди нашої країни. Перші дев'ять супутників цієї серії (за винятком супутника «Метеор-5») були запущені на орбіту з середньою висотою близько 630 км, а наступні - на орбіту з середньою висотою близько 900 км. Збільшення висоти польоту супутника сприяло розширенню смуги огляду для всіх видів супутникової апаратури.

На супутнику «Метеор-8» була випробувана спектрометричних апаратура для визначення вертикального профілю температури в атмосфері. На «Метеорі-10» успішно проведено випробування телевізійної апаратури, яка працює в режимі безпосередньої передачі на спрощені автономні пункти прийому.

Останній радянський "Метеор" перестав працювати ще в 2004-му. І після багаторічної перерви у нашої країни знову є власний розвідник погоди. Детальніше про це - генеральний директор, генеральний конструктор НВП ВНІІЕМ Леонід Макріденко: "Кожна країна повинна мати свою гідрометеорологічну систему. Її має Європа, її має США, має Китай. На жаль, у Росії були важкі часи, і наша гідрометеорологічна система була зруйнована ".

Метеорологи Росії не приховують радості, адже ще недавно супутникову інформацію про погоду отримували з американських, японських і китайських метеорологічних супутників. І це при тому, що колись ми були однією з найавторитетніших в області метеорологічних досліджень держав!

Запущений новий "Метеор" нової Росії є всепогодним розвідником, що не має аналогів у світі як в конструктивній, так і в апаратній частині. Він створений з урахуванням особливостей географічних і кліматичних умов нашої країни, особливо, її північних широт, включаючи Арктику на замовлення Росгідромету в рамках Федеральної космічної програми Росії на 2006-2015 роки в НВО "Всеросійський науково-дослідний інститут електромеханіки" спільно з заводом імені Іосиф'яна.

"У ньому прилади, в першу чергу, - ті, які раніше давали зображення, тепер будуть давати глобальні вимірювання спектральних характеристик хмарності, земної поверхні, морської поверхні, в різних областях спектру з хорошим дозволом", - Пояснює головний конструктор космічних апаратів НПП ВНІІЕМ Юрій Трофімов. Іншими словами, запущений супутник призначений для оперативного уточнення прогнозів погоди, контролю радіаційної обстановки і озонового шару, а також для моніторингу морської поверхні, включаючи льодову обстановку, для забезпечення судноплавства в полярних районах.

У момент підготовки, перед стартом на "Метеорі" ще раз перевірили всі системи, у тому числі й унікальну 13-метрову антену - пролітаючи над чужими територіями, вона не діятиме і тільки над Північною півкулею буде передавати найважливіші дані на Землю.

На супутнику такого типу вперше встановили новітній локатор бокового огляду. Тепер огляд планети буде цілодобовим і всепогодним. "Апаратура дуже тонка, - відзначає механік складального цеху Віктор Добринін. - Вона серйозна, коштує дуже великих грошей, тому з нею треба поводитися дуже акуратно ".

І, схоже, ми починаємо відновлювати, здавалося б, втрачений науковий потенціал. Вже протягом 2010 року вчені обіцяють відправити в космос ще один супутник-близнюк "Метеора", а до 2015-го це буде вже ціла група з шести апаратів (хоча за іншими даними - з 3-х). Роботи над другим апаратом ведуться вже зараз.